中國海洋科研機構的空間分布特徵與演化趨勢

最新 05-03

摘要：作為源頭創新的主力軍之一，海洋科研機構在國家海洋科技創新發展中佔據重要地位，其空間分布直接影響海洋科技創新資源的配置和使用效率。

以中國海洋科研機構為研究對象，依據科技部科技統計數據，在ArcGIS10.2支持下，採用標準差橢圓方法，從地理要素和科研力量要素等多角度分析2001—2015年海洋科研機構的空間分布特徵與動態演化。

結果表明：

中國海洋科研機構數量持續增長，空間展布範圍不斷擴張；

海洋科研人才建設持續加強；

海洋科研經費投入集中在北京、天津、山東、浙江等老牌海洋強省強市；

海洋科研機構的科研產出正在實現全國範圍內的大爆發，海洋科研活動程度不斷提高；

海洋科研機構的地理位置與人力、經費投入和科研產出布局呈現非均衡化趨勢。

1、引言

海洋科研機構是國家海洋科技創新發展的主要動力和國家海洋科研能力建設的重要方向。在建設海洋強國戰略背景下，科學謀劃海洋科研機構空間布局，合理配置海洋科技創新資源具有重大意義。

從目前的研究來看，關於科技創新資源布局的成果多集中於對科技創新能力或單個指標的空間特徵分析[1] [2]，較少有學者針對海洋科研機構本身布局與結構開展研究，從全局的、空間的角度考察海洋科研機構布局與海洋科研力量分布動態的研究更是寥寥。胡振宇（2014）依據《中國海洋統計年鑒2012》數據，分析了海洋科研機構空間格局、城市格局、學科格局等方面存在的問題，並從新經濟地理學角度探討了其成因[3]。該研究是針對海洋科研機構本身的少見探索，但由於所用數據為省級數據，未能準確反映海洋科研機構的空間布局。

鑒於此，為揭示中國海洋科研機構布局和海洋科研力量的空間演化規律，本研究基於海洋科技統計中海洋科研機構單點數據，採用標準差橢圓這一空間統計方法，選取科技統計中的從業人員、科技活動收入中政府資金和科技論文三個指標分別反映海洋科研機構的人力投入、經費投入和產出情況，從多重角度刻畫海洋科研機構的地理位置、人力投入、經費投入、產出等要素的時空變化過程，以空間可視化的方式揭示我國海洋科研機構格局的整體特徵與動態演化過程，以期為制定海洋科技創新發展政策、海洋科研機構布局戰略等提供決策依據。

2、主要研究結論

進入21世紀以來，海洋科技創新成為海洋經濟發展的根本動力，在國家、區域競爭中佔據主要地位。作為海洋科技創新的主力軍之一，海洋科研機構的地理要素和科研力量要素的空間布局對落實建設海洋強國建設意義重大。本研究揭示了2001—2015年海洋科研機構的空間分布特徵與動態演化過程，可得出以下結論：

（1）從地理位置來看，中國海洋科研機構數量持續增長，空間展布範圍不斷擴張。具體來說，中國海洋科研機構在地理位置上大多集中在沿海地區；從2007年開始，黑龍江等北方地區、湖北、陝西、甘肅等中西部地區和廣西、海南等沿海地區建設起一批海洋科研機構，但其增長趨勢小於東南沿海地區的海洋科研機構；2009年，北方地區和中西部地區的海洋科研機構增長趨勢反超東南沿海地區；自2010年以後，這一趨勢減緩，山東、江蘇、浙江等地恢復增長優勢。

（2）從人力投入來看，中國持續加強海洋科研人才建設。具體來說，北京、天津、山東等地區的海洋科研機構從業人員有明顯優勢；自2007年開始，中西部地區的海洋科研機構人才建設環境良好；2013年以後，北方地區海洋科研機構在人力投入的優勢在逐漸減弱，南方海洋科研機構的從業人員數量漲勢突出。

（3）從經費投入來看，中國海洋科研經費投入集中在北京、天津、山東、浙江等老牌海洋強省強市。同時，中西部地區的海洋科研機構在經費上的拉動作用也十分明顯。

（4）從科研產出來看，中國海洋科研機構的科研產出正在實現全國範圍內的大爆發，海洋科研活動程度不斷提高。具體來說，2007年以前，北方的海洋科研機構在產出增速上不佔優勢，而位於中部的海洋科研機構產出成果突出；2007年，中西部地區和廣東、廣西等地區的海洋科研機構的科技論文發表數量飛速增長，北京、天津、遼寧等地區科研產出同樣可觀；自2009年開始，東南沿海地區科技論文發表量的增長趨勢實現反超，海洋科研機構產出在全國範圍內增長趨勢明顯。

（5）從四者空間關係來看，中國海洋科研機構的地理位置與人力、經費投入和科研產出布局呈現非均衡化趨勢。2001—2015年，中國海洋科研機構的人力、經費投入和科研產出與地理位置的布局有明顯出入，且其中心點的距離有擴大趨勢，呈非均衡化發展態勢。

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3、研究方法

標準差橢圓（Standard deviational ellipse，SDE）是空間統計方法中能夠從多重角度反映要素空間分布整體性特徵的方法，已成為ArcGIS空間統計模塊的常規統計工具[4]。

SDE由美國南加州大學社會學教授Lefever在1926年提出[5]，用來度量一組數據的方向和分布，揭示要素的空間分布特徵[6-8]，因其直觀性與有效性已得到廣泛應用[9-14]。SDE方法生成的結果為一個橢圓，從其生成演算法來看，首先用平均中心來確定橢圓的圓心，然後由平均中心作為起點對X坐標和Y坐標的標準差進行計算，從而定義橢圓的軸線，同時確定橢圓的方向，正北方向為0度，順時針旋轉。此外，可以根據要素的位置點或受與要素關聯的某個屬性值影響的位置點來計算標準差橢圓。[15]需要說明的是，ArcGIS提供了「橢圓大小」這一參數，一個、兩個、三個標準差範圍可將約佔總數68%、95%、99%的輸入要素包含在橢圓內。本研究選取一個標準差範圍計算海洋科研機構的地理空間標準差橢圓（以下稱geo橢圓），且選取從業人員、科技活動收入中政府資金和科技論文作為屬性值計算海洋科研機構的加權標準差橢圓（以下分別稱pe橢圓、fi橢圓和ot橢圓）。

SDE方法通過橢圓的空間分布範圍和中心、長軸、短軸、方位角等基本參數的定量描述海洋科研機構的要素空間分布特徵。橢圓空間分布範圍的含義與SDE是否設定屬性值有關，比如，geo橢圓的空間分布範圍直接表示海洋科研機構在地理位置上分布的主體區域，pe橢圓是以從業人員為權重的海洋科研機構輸出的橢圓，其空間分布範圍與geo橢圓的相對位置可反映海洋科研機構從業人員的空間分布情況。橢圓中心表示要素空間分布的平均中心；長軸的方向是要素空間分布的主趨勢方向，其長度反映要素在主趨勢方向上的離散程度；短軸反映要素空間分布的範圍，長短軸比值越大，數據呈現的向心力越明顯，反之，數據的離散程度越大；方位角是從正北方向順時針旋轉到橢圓長軸的角度，表徵要素空間分布的方向。

4、空間分布特徵與演化趨勢

2001—2015年中國海洋科研機構的geo橢圓、pe橢圓、fi橢圓和ot橢圓如圖1所示，為輔助理解中國海洋科研機構在地理位置、人力投入、經費投入、產出的空間分布特徵和動態演化，選取2001年、2008年和2015年的標準差橢圓製圖2和圖3。

圖1 2001—2015年中國海洋科研機構標準差橢圓Figure 1 Standard deviation ellipse of China"s marine scientific research institutions from 2001 to 2015

從分布特徵來看（見圖2），中國海洋科研機構的標準差橢圓的主趨勢方向均為北偏東—南偏西，呈狹長分布。具體來說，2001年，geo橢圓空間分布從北到南覆蓋渤海灣海域、山東、江蘇、上海、安徽、浙江、江西、福建，該區域為2001年海洋科研機構在地理位置上分布的主體區域。相比於geo橢圓，pe橢圓和fi橢圓方位角明顯偏小，且空間分布往北集中，這是由於位於北京的機構在人力投入和經費投入方面有明顯優勢；ot橢圓方位角變化不大，其空間分布在geo橢圓內部往西集中，說明北方的海洋科研機構在產出上不佔優勢，且位於中部（如湖北）的海洋科研機構雖數量不多，但產出可觀。

2008年，中國廣西、海南等沿海地區和湖北、陝西、甘肅等中西部地區建設起一批海洋科研機構，geo橢圓相對2001年向西南方向擴展。相比於geo橢圓，pe橢圓、fi橢圓和ot橢圓空間分布往北集中，且方位角變小，其中ot橢圓程度最大，且整體更偏向於西。從數據來看，這是因為國家大幅增加了北京、山東以及中西部地區海洋科研機構的人力、經費投入，而北京、天津、山東、廣東等地區海洋科研機構的產出數據明顯領先其他地區。

相比於2008年，2015年中國海洋科研機構在全國範圍內有了新的空間格局，其中黑龍江、遼寧、北京等北方區域在數量上漲幅較大，geo橢圓在2008年的基礎上向北移動。從四個橢圓的相對位置來看，其關係與2008年大致相同，fi橢圓往北集中趨勢更為明顯，而ot橢圓則也往北移動，趨向於以山東為中心區域，說明該時段北京、天津、山東、浙江等地的經費投入和論文產出依然佔據優勢。

圖2 2001年、2008年、2015年中國海洋科研機構標準差橢圓（分年份）Figure 2 Standard deviation ellipse of China"s marine scientific research institutions in 2001, 2008 and 2015(display by year)

從動態變化來看（見圖3），geo橢圓的空間分布先往西南方向擴展，再向北移動。pe橢圓先有整體的擴展，往西和往南最為明顯，然後在繼續擴展中有偏向於北的趨勢，表明中國在全國範圍內不斷加強海洋科研人才建設，有效促進了廣西等沿海地區和中西部地區的人才引進。fi橢圓的擴展以往北為主，往西為輔，說明中國海洋科研經費投入仍集中在北京、天津、山東、浙江等老牌海洋強省強市，同時，中西部的海洋科研機構也得到了政府的大力支持。ot橢圓的整體擴展趨勢最為明顯，與fi橢圓一樣往北擴展為主，往西偏移為輔，不同於的是，ot橢圓的擴展基本完全基於自身，而fi橢圓則是擴展的同時往北移動，反映了海洋科研產出在全國範圍內的大爆發，說明中國海洋科研活動程度不斷提高，海洋科技創新水平持續提升。

圖3 2001年、2008年、2015年中國海洋科研機構標準差橢圓（分權重）Figure 3 Standard deviation ellipse of China"s marine scientific research institutions in 2001, 2008 and 2015(display by weight)

SDE的中心表示要素空間分布的平均中心。從中心點的軌跡（見圖4）來看，2001—2015年，中國海洋科研機構標準差橢圓有明顯趨勢變化，為便於總結海洋科研機構建設的演變規律，暫不考慮經緯度關係製圖5；為便於明晰海洋科研機構的地址位置與人力、經費投入和產出的關係，製圖6。

圖4 2001—2015年中國海洋科研機構標準差橢圓中心點軌跡圖Figure 4 Trajectory diagram of ellipse center point of standard deviation of China"s marine scientific research institutions from 2001 to 2015

可以看到，geo橢圓中心點的軌跡可分為四段：①2001—2006年，該時間段內中國海洋科研機構大多集中在沿海地區，且變化不大；②2007—2009年，該時間段是中國海洋科研機構建設的全面爆發期，黑龍江、甘肅、陝西、湖北、海南等地均建設了海洋科研機構，且沿海地區海洋科研機構數量也在增加，geo橢圓中心點變動較大，總體向西移動；③2010—2012年，geo橢圓中心點繼續向西移動，處於穩定發展狀態；④2013—2015年，北京、天津、山東等地海洋科研機構數量增多，geo橢圓中心向北移動且趨於穩定。

pe橢圓、fi橢圓、ot橢圓中心點的軌跡需要與geo橢圓中心點軌跡結合探討。對pe橢圓來說，2001—2006年，pe橢圓中心點變動不大，與geo中心點的相對位置也基本保持不變，位於geo中心點的正北方，說明北京、天津、山東等地區的海洋科研機構從業人員有明顯優勢；2007年，pe橢圓中心點向西移動；2009年，pe橢圓中心點繼續向西北方向移動；2013—2015年，pe橢圓中心持續向南移動，且2007—2015年期間，pe橢圓中心點始終位於geo中心點的西北方向，說明中西部地區的海洋科研機構人才建設環境良好，且2013年以後，南方海洋科研機構逐步增加了從業人員。對fi橢圓來說，fi橢圓中心點始終位於geo橢圓的西北方向，2001—2008年，兩者距離越來越小，2009年，fi橢圓中心點與geo橢圓中心點距離拉大，此後基本保持不變。ot橢圓中心點同樣位於geo橢圓的西北方向，2001—2006年，兩者距離呈波動狀態，2007年，fi橢圓中心點與geo橢圓中心點距離大幅拉大，此後有緩慢變小趨勢。

pe橢圓、fi橢圓、ot橢圓中心點與geo橢圓中心點的空間關係可以為確定海洋科研機構科研力量的均衡性提供參考。整體來看，pe橢圓、fi橢圓、ot橢圓中心點與geo橢圓中心點的距離有擴大趨勢，說明2001—2015年中國海洋科研機構科研力量呈現非均衡化趨勢。

圖5 2001—2015年中國海洋科研機構標準差橢圓中心點示意圖（分權重）Figure 5 Schematic diagram of ellipse center point of standard deviation of China"s marine scientific research institutions from 2001 to 2015 (display by weight)

圖6 2001—2015年中國海洋科研機構標準差橢圓中心點示意圖（分年份）Figure 6 Schematic diagram of ellipse center point of standard deviation of China"s marine scientific research institutions from 2001 to 2015 (display by year)

從中國海洋科研機構標準差橢圓的長軸來看（見圖7），2001—2015年，geo橢圓長軸呈緩慢增長趨勢，說明南北方向海洋科研機構的範圍在擴張。pe橢圓、fi橢圓、ot橢圓的長軸呈波動上升狀態，且始終小於geo橢圓長軸，說明海洋科研機構的從業人員、科技活動收入中政府資金和科技論文均有明顯聚集現象。從短軸來看，2001—2015年，geo橢圓、pe橢圓、fi橢圓和ot橢圓的短軸均呈增長趨勢，其中，pe橢圓、fi橢圓和ot橢圓的短軸在2007年大幅增長，說明2007年在黑龍江、甘肅、海南等地區建設的海洋科研機構在人力、經費投入和產出方面都有明顯優勢。

圖7 2001—2015年中國海洋科研機構標準差橢圓長短軸趨勢圖Figure 7 Trend of standard deviation ellipse long axis and short axis of China"s marine scientific research institutions from 2001 to 2015

從短軸與長軸的比值來看（見圖8），geo橢圓的短軸與長軸比值緩慢增長，pe橢圓、fi橢圓和ot橢圓則在2007年漲勢突出，此後緩慢下降。總體來說，中國海洋科研機構在地理要素和科研力量要素方面空間展布範圍都在擴張，離散程度增大。

圖8 2001—2015年中國海洋科研機構標準差橢圓短軸與長軸比值趨勢圖Figure 8 Trend of standard deviation ellipse ratio of short axis to long axis

of China"s marine scientific research institutions from 2001 to 2015

標準差橢圓的方位角表徵要素空間分布的方向。如圖9所示，2001—2006年，geo橢圓方位角變動不大；2007年，geo橢圓方位角快速增長，說明東南沿海地區的海洋科研機構的數量增長趨勢大於中西部地區；2009年，geo橢圓方位角變小，反映出北方地區和中西部地區的海洋科研機構增長趨勢反超東南地區；2010—2015年，geo橢圓方位角緩慢增大，說明在山東、江蘇、浙江等老牌海洋強省的聚集作用下，該區域海洋科研機構在數量保持了增長優勢。

2001—2008年，pe橢圓的方位角保持在7度左右，遠小於geo橢圓的12~17度，顯示出北京、天津等北方地區海洋科研機構在從業人員數量上的明顯優勢；2009—2010年，pe橢圓的方位角持續變小至約4度，繼而持續增大，2015年，pe橢圓的方位角約為10度，說明北方地區海洋科研機構在人力投入的優勢在逐漸減弱。

從fi橢圓的方位角來看，2001—2015年，fi橢圓方位角始終小於geo橢圓方位角，且呈波動下降趨勢。一方面，北京、天津等北方地區海洋科研機構在政府經費上同樣遠高於其他地區；另一方面，中西部地區的海洋科研機構在經費上的拉動作用也十分明顯。

2001—2015年，ot橢圓的方位角大體呈U型趨勢。2007年，ot橢圓的方位角大幅減小，說明中西部地區和廣東、廣西等地區的海洋科研機構的科技論文發表數量飛速增長，反映出這些地區海洋科技原始創新能力的提高；此後，ot橢圓的方位角波動上升，至2012年明顯大幅提升後恢復平穩增長，說明東南沿海地區科技論文發表量的增長趨勢實現反超，全國範圍內海洋科研機構產出增長趨勢趨同。

圖9 2001—2015年中國海洋科研機構標準差橢圓方位角趨勢圖Figure 9 Trend of standard deviation ellipse azimuth of China"s marine scientific research institutions from 2001 to 2015

信息來源：《科研管理》期刊2018年專刊目錄第39卷專刊總第269期

作者簡介：

李曉璇，女（漢），湖北荊州人，國家海洋局第一海洋研究所碩士研究生，研究方向：海洋經濟與海洋創新政策。

劉大海，男（漢），安徽安慶人，國家海洋局第一海洋研究所海洋政策研究中心副主任，副研究員，研究方向：海洋經濟與海洋創新政策。

文中：本研究所稱科研機構是指科技部科技統計工作覆蓋的所有機構。海洋科研機構即從事海洋相關行業的科研機構。

參考文獻（因篇幅太長，此處省略）請參照原文。

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