北极航线经济圈经济联系网络空间格局研究

孙建平， 李振福， 邓 昭

(1.大连海事大学航运经济与管理学院， 辽宁 大连 116026； 2.大连海事大学交通运输工程学院，辽宁 大连 116026)

全球气候变暖导致北极海冰加速融解，促使北极航线通航成为了可能.与传统航线相比，北极航线大幅缩短了亚洲到欧洲、北美洲的航运距离，不仅降低了航运成本，也避开了传统航线海盗等非传统安全的威胁.此外，北极航线沿线地区油气、矿产资源丰富，北极航线的开通也将加快北极地区资源的开发利用.北极航线的距离优势和资源优势，不仅推动了沿线国家和地区的经济联系，也促使其成为全球关注的焦点，并在一定程度上改变现有全球政治经济格局.北极航线经济圈是指受北极航线开通影响的国家或地区组成的经济圈层，但其影响范围并不是固定不变的[1].中国作为世界重要的经济体，同时也是北极航线经济圈的重要组成部分，因此，加强对北极航线经济圈经济联系网络的研究对于中国更好的参与北极事务、维护我国北极权益具有重要的意义[2].

2007年俄罗斯北冰洋插旗事件引起了全球的关注，北极及北极航线问题逐渐进入学者们的视野[3].2013年中国“永盛轮”穿越北极东北航线标志着中国成功实现北极航线商业通航.早期的北极航线研究主要集中于北极历史、极地气候环境和北极航线相关法律等方面[4-6].近10年来北极航线研究才逐渐兴起，主要集中在北极航线通航价值[7]、北极航线通航环境[8]、北极航线战略[9]研究方面.北极航线通航价值的研究多是通过对比传统航线的航运价值优势，指出北极航线的经济价值主要体现航程短、航运成本低等方面[10-11]；Jiang等[12]采用模拟数据研究成本因素对不同运输模式冰级船舶集装箱运输利润的影响.北极航线对沿线经济贸易的影响研究方面，张然等使用空间可计算一般均衡模型探究了东北航线通航对中欧贸易潜力的影响[13].Liu等[14]构建班轮运输网络分析中欧航线与北极航线集装箱运输成本，得出通过北极航线的中欧班轮运输是不经济的结论.Cheaitou等[15]构建概率模型来估计海冰状况对北极航线经济和环境的影响.李振福等[16]通过引力模型评估了中国与北极航线沿线国家的经济联系强度及合作潜力.丛晓男基于可计算一般均衡模型分析了东北航线对全球经济的潜在影响及对各经济体的经济影响差异[17].

引力模型是根据万有引力定律形成的空间相互作用模型，是测度经济联系的重要方法之一，Zipf是较早将引力模型引入社会科学领域的学者之一，探讨了城市体系空间相互作用[18].此后，引力模型在经济领域被广泛应用，研究问题主要包括城市经济联系、贸易潜力、对外投资等方面.Ye等[19]基于修正引力模型分析了中原城市群经济网络弹性.Foo等[20]使用贸易增强引力模型探讨了中国“一带一路”政策对东盟国家和中国贸易流动的潜在影响.陈梦筱[21]运用引力模型测算了黑吉两省地级市经济联系强度、空间隶属度和腹地关系.上述研究中多数学者利用引力模型探讨了城市、区域、国家等尺度的经济贸易联系，很少有文献从区域尺度探讨经济联系网络的空间格局特征.

综上所述，现有研究仅对北极航线通航环境、北极航线的经济价值等进行了研究，并未对北极航线沿线国家和地区经济联系格局进行剖析.因此，本文提出北极航线经济圈概念，并基于引力模型对北极航线经济圈经济联系网络结构和联系强度进行测度，揭示其空间特征，为北极航线经济圈经济高质量发展提供科学依据.

1研究区域、方法与数据来源

1.1研究区域

1.1.1北极航线经济圈 北极航线是连接亚欧美三大洲的新兴海上交通要道，其开通不仅可以缩短航运距离，也将推动沿线地区经济贸易发展，并对全球经济贸易及航运格局产生重要影响.因此，北极航线经济圈是指以北极航线为纽带，经济、贸易、航运等受北极航线影响的沿线国家或地区集合[1].

根据北极研究学者李振福[1]的相关研究及其对于北极航线经济圈概念的界定，北极航线经济圈主要包括以下国家和地区.

1) 陆地和岛屿及近岸海域属于北极地区的北极国家，即美国、加拿大、俄罗斯、丹麦、冰岛、挪威、瑞典和芬兰.北极国家具有地理位置的优越性，北极航线的开通将进一步便利其与北极域外地区的经济联系，推动地区经济发展，故北极国家为北极航线经济圈国家.

2) 北极航线延长线上的国家，如中国、日本、韩国、朝鲜.东北亚地区是世界经济较为活跃的地区，北极航线将大幅缩短东北亚国家与欧洲、北美洲地区的航运距离，推动双边经济贸易发展.因此，北极航线延长线国家也属于北极航线经济圈国家.

3) 欧洲大部分国家，主要是英国、法国、德国、荷兰、意大利、西班牙、比利时、葡萄牙等国.

西欧是世界上经济最发达的地区之一，对外贸易交流频繁，经济规模与影响力较大，北极航线的开通将推动对其经济贸易发展.

4) 北极航线的开通将与传统航线进行对接，与苏伊士运河、巴拿马运河形成环状海上运输结构，在一定程度上影响沿岸国家的经济贸易，因此，北极航线经济圈也包括：埃及、沙特阿拉伯、摩洛哥、阿尔及利亚、利比亚、苏丹、埃塞俄比亚、土耳其、巴拿马、墨西哥.

1.1.2北极航线经济圈划分 北极航线分为东北航线、西北航线和穿极航线，东北航线主要位于俄罗斯沿岸海域，西北航线位于加拿大和美国沿岸海域.北极航线主要影响区为亚洲、欧洲和北美洲，因此根据北极航线影响地区的不同，将北极航线经济圈分为3部分.

1) 欧洲主要国家及周边国家： 挪威、瑞典、芬兰、英国、丹麦、冰岛、法国、德国、荷兰、意大利、西班牙、比利时、葡萄牙、埃及、沙特阿拉伯、摩洛哥、阿尔及利亚、利比亚、苏丹、埃塞俄比亚、土耳其等21个国家.

2) 东北亚国家： 俄罗斯、中国、日本、韩国、朝鲜等5国.

3) 美洲主要国家： 美国、加拿大、墨西哥、巴拿马等4国.

1.2研究方法与数据来源

1.2.1研究方法 引力模型是由牛顿万有引力定律发展而来，即两个物体之间的引力与它们各自的质量成正比，且与它们之间的距离成反比[22].引力模型计算公式为：

(1)

(2)

式中，Fij为国家i对国家j的吸引力，Ni、Gi分别为i国家的人口数和GDP值，tij为两港(两国)之间的最短航行时间.

根据两点之间作用力的有无方向，空间网络可分为有向网络和无向网络，同时根据两节点间作用力强度的差异性，空间网络可分为加权网络和无权网络，其中加权网络侧重于权重，而无权网络更侧重于连接[24].本研究将北极航线经济圈各分组内国家间的引力初始值设为0，并借鉴盛斌[22]的研究方法，剔除异常引力值和北极航线经济圈各分组内国家间引力值计算得到的均值作为经济联系网络的切分点，即当经济引力达到或大于该值时说明两国存在联系，权重为引力值，反之不存在联系，权重为0.

交通可达性是交通运输网络的重要指标，是重构区域空间格局的重要体现[25].从地理学视角来看，海运航线开通将提升沿线港口可达性水平，但也有可能降低某些港口的可达性水平，导致其失去核心港口地位.同时，随着船舶大型化和现代航运技术的变革，航运经济成本的相对弱化，而时间成本愈加成为影响航运发展的重要因素.然而，北极航线开通将大幅减少亚欧美地区的航行时间，因此，利用加权平均旅行时间测度北极航线开通对北极航线经济圈经济联系网络的影响.计算公式[20]为：

(3)

式中，Ti为i国家的可达性水平，即加权平均旅行时间，Ti越小，该节点的可达性越大，Gj为j国的经济水平，用GDP来衡量，tij为i国到j国最短航行时间.

1.2.2数据来源 本文使用的29个国家2013年人口和GDP数据来源于联合国统计数据库(National Accounts Main Aggregates Database： http：//unstats.un.org/unsd/snaama/introduction.asp)和世界银行数据库(The world bank：http：//data.worldbank.org/).最短航行时间数据来源于29个国家间代表性港口之间的航行时间(Shipping Distances & Time Calculator： https：//www.searates.com/services/distances-time/).

2北极航线经济圈经济联系网络实证分析

2.1网络空间结构特征

根据公式(1)计算得到29×29的网络矩阵，根据切分值构建北极航线经济圈加权无向经济联系网络，即节点间存在连接且是无向的，表示两国间的经济联系.利用NodeXL构建北极航线开通前后北极航线经济圈经济联系网络(图1、图2).

从图1和图2可以看出，北极航线开通前后北极航线经济圈经济联系存在显著的核心—边缘结构特征，经济联系较为频繁的国家多位于北极航线及其延长线地区，且大国间的经济联系更为紧密.北极航线开通前(图1)的北极航线经济圈经济联系网络呈现出以中国和美国为中心，经济圈其他国家为边缘的核心—边缘结构特征，经济联系较频繁的国家主要位于美东—欧洲航线、亚欧航线沿线地区，北极航线沿线国家经济联系程度较低；北极航线开通后(图2)的北极航线经济圈经济联系网络演化为以中国、美国、德国为中心，经济圈其他国家为边缘的核心—边缘结构特征，其中，中美、美德、美英、美法、美西等国家的经济联系程度较强，北极国家及北极航线延长线上的国家在经济联系网络中的地位将不断提升，北极航线进的联通作用日益凸显.

注：节点大小代表国家GDP规模，边的粗细程度代表经济引力的大小或经济联系强度，下同. 图1 北极航线开通前的经济联系网络Fig.1 Economic connection network before the opening of the Arctic route

图2 北极航线开通后的经济联系网络Fig.2 The economic connection network after the opening of the Arctic route

北极航线经济圈经济联系网络中“节点”数量为29个国家，加权无向网络中每个节点度体现了某个国家与其他国家的联系程度.北极航线开通前后经济联系网络中节点中心度排名如表1所示，可以看出，节点中心度排名前三的是美国、中国和德国，说明这些国家在经济联系网络中占有较高的地位，其中，美国占据绝对核心地位，且美国与其他国家的节点中心度差异较大；从北极航线的影响来看，北极航线开通前美国、中国、加拿大、德国、法国、英国、墨西哥等国家的节点中心度较大，说明传统航线对这些的国家经济联系的影响程度较大；北极航线开通后，中国、德国、俄罗斯、日本、墨西哥、瑞典、比利时等国家的节点中心度略有上升，说明北极航线开通增强了这些国家的节点中心度.而美国和利比亚的节点中心度略有下降，说明北极航线开通分担了传统航线大部分的货物运输，传统航线中占据重要位置的利比亚受到新航线开通的影响，而美国虽然节点中心度略有下降，但北极航线开通并未影响其在经济联系网络中的核心地位.

表1 北极航线开通前后网络中重要节点中心度变化Tab.1 Changes in the centrality of important nodes in the network before and after the opening of the Arctic Route

2.2网络密度特征

采用NodeXL计算北极航线开通前后北极航线经济圈经济联系网络的密度变化特征.北极航线开通前经济联系网络密度为0.106，说明国家节点联系程度较低；北极航线开通后经济联系网络密度为0.116，经济联系网络密度略有提升，说明北极航线的开通在一定程度上促进了北极航线经济圈经济联系网络的经济联系程度，但国家节点间的联系程度依然较低，这种现象产生的原因主要是北极航线自然环境恶劣，北极航线航运规模尚未形成，且资源开发难度较大，这些影响因素成为北极航线经济圈经济发展的限制条件，也成为出现经济联系较低现象的原因之一.

2.3网络可达性特征

根据经济联系网络可达性计算公式，得到北极航线开通前后经济联系网络中节点的可达性值(即加权平均旅行时间)，从表2可以看出，北极航线开通后绝大部分西欧国家的可达性水平较高，特别是冰岛、挪威、荷兰、丹麦、比利时、葡萄牙、瑞典、德国、英国等西北欧国家受北极航线开通影响较大.而与西北欧国家相比，中国、日本、韩国的可达性水平较低，主要因为中国、日本、韩国等东北亚国家距离北极航线核心地区较远，开发利用北极航线存在一定的制约因素.

表2 节点可达性分析Tab.2 Node accessibility analysis

续表2

从北极航线开通前后可达性排名变化幅度来看，阿尔及利亚、摩洛哥、巴拿马、利比亚、沙特阿拉伯、埃塞尔比亚等国可达性排名下降幅度较大，其中阿尔及利亚下降幅度最大，说明北极航线的开通将大幅分担传统航线的货物运输，对传统航线沿线国家经济发展产生较大冲击，同时，北极地区丰富的石油、矿产资源也将会对中东地区的石油出口产生较大影响，这也是这些国家在北极航线经济圈中可达性排名下降幅度较大的原因.

从可达性提升幅度来看，俄罗斯、日本、中国、挪威、芬兰、韩国、丹麦、德国、加拿大、瑞典等国家提升幅度较大，北极航线的开通在一定程度上增强了这些国家间的时空联系.中日韩德等国家均为北极航线延长线的重要国家，同时也是世界上重要的经济体和双边贸易伙伴，北极航线的开通在一定程度上提升了双方的经济贸易联系，推动了东亚与西欧的航运贸易发展.而俄罗斯、挪威、芬兰、丹麦、加拿大、瑞典等国家均为环北极国家，北极航线开通对将大幅提升其在北极航线经济圈经济联系网络中的地位.土耳其、苏丹、沙特阿拉伯、利比亚、法国、巴拿马、埃塞俄比亚、埃及等传统航线沿线国家的可达性提升幅度较小，主要原因是北极航线的航运价值将促进全球航运格局北移，受此影响，传统航线沿线国家航运、经济发展将受到较大冲击，也在一定程度上降低其在北极航线经济圈经济联系网络中的地位.

因此，北极航线的开通将促进全球航运格局北移，传统航线发展将受到一定的冲击；北极航线开通也将提升北极航线及其延长线国家的经济地位，促进北极航线经济圈经济联系网络多中心格局的形成.

4结论

本文运用引力模型和可达性研究方法对北极航线开通前后北极航线经济圈经济联系网络的空间结构及其网络可达性特征进行研究，为北极航线经济圈经济联系格局构建提供理论支持和定量依据.同时，北极航线经济圈经济联系网络反映经济联系结构特征，通过数据分析揭示北极航线开通前后的新内涵，为北极航线开发利用及中国北极航线实践提供可操作性的指导.研究得出以下结论.

1) 北极航线开通前后，北极航线经济圈经济联系网络呈现显著的核心—边缘结构，空间联系较为频繁的国家主要位于北极航线及延长线地区.北极航线开通前北极航线经济圈呈现以美国和中国中心的核心—边缘机构，北极航线开通后北极航线经济圈经济联系网络空间结构演化为以美国、中国和德国为中心的核心-边缘结构.北极航线开通强化了中美、美德、美英、美法和美西等国家的经济联系程度，北极国家及北极航线延长线上的国家经济地位不断提升.

2) 北极航线开通后北极航线经济圈经济联系网络密度略有提升，但经济网络密度依然较低，说明北极航线在一定程度上促进了北极航线经济圈国家间经济的联系，但受制于北极航线的自然环境，资源开发利用难度大，在一定程度上限制了北极航线经济圈的开发利用，限制了北极航线经济圈的经济发展水平提升.

3) 北极航线开通后绝大部分西欧国家可达性水平较高，特别是对西北欧国家的影响较大；但与西北欧国家相比，东北亚国家的可达性水平较低，这与东北亚国家距离北极航线核心区较远有直接关系.但北极航线开通后东北亚国家的可达性水平增幅较大，而传统航线沿线国家可达性水平增幅较小，说明北极航线开通对东北亚国家产生了积极影响，对传统航线沿线国家产生了一定的负面冲击.