基于PCA-CA模型的中国海洋强省建设综合评价研究

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曲彭,史春林

(大连海事大学 马克思主义学院,辽宁 大连 116026)

党的十八大以来,建设海洋强国的战略思想被正式提出,系统性地阐述了理论与实践方面的问题。党的十九大再次提出要坚持陆海统筹、加快建设海洋强国。在这种背景下,辽宁省做出了打造海洋经济强省的“五点一线”战略;
山东省从“七个重点”扎实推进海洋强省建设;
天津市政府提出建设全球海洋中心城市目标规划,其他沿海省份也都提出了海洋强省、海洋强市或海洋强区的建设目标,努力发展并提高区域海洋建设水平。

在现有的研究文献中,国内学者的研究主要集中于海洋强国意识的形成[1-3]、海洋发展的战略及相关政策[4-6]、沿海地区海洋建设的评价三个方面。其中,在沿海地区海洋建设评价体系的研究中,王蓓和常健聪[7]构建了海洋经济竞争力评价体系,采用主成分分析法对沿海地区进行分析,该研究表示海洋科技实力对海洋经济竞争力的贡献最大;
刘明[8]构建了海洋资源禀赋、海洋经济发展能力、地方宏观环境以及海洋环境保护能力四个二级指标的评价体系,基于层次分析法等评价方法对沿海地区经济建设进行了评价;
翟仁祥和李敏瑞[9]以江苏省为实证对象,采用多元统计和因子分析等方法,定量测算了江苏省在建设海洋经济方面的水平,以数据为依据提出了相应加快海洋经济建设的对策和措施。

由此可见,目前学者主要聚焦于中国海洋发展的认识论和经济建设,针对单一区域的综合评价研究较多,而对中国沿海各地区海洋建设的综合评价较少。因此,本文在前人研究的基础上,聚焦于中国海洋强省建设,以中国沿海省份为研究对象,构建中国海洋强省建设的评价指标,并采用主成分分析与聚类分析相结合的综合评价方法,对中国各沿海地区的海洋建设水平进行分析和比较,并从指标体系、综合评价模型构建、实证研究三个方面论证丰富中国海洋强省建设的理论和实践研究。

从海洋的开发、利用、保护和管控四方面着手,兼顾指标数据的可得性与实用性,构建集海洋经济发展、科技发展、产业竞争力、综合管理、生态文明五个维度为一体的综合评价体系。由于评价体系中二级指标较多,且考虑到赋权重具有一定的主观意识,因此,采用主成分分析和聚类分析相结合的综合评价模型。

1.1 中国海洋强省建设综合评价体系构建

为了全面、科学和系统地测算中国沿海各省份的海洋建设水平,需要构建一套可量化、可测算的评价指标体系。殷克东和方胜民[10]基于可持续发展理论、国际竞争力理论等原理确定了海洋强国指标体系的设计原则,并在此之上建立了海洋强国指标体系;
刘笑阳[11]根据对中西方长时间段的研究,提出了衡量涉海国家海洋能力的八大要素。本文根据上述学者的研究观点,结合美国马汉提出的“海权六要素”经典及与其相关研究的成果,考虑沿海各省份海洋建设水平数据的科学性、逻辑性、可比性和数据可获得性,从海洋经济发展水平、海洋科技发展水平、海洋产业竞争力、海洋综合管理能力、海洋生态文明建设五个层面构建一级指标,包含24个二级指标,系统全面地分析了各沿海省份的海洋建设水平,选用的评价指标如表1所示。

表1 海洋强省建设水平的综合评价指标体系

1.2 中国海洋强省建设综合评价模型构建

为了使指标的数据更加平稳和准确,在对原始数据的处理时选用改进的指数测算模型;
而为了客观地对指标数据进行评价,采用主成分分析与聚类分析相结合的综合评价模型,在保留大量原始指标的基础上,对指标进行降维简化处理,且根据指标数据的特征对样本个体进行分门别类。

1.2.1 指数测算模型

中国沿海各省份的海洋建设评价是多指标体系的综合评价,不同指标的数据可以反映各地区海洋建设强弱的评价值。因此,采用指数功效函数对二级指标进行无量化处理:

式中:Z为二级指标数据的单项值,xs为二级指标值数据的下限,xh为指标值数据的上限。设定α=60,β=-ln0.6,则Z的取值范围于60~100之间。

1.2.2 主成分分析—系统聚类综合评价模型

在实证研究中,为了系统和全面地评价各省份海洋建设情况,采用主成分分析法对评价不同地区的多个指标进行降维处理,从中国海洋强省建设评价体系中提取主成分,将评价个体的多指标转化为综合评价指标,其原理为:

第一,构建评价矩阵V=(Vmn)di,其中m=1, 2, …,d;
n=1, 2, …,i。

第二,计算相关系数矩阵R。相关系数矩阵R=(rij)ij,其中,rij表示第i个指标与第j个指标的相关系数。

第三,计算特征值λn(n=1, 2, …,i),特征向量en(n=1, 2, …,i),其中λ1≥λ2≥…≥λn。由特征向量组成i个新的指标向量yi。

第四,选择p(p≤i)个主成分,并计算综合评价值。

式(3)~(5)分别表示主成分贡献率、累计贡献率和综合得分。

第五,在主成分分析的基础上,采用较为常用的欧氏距离—离差平方和法对样本进行定量分类。

以中国11个沿海省份为实证对象,并从《中国海洋统计年鉴》获取指标原始数据,以主成分分析对11个沿海省份的海洋建设情况进行排序和评价,并通过系统聚类方法对11个沿海省份进行分类。

2.1 数据无量化处理

选取天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东、广西、海南11个沿海省份作为研究对象,数据主要来源于《中国海洋统计年鉴》,取2016—2017年[12]、2017—2018年[13]、2018—2019年[14]的数据平均值。对二级指标进行指数无量化处理得到Zij,结果见表2。

表2 沿海各省份二级指标数据无量化处理后的数据

2.2 基于PCA中国海洋强省建设水平分析

本文所建立的指标体系中,评价沿海各省份海洋强省建设水平的二级指标有5大类24个,评价指标较多且相互之间存在一定关联性,与采用指标数据进行综合评价相比较,采用主成分分析法能够对不同变量的数据进行综合归纳,对高维变量空间进行简化、降维处理,以减少各评价指标之间的关联性,从而使评价结果更加科学、真实。选取标准化后的数据,计算出各因子对应的特征值、贡献率、累计贡献率,如表3所示,并计算各变量X1,X2, …,X24在各主成分的载荷,得到主成分载荷矩阵,见表4。

表3 特征值及主成分贡献率

由表3可以看出,第一主成分的方差贡献率为38.478%,即综合表达了近四成的原指标信息,前6个主成分的累计方差贡献率为92.040%,既保留了原指标的绝大多数信息,又将指标数量由24个减少至6个,简化了问题分析过程。由表4可以看出,在144个指标系数中,有106个系数的绝对值位于0.1~0.3之间,占比73.6%,大多数指标系数所占比重相对均衡,也表明了本文所建指标体系的科学合理。

表4 主成分载荷矩阵

基于SPSS软件对海洋强省建设水平评价体系中24个二级指标进行主成分分析后,计算得前6个特征根的累计贡献率超过90%,主成分分析的效果较好,六个特征值分别是9.235、5.361、2.825、1.889、1.730和1.050。根据数理统计相关知识,得到6个主成分的表达式,并由此计算出Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6的值。以6个主成分的贡献率作为权重,将24个指标经标准化(无量化)处理后的数据代入主成分表达式,计算得到各省份的海洋强省建设水平主成分值,构建基于主成分分析的综合评价模型。

在综合评价各沿海省份的海洋建设水平时,以6个主成分综合反映原24个指标的信息,其中Y1方差贡献率为38.478%,综合了原指标近四成的信息,因而能够整体反应各沿海省份的海洋建设水平。其余5个主成分虽方差贡献率相对较低,但仍对评价海洋建设水平具有重要的参考意义。Y2的方差贡献率为22.336%,且与X2、X3呈显著正相关关系,与X16、X21呈显著负相关关系;
因此,当Y2得分较高时,表明人均海洋生产总值与海洋生产总值占地区生产总值的比例相对较大,而颁发海域使用权证书数量与沿海地带一般工业固体废物利用量相对较少。Y3的方差贡献率为11.770%,且与X13、X24呈显著正相关关系;
因此,当Y3得分较高时,意味着海洋船舶工业发展水平较高,沿海地区海洋类型自然保护区数量较多。Y4的方差贡献率为7.870%,且与X22呈显著正相关关系,与X4呈显著负相关关系;
Y4得分高则表明沿海地带绿色发展指数较高,而单位海岸线海洋生产值相对落后。Y5的方差贡献率为7.210%,且与X17呈显著正相关关系,与X11呈负相关关系;
因此,当Y5得分较高时,表明确权海域面积较大,而海洋能源开发水平相对落后。Y6的方差贡献率为4.376%,与X10呈负相关关系;
Y6得分高表明海洋科研课题、论著及专利拥有数量相对较少。

基于SPSS软件,分析得出11个沿海省份在各主成分上的得分,通过各主成分的方差贡献率占6个主成分总方差贡献率作为权重进行加权汇总,得到11个沿海省份海洋建设水平的综合得分,如表5所示。在海洋强省建设中较为领先的有广东、山东、上海、浙江、福建。其中,广东除海洋生产总值、海域使用金征收金额等方面较为突出外,海洋科技发展水平也相对领先;
山东则在海洋科技、海洋产业、生态文明建设等方面总体较好;
上海的海洋经济发展水平,特别是在人均海洋生产总值、单位海岸线海洋生产值等方面较为出色;
浙江在海洋产业竞争、综合管理等方面表现突出,各方面发展均衡;
而福建在海洋经济、海洋产业、生态文明建设等方面表现良好;
各省份依凭不同的自然地理环境,表现出建设海洋强省的不同优势领域。

表5 11个沿海省份各主成分得分及综合得分

2.3 基于CA中国海洋强省建设水平分析

根据2.2节的计算结果并运用SPSS软件对11个沿海省份的海洋建设水平进行聚类分析,进一步探索各地区的共性特征与差异。经过聚类分析,将各沿海省份按照海洋建设水平共分为五类,其中,第一类有3个,第二类有3个,第三类1个,第四类1个,第五类3个,具体分类结果见表6、表7与图1。

表6 中国海洋强省建设水平分类

表7 聚类分析近似矩阵

图1 聚类分析树状图

基于主成分分析结果,依据不同指标对中国各省份的海洋强省建设水平进行聚类分析,最终将样本群体分为五类。第一类有广东、山东、浙江,它们在海洋强省建设各方面均衡发展,其中海洋产业竞争力这一指标较为突出,海洋经济、综合管理、生态文明建设方面也协同兼顾;
第二类有福建、上海、天津,它们的海洋经济发展水平普遍较好,其他领域发展也相对平衡;
第三类辽宁在海洋综合管理能力表现突出,在海洋科技、生态文明建设方面表现中上游;
第四类江苏在海洋生态文明建设方面表现出众,在海洋科技、产业、综合管理方面表现中游;
第五类有河北、广西、海南,它们的海洋强省建设略显不平衡,其中海洋科技发展水平与综合管理能力落后明显。

为结合主成分分析、聚类分析,直观地展示海洋建设水平分类与各主成分之间的关系,考虑到第一主成分所占方差贡献较大,以Y1作为基准绘制PCA散点图,图中经过聚类分析处于同一类别的地区用相同符号表示,结果见图2~图6。在PCA散点图中,若得分值小于零,并不代表其海洋建设水平评分为负,正负仅表示该地区在某指标下评价海洋建设水平与平均水平的相对关系。

图2 Y1与Y2得分散点图

由图2~图6可以看出,对于第一类省份(广东、山东、浙江)来说,Y1的得分区间长度约为5,而其他主成分得分均集中在-2~2区间内,说明Y1是第一类省份的主要影响因子;
同理分析可得,Y2是第五类省份的主要影响因子。结合图3分析中国沿海各省份第三主成分得分情况,可以看出纵向分布较为平均,其中江苏相对较优,而辽宁相对落后,其中江苏海洋船舶工业发展水平较高,沿海地区海洋类型自然保护区数量较多。而图4~图6也可以分别就不同主成分层面分析各沿海省份的相关建设水平。第三类省份(江苏)的突出特点是第三类主成分得分较高,而第四类省份(辽宁)的突出特点是第五类主成分得分较高,第二类省份(福建、上海、天津)在第一、第二、第三、第五、第六主成分上均有明显的相似特征。

图3 Y1与Y3得分散点图

图4 Y1与Y4得分散点图

图5 Y1与Y5得分散点图

图6 Y1与Y6得分散点图

中国海洋强省建设,是以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,坚持新发展理念,紧扣我国社会主要矛盾变化,按照高质量高发展的要求,围绕统筹推进“五位一体”总体布局和协调推进“四个全面”战略布局,以供给侧结构性改革为主线,着力推动海洋强省建设质量变革、效率变革、动力变革。通过对11个沿海省份的主成分和系统聚类分析,可以发现各省份的海洋建设水平存在一定的地区差异,也具有一定的区域相似性,而构成海洋建设水平差异的最根本原因是海洋建设的不均衡性和不协调性,因此,从以下几点协同强化海洋强省建设。

3.1 经济发展是海洋强省建设的重心

各沿海地区应顺应国民经济发展水平,为我国经济平稳运行提供重要支撑和保障,将海洋经济做大做强,扩大海洋经济规模、优化产业结构、提高海洋经济增长质量,同时培育海洋相关产业,提高产业贡献率,推动海洋经济从数量规模型向质量效益型的转变,对于助力海洋强省建设有着重要意义[15]。

一方面,从海洋经济发展战略理念角度出发,以国家海洋发展总体战略布局为指引,加速海洋产业体系一体化构建,加快区域海洋经济一体化建设,推进基础设施、产业结构与市场拓展三者的统一,促进建成精细化分工、门类齐全的海洋产业体系。同时结合各地海洋相关产业发展现状,以可持续发展的理念开发利用海洋自然资源与人力资源、海洋空间资源等,不断激发海洋经济的发展活力,推动海洋经济增长方式的转变,促进海洋产业结构持续升级优化。

另一方面,从海洋经济对外开放战略角度出发,立足沿海地区经济发展,进一步推动不同海域间对外经济贸易的发展合作,不断提高我国海洋经济的影响力,推进海洋相关产业向着开放型转变。同时加快建设符合海洋运输国际标准的国家船队,建设具有国际、区域影响力的贸易港,建设具有较大市场影响力的海洋旅游景区等,充分挖掘海洋经济发展的潜力,形成多元化、国家化的蓝色经济发展格局。

3.2 科技创新是引领海洋强省建设的动力

只有不断优化海洋高新科技创新平台布局,不断突破相关核心技术,各沿海地区才能为海洋经济的高质量发展、海洋环境的高标准保护、海洋秩序的高可靠管控、海洋资源的高效率开发提供坚实保障。

一方面,从科技创新角度出发,一是要重视海洋科学发展规划,加快各地联合建成海洋科创共同体,协同构建全国互联互通的科创体系,推进各地在科研平台、科研项目、科研设施上系统合作、协调发展,在统筹协调的基础上激发产生更大的自主创新能力;
二是注重创新与成果转化,注重校企、研产融合,切实提高科技成果转化率,将创新能力转化为社会生产力;
三是探索各地共同编制海洋科技发展中长期规划,以治理海域环境、保护生态健康为重点,确定相关优先研究领域,注重海洋产业的可持续发展。

另一方面,从科教兴国的角度出发[16],一是要注重提高国家海洋软实力,注重全民普及海洋教育,加强海洋终身教育,以校园、媒体、社会组织、政府机构为主题,将海洋相关知识融入义务教育体系,在博物馆、海洋馆等文化场所开辟海洋知识宣传普及的阵地;
二是政府相关部门要切实起到监管、引导的作用,发挥媒体的平台优势,通过互联网、电视广播等渠道,以线上展览、宣传视频、公益广告、知识竞赛等形式传播海洋知识,构建知海、爱海的良好意识;
三是注重海洋建设高端人才培养,相关高等院校要建立完备的海洋学科体系,搭建高校与研究院、高校与企业之间人才协同培养的平台,注重以我国为主体的人才跨区域、跨国界交流合作。

3.3 环境保护是海洋强省可持续发展的基础

党的二十大报告中指出,发展海洋经济,保护海洋生态环境,加快建设海洋强国。对海洋生态文明建设和海洋环境保护作出了重大战略部署。沿海省份需要增强保护海洋生态系统的管控、调节能力,不断提高海洋保护宣传能力,全面普及海洋保护教育,打造宣传海洋权益的舆论通道,同时建立相关人才队伍保护海洋生态,是实现海洋强省战略强有力的措施。

一方面,要坚持海陆统筹。一是从环保问题的根源着手筑牢防线,从江河流域的上游着手防范污染,严格进行污染物入海管控,大力开展海洋垃圾整治工作;
二是重点建设统一的海洋保护人才队伍与执法力量,采用信息化手段进行实时监测、动态管控,进一步强化对环境的监测、保护能力,以强制性法律法规约束并提高海洋执法的能力与效率;
三是加强对相关企业的监管力度,及时曝光存在严重污染、破坏环境行为的单位和个人,同时引导、激励相关单位绿色可持续生产。

另一方面,政府部门与民间组织要协调共治。一是以政府主管部门、相关企业单位与民间组织为主体构建海洋环境治理与生态保护体系,明确非政府组织在环保工作中的地位与功能作用,不断完善沟通对话机制,建立健全相应激励、帮扶机制,对投身海洋环境治理与生态保护的社会力量加强政策引导与支持;
二是建立海洋环保信息共享平台,实现相关信息的公开透明,协助社会力量开展形式多样的海洋环保宣传教育活动,树立公民海洋保护观念,强化责任主体意识。

3.4 科学管理是强化海洋强省建设的保障

沿海各省份需要全面增强海洋管理能力,重点围绕生态保护、资源开发、海域海岛管理等打造海洋管理体系,不断提高海洋事务管理话语权与海域规则制定主导权。

第一,按照“区域协作、互利共赢”的理念,兼顾沿海各地合法利益的前提下,对各省份现行的有关海洋的法规制度进行归纳兼容,全面服从国家发展的整体战略规划,统一各海域中海洋功能规划、海域使用授权、相关行政处罚等规定[17]。同时建立区域协同的海域管理机构,对各海域发展中的共性问题加以归纳、统筹考量,打破区域间的海洋发展桎梏,统筹协调各地的发展战略规划、发展政策规定以及重大项目投入等,构建切实有效的区域间海洋发展合作机制,全面负责区域海洋协同发展的各项工作[18]。

第二,在统筹各沿海区域协调发展的同时,依照人类命运共同体的发展理念,依循共商共建共享的原则,依靠国家对外开放整体战略布局,依托“21世纪海上丝绸之路”的合作倡议,积极推进跨海域、跨大洋的对外发展合作,通过海洋渠道与世界各国保持紧密的联系与密切的合作,不断提高我国海洋事务在国际上的影响力与话语权,形成新时代下更为行之有效的海洋管理制度体系,全面加强海洋管理与危机处理能力。

3.5 资源优化是激发海洋强省建设的活力

在新时代合理利用海洋资源,走依海富国、以海强国、人海和谐、合作共赢的科学发展道路对海洋强国及海洋强省具有重大深远意义。

一方面,构建统一的海洋资源交易市场,形成沿海各地区一体化的海洋资源贸易体系,破除由于地理阻隔、行政区划等因素而僵化锁定的海洋资源要素配置[19]。在对海洋资源进行统一评估、界定的基础之上,制订并出台一系列的相关法律法规,推进相关资源及其使用权的市场化,提高海洋资源的市场投入率和利用率,同时相关机构也应履行监管职责,确保国家主权安全与领土完整不受侵犯,加强对海洋资源开发利用的规划和指导。

另一方面,在合理开发海洋自然资源的基础之上,还要高效利用海洋空间资源,推动建立海事部门与交通、贸易等部门间的协调合作机制,加快海洋基础设施建设,实现全国范围内海洋产业布局与发展格局的统筹规划,实现港口、航道等建设、管理的协调统一。通过各地整合,充分提高海洋空间资源的利用效率,实现设施、管理、企业、部门、平台等方面的协同联动。

本文从海洋经济、科技发展、产业竞争、生态文明和海洋管理五个方面构建了海洋强省的综合评价体系,通过主成分分析法对各省份海洋建设指标进行评价排序,通过聚类分析法对各省份海洋建设情况进行分类,实证分析得到我国11个省份的综合评价情况。

实证研究的结果表明,海洋经济建设是各个海洋强省建设的发展重心,要协同推进沿海地区经济高质量发展和生态环境高水平保护,而海洋经济建设亦离不开海洋科技创新的内源驱动和海洋综合管理的现代化建设。同时,区域资源开发、优化和整合对于壮大沿海地区的海洋渔业、旅游业、贸易、航运业等产业具有促进作用。建设海洋强省是实现海洋强国和交通强国的必然要求,各省份要充分发挥自身区域优势,因地制宜地发展海洋经济,为海洋强国建设做出区域贡献。

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