粵港澳大灣區(qū)海島空間分布特征探析

唐 玲，楊木壯，王銀霞，高 楊，田 松，董 迪

(1.廣東省海洋發(fā)展規(guī)劃研究中心，廣東 廣州 510220；2.廣州大學(xué) 地理科學(xué)與遙感學(xué)院，廣東 廣州 510006；3.國家海洋局 南海規(guī)劃與環(huán)境研究院，廣東 廣州 510300)

0 引言

灣區(qū)是指由一個海灣或相連的若干個海灣、港灣和鄰近海島共同組成的區(qū)域，具有比較獨(dú)立的地理、水文和生態(tài)單元，也是海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的聚集地?；浉郯拇鬄硡^(qū)陸域涉及廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門和肇慶9市，海域主要包含大亞灣、珠江口、廣海灣等[1]。海島位于大陸向海洋過渡的結(jié)合地帶，以其特有的區(qū)位、資源和環(huán)境優(yōu)勢，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占據(jù)重要地位[2]。粵港澳大灣區(qū)位于珠江通向南海的出?？?，擁有海島數(shù)量較多，海島在粵港澳大灣區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展中作為海洋環(huán)境管理與維護(hù)的重要基礎(chǔ)平臺，已成為關(guān)注的焦點(diǎn)。自20世紀(jì)90年代開始，諸多學(xué)者在廣東海島開發(fā)、保護(hù)與管理[3-9]、海島旅游[10-13]、能源與資源[14-19]等領(lǐng)域展開了研究，取得了一定成果，但是，在海島空間分布特征方面研究不足[20-23]，尤其缺少運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理進(jìn)行定量研究。

本文利用海島空間位置信息、近陸距離、面積等數(shù)據(jù)，基于ArcGIS軟件平臺，借鑒統(tǒng)計(jì)經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域的洛倫茲曲線、基尼系數(shù)方法，對粵港澳大灣區(qū)850個海島的空間分布特征進(jìn)行了分析與研究，為促進(jìn)海島開發(fā)，優(yōu)化海島資源配置，提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

粵港澳大灣區(qū)共850個海島。數(shù)據(jù)來源于全國海島地名普查，以納入《中國海域海島標(biāo)準(zhǔn)名錄》[24]為準(zhǔn)，其中海島空間位置通過GPS測量得到，采用CGCS2000坐標(biāo)系，標(biāo)稱精度優(yōu)于±1 m；海島陸域面積是指海島投影面積，其與近陸距離數(shù)據(jù)均由SPOT5遙感解譯所得，分辨率為2.5 m。

1.2 研究方法

基于ArcGIS軟件平臺，分別采用最鄰近距離法、核密度估計(jì)法、洛倫茲曲線和基尼系數(shù)方法，結(jié)合海島空間位置、近陸距離、面積等數(shù)據(jù)，定量化測算海島距大陸岸線的距離、海島的空間分布情況和面積分布的均衡性。

1.2.1 最鄰近距離法

(1)

1.2.2 核密度估計(jì)法

核密度估計(jì)法(Kernel Density Estimation, KDE)[25-27]適用于任意一點(diǎn)隨著位置變化而影響地理事件發(fā)生概率的情況，根據(jù)島嶼點(diǎn)分布的密度來判斷粵港澳大灣區(qū)海島的總體分布格局，島嶼點(diǎn)密集的區(qū)域事件發(fā)生的概率高于島嶼點(diǎn)稀疏的區(qū)域。根據(jù)概率理論，核密度估計(jì)的定義為：設(shè)點(diǎn)集：X1，X2，……，Xn，為從分布密度函數(shù)為f的總體中抽取的樣本，核密度估計(jì)f在某點(diǎn)x處的值為f(x)，表達(dá)式為：

(2)

1.2.3 洛倫茲曲線

洛倫茲曲線(Lorenz Curve)于20世紀(jì)初由統(tǒng)計(jì)學(xué)家Lorenz提出[27]，用于定性描述社會收入分配領(lǐng)域，即將研究區(qū)域所有人口按收入從低到高排序，將人口數(shù)量等分，得到每一等分的人口數(shù)量累計(jì)百分比和收入累計(jì)百分比，累計(jì)百分比對應(yīng)的點(diǎn)描繪的曲線即為洛倫茲曲線。為了做到更為精確的定量描述，在洛倫茲曲線基礎(chǔ)上，提出了基尼系數(shù)(Gini Coefficient)的概念[27]，其含義是實(shí)際洛倫茲曲線與絕對平均線所包圍的面積A占絕對平均線與絕對不平均線之間的面積(A+B)的比重，用公式表示為：

(3)

基尼系數(shù)的取值范圍在0～1之間，其越趨近于0表示越均衡，反之表示越不均衡[30]。由于面積A和B在實(shí)際計(jì)算中無法精確求得，諸多學(xué)者推出近似解算方法，如一種簡便的計(jì)算公式[31]：

(4)

式中：Wi表示從第1組到第i組人口累計(jì)收入占全部人口總收入的百分比,n為人口組數(shù)。海島的空間分布具有和社會收入分配類似的均衡性問題，本研究中Wi為海島陸域面積實(shí)際數(shù)據(jù)累計(jì)百分比，n為海島數(shù)量分組組數(shù)。

2 研究區(qū)概況

粵港澳大灣區(qū)有850個海島(含1個省直屬海島)，隸屬惠州市、東莞市、深圳市、廣州市、中山市、珠海市和江門市，其中有居民海島31個，無居民海島819個。灣區(qū)東至115°25′18″E，西至111°59′52″E，南至21°01′44″N，北至23°37′20″N，占廣東省國土面積的0.6%，海域面積2.01萬km2，大陸海岸線長1 479.9 km。

海島在大亞灣、珠江口、廣海灣等海域均有分布，地理坐標(biāo)范圍為112°18′55″～115°07′28″E，21°27′45″～23°05′02″N，東至點(diǎn)為針頭巖，南至點(diǎn)為大帆石，西至點(diǎn)為砧板排，北至點(diǎn)為大吉沙，東西橫跨約290 km，南北縱跨約180 km。

3 研究結(jié)果

3.1 空間分布規(guī)律

將粵港澳大灣區(qū)海島抽象為點(diǎn)要素，得出灣區(qū)海島理論最鄰近距離與平均最鄰近距離二者的比值(最鄰近點(diǎn)指數(shù))R=0.21。根據(jù)R值判斷，R<1，粵港澳大灣區(qū)海島在空間上趨于集聚分布。

3.2 空間分布格局

經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粵港澳大灣區(qū)海島數(shù)量密度估計(jì)以10 km為最佳帶寬，即設(shè)定h=10 km效果最佳，海島總體空間分布格局如圖1所示。

圖1 粵港澳大灣區(qū)海島總體空間分布格局Fig.1 The spatial distribution of islands in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

由圖1可知，粵港澳大灣區(qū)海島呈現(xiàn)總體帶狀分布，局部組團(tuán)分布的特點(diǎn)。從總體來看，形成灣區(qū)西部海島分布帶；從局部來看，形成4個明顯的集聚區(qū)，分別是大鵬灣-大亞灣區(qū)、九州列島區(qū)、萬山-佳蓬擔(dān)桿列島區(qū)、川山群島區(qū)；另外，三灶鎮(zhèn)東部沿岸、高欄列島區(qū)、廣海灣東部以及鎮(zhèn)海灣西部海島分布較為集中。

在統(tǒng)計(jì)海島數(shù)量密度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析海島面積密度，即每平方公里海域中的海島面積，其為評估海島承載力的重要因素。根據(jù)粵港澳大灣區(qū)海島分布明顯集聚的特點(diǎn)，僅研究4個明顯集聚區(qū)中，海島數(shù)量密度在0.015個/km2以上范圍內(nèi)的海島面積密度。研究發(fā)現(xiàn)：大鵬灣-大亞灣區(qū)、九州列島區(qū)、萬山-佳蓬擔(dān)桿列島區(qū)、川山群島區(qū)的海島面積密度分別為：0.013 9、0.091 0、0.039 1和0.157 8(表1)。

表1 4個明顯集聚區(qū)的海島分布情況統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Island distribution statistics of 4 cluster areas in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

由表1可知，4個明顯的集聚區(qū)在數(shù)量和面積密度上存在空間差異和不一致性。首先，從海島數(shù)量密度上來看，從多到少依次為：川山群島區(qū)、大鵬灣-大亞灣區(qū)、萬山-佳蓬擔(dān)桿列島區(qū)、九州列島區(qū)；其次，從海島面積密度方面分析，從大到小依次為：川山群島區(qū)、九州列島區(qū)、萬山-佳蓬擔(dān)桿列島區(qū)、大鵬灣-大亞灣區(qū)。綜上，川山群島區(qū)海島數(shù)量最多，面積密度最大，集聚度高，海島承載力相對較好；九州列島區(qū)海島數(shù)量最少，面積密度較大，集聚度一般，海島承載力相對較好；大鵬灣-大亞灣區(qū)、萬山-佳蓬擔(dān)桿列島區(qū)海島數(shù)量居中，面積密度較小，其集聚度和海島承載力均為一般。

3.3 近陸距離分析

海島的開發(fā)、保護(hù)與管理都離不開強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)腹地，研究海島的近陸距離對海島開發(fā)利用十分必要。本研究以廣東省人民政府2008年公布岸線作為基準(zhǔn)，分析粵港澳大灣區(qū)海島的近陸距離。結(jié)果表明：全省850個海島中，距岸最近的僅2 m、最遠(yuǎn)的57 km，平均距離約12 km，粵港澳大灣區(qū)海島近陸距離情況如圖2所示。

圖2 粵港澳大灣區(qū)海島近陸距離統(tǒng)計(jì)圖Fig.2 Statistics of straight line distance betweenislands and mainland in Guangdong-Hong Kong-MacaoGreater Bay Area

分析圖2可知，研究區(qū)域隨著距大陸岸線最近距離的增加，海島數(shù)量在減少，其中56%的海島近陸距離在10 km以內(nèi)。根據(jù)海島分類體系[22]劃分，粵港澳大灣區(qū)海島以沿岸島為主。沿岸島是發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的“第2經(jīng)濟(jì)帶”[32]，這一結(jié)果為海島在粵港澳大灣區(qū)發(fā)展中發(fā)揮重點(diǎn)平臺作用提供了科學(xué)支撐。

3.4 島陸面積分析

海島作為一個相對獨(dú)立的地理單元，是海陸兼?zhèn)涞闹匾Ｉ蠂?，亦是灣區(qū)發(fā)展的重要載體。灣區(qū)850個海島面積差異明顯，島陸面積從3 m2到137 km2不等，分布不均衡。利用洛倫茲曲線對研究區(qū)內(nèi)海島面積進(jìn)行分析(具體數(shù)據(jù)見表2)，繪制反映大灣區(qū)海島面積分布差距的海島洛倫茲曲線，如圖3所示。

表2 粵港澳大灣區(qū)海島數(shù)量以及陸域面積累計(jì)百分比統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Accumulative total percentage distribution ofisland number and the corresponding land areain Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

圖3 粵港澳大灣區(qū)海島洛倫茲曲線Fig.3 Lorenz Curve based on island number and thecorresponding land area inGuangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

由圖3可知，在均等10組海島數(shù)量累計(jì)百分比數(shù)據(jù)中，海島陸域面積累計(jì)百分比在前9組數(shù)據(jù)中變化細(xì)微，而在第10組數(shù)據(jù)變化劇增，表明海島陸域面積在空間上分布極不均勻，面積分布差距大。

在圖3分析的基礎(chǔ)上，定量分析大灣區(qū)島陸面積分布的均衡性。將海島數(shù)量累計(jì)百分比和海島陸域面積累計(jì)百分比代入公式(4)，得到基尼系數(shù)G=0.58。參考聯(lián)合國有關(guān)組織對國民收入分配基尼系數(shù)的分級規(guī)定[33]，G值大于0.5，表明粵港澳大灣區(qū)海島面積分布差距懸殊。

4 討論

粵港澳大灣區(qū)海島資源空間分布規(guī)律、分布格局、近陸距離以及島陸面積等特征，是自然環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)綜合作用的結(jié)果，以自然作用為主。從成因方面分析，粵港澳大灣區(qū)海島大部分屬于基巖島，由燕山期花崗巖組成，其主要由華南構(gòu)造體系地質(zhì)時期地質(zhì)構(gòu)造演化、地殼運(yùn)動和海陸變遷形成；從地質(zhì)構(gòu)造方面分析，華南海岸帶處于華南褶皺系的南緣，地質(zhì)構(gòu)造主要為東西向、南北向和華夏向，以東西向和華夏向構(gòu)造為主，組成廣東海岸帶海島的構(gòu)造骨架[33]。

根據(jù)粵港澳大灣區(qū)海島洛倫茲曲線圖以及基尼系數(shù)可知，粵港澳大灣區(qū)海島面積分布差距懸殊。粵港澳大灣區(qū)850個海島總面積約655 km2，其中陸域面積大于10 km2的11個海島總面積約500 km2，占海島總面積的76%；在11個海島中，面積最大的為上川島，海島面積約137 km2，占海島總面積的20%；其余839個海島中，有830個陸域面積在0.000 5～0.500 0 km2之間，其面積和約97 km2，占海島總面積的15%，比例小于第1大島上川島。以上分析，再次論證了粵港澳大灣區(qū)海島面積分布的不均衡性。

5 結(jié)論

本文通過GIS的空間分析和繪制洛倫茲曲線、計(jì)算基尼系數(shù)，對粵港澳大灣區(qū)海島的空間分布特征進(jìn)行了分析與研究，結(jié)論如下：

(1)粵港澳大灣區(qū)海島在空間上趨于集聚分布。將粵港澳大灣區(qū)海島抽象為點(diǎn)要素，得出灣區(qū)海島理論最鄰近距離與平均最鄰近距離二者的比值(最鄰近點(diǎn)指數(shù))R=0.21。

(2)粵港澳大灣區(qū)海島分布呈現(xiàn)出總體帶狀、局部組團(tuán)的特點(diǎn)。從總體來看，形成灣區(qū)西部海島分布帶；從局部上來看，形成4個明顯的集聚區(qū)，分別是大鵬灣-大亞灣區(qū)、九州列島區(qū)、萬山-佳蓬擔(dān)桿列島區(qū)和川山群島區(qū)；另外，三灶鎮(zhèn)東部沿岸、高欄列島區(qū)、廣海灣東部以及鎮(zhèn)海灣西部分布較為集中。從海島面積密度分析看，4個明顯的集聚區(qū)從高到低排序?yàn)椋捍ㄉ饺簫u區(qū)>九州列島區(qū)>萬山-佳蓬擔(dān)桿列島區(qū)>大鵬灣-大亞灣區(qū)，密度值分別為：0.157 8、0.091 0、0.039 1和0.013 9。4個明顯的集聚區(qū)在海島數(shù)量分布和面積密度上存在空間差異和不一致性。川山群島區(qū)海島數(shù)量最多，面積密度最大，集聚度高，海島承載力相對較好；九州列島區(qū)海島數(shù)量最少，面積密度大，集聚度一般，海島承載力相對較好；大鵬灣-大亞灣區(qū)和萬山-佳蓬擔(dān)桿列島區(qū)海島數(shù)量居中，面積密度較小，其集聚度和海島承載力均為一般。海島的地域組合影響粵港澳大灣區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，總體帶狀和局部組團(tuán)的組合適宜聯(lián)動組團(tuán)模式開發(fā)，同時，也要考慮海島在數(shù)量分布和面積密度方面的匹配性，聯(lián)動組團(tuán)模式較為適宜聚集度和承載力相對較好的海島分布區(qū)域。

(3)粵港澳大灣區(qū)海島以沿岸島為主。該區(qū)域海島隨著距大陸岸線最近距離的增加，海島數(shù)量減少，其中海島總數(shù)量的56%近陸距離在10 km以內(nèi)，這一結(jié)果為海島在粵港澳大灣區(qū)發(fā)展中發(fā)揮重點(diǎn)平臺作用提供了重要支撐。

(4)粵港澳大灣區(qū)海島面積分布呈現(xiàn)不均衡性的特點(diǎn)。海島數(shù)量累計(jì)百分比和海島陸域面積累計(jì)百分比曲線和基尼系數(shù)(0.58)，均表明了研究區(qū)海島陸域面積在空間上分布極不均勻，面積分布差距大。這就要求粵港澳大灣區(qū)海島開發(fā)需要進(jìn)行合理的規(guī)劃與調(diào)控，優(yōu)化大灣區(qū)海島資源配置，促進(jìn)其海島經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的健康持續(xù)發(fā)展。