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2019 , Vol. 38 >Issue 4: 869 - 883

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj020181050

1985年以来中国大陆沿海集装箱港口体系位序-规模分布及其网络联系

  • 郭建科 , 1 ,
  • 何瑶 1 ,
  • 王绍博 2 ,
  • 吴陆陆 1
展开
  • 1. 辽宁师范大学海洋与经济可持续发展中心,大连 116029
  • 2. 南京大学建筑与城市规划学院,南京 210093

作者简介：郭建科（1980-）,男,山西长治人,博士,教授,博士生导师,主要从事交通运输与物流空间组织、海洋经济地理等方面的科研及教学工作。E-mail:

收稿日期: 2018-09-25

  要求修回日期: 2018-11-20

  网络出版日期: 2019-04-20

基金资助

国家自然科学基金项目（41571126,41871112）

教育部人文社科基地重大项目（18JJD790005）

收起

Rank-size distribution changes and transportation network connections of the coastal container port system in Chinese mainland since 1985

  • GUO Jianke , 1 ,
  • HE Yao 1 ,
  • WANG Shaobo 2 ,
  • WU Lulu 1
Expand
  • 1. Center for Studies of Marine Economy and Sustainable Development, Liaoning Normal University, Dalian 116029, Liaoning, China
  • 2. School of Architecture and Urban Planning, Nanjing University, Nanjing 210093, China

Received date: 2018-09-25

  Request revised date: 2018-11-20

  Online published: 2019-04-20

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《地理研究》编辑部 所有
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摘要

21世纪以来,中国大陆众多沿海城市纷纷转型为港口城市,港口区域化态势明显,港口发展呈现新的竞合关系。运用位序-规模法则与复杂网络模型,从规模结构、航运网络两方面刻画1985年以来中国大陆沿海集装箱港口体系的区域化特征。结果表明：① 港口体系日趋完善,位序-规模分布更加明显;发展演化呈低级均衡,明显集中化及相对分散化三个阶段,围绕世界级枢纽港形成区域集聚和群内扩散的空间格局。② 港口航运网络小世界特征得到强化,不同类型港口航线网络特性变化差异明显。枢纽港以广度上升深度下降、中转功能上升为主;大型港口变化较为复杂,超过一半的大型港口腹地引致特征明显,中转功能较弱;地方港呈现两极分化态势,大部分港口在航线网络深度、广度与辐射能力等多方面得到提升,少部分港口则明显萎缩。③ 以班轮航线为载体的物流网络推动港口区域化内在联系更加紧密,轴-辐特征得到强化,整个网络效率大为提升。从社会网络分析软件（UCINET）呈现的最强联系航线看,沿海集装箱航运网络已由局部网络转变为统一的双层轴-辐网络,全国性的港口网络联系水平大幅提升,区域航运网络与港口群存在空间错位而非一一对应。

关键词： 港口区域化; 位序-规模法则; 复杂网络; 轴-辐空间组织; 空间错位

本文引用格式

郭建科 , 何瑶 , 王绍博 , 吴陆陆 . 1985年以来中国大陆沿海集装箱港口体系位序-规模分布及其网络联系[J]. 地理研究, 2019 , 38(4) : 869 -883 . DOI: 10.11821/dlyj020181050

Abstract

Since the beginning of the 21st century, many coastal cities of Chinese mainland have been transformed into port cities, with obvious regional characteristics of ports and new competitive and cooperative relations in port development. This paper describes the regionalization characteristics of China's coastal container port system since 1985 from the aspects of scale structure and shipping network by using the rank-size rule and complex network model. The results show that: (1) The port system is becoming perfect and the scale structure is in a good order. The evolution of port system can be divided into three stages: low-level equilibrium, obvious centralization and relative decentralization. Container transport is forming regional agglomeration and intra-group diffusion around world-class hub ports. (2) The small-world characteristics of the port shipping network have been strengthened, and the network characteristics of different types of port routes have changed significantly. The hub port has declined in depth and the transfer function has been rising;The changes of large-scale ports are relatively complicated, more than half of the large-scale ports in the hinterland have obvious characteristics and weak transit function. Local ports are polarized, and most of the ports are diversified in the depth, breadth and radiation capacity of the route network. and a few of ports have shrunk in many ways. (3) The inherent characteristics of port regionalization are more evident in the logistics network with liner routes as the carrier. The hub-spoke characteristics of the network are strengthened, and the transport efficiency of the whole port network is greatly improved. From the perspective of the strongest connection of shipping network based on UCINET, the coastal container port network transformed from a structure of local networks coexisting with several ports pairs to a double-layer hub-spoke structure, which has upgrade the development of port linkage. Regional shipping network and port group have space dislocation rather than one-to-one correspondence.

Key words： port regionalization; rank-size law; complex network; hub-spoke structure; space dislocation

1 引言

港口作为大型基础设施,是区域或国家贸易的门户,是区域乃至国家空间结构的基本支撑和重塑力量。中国港口地理的主要研究内容包括港口资源评价,港口地域体系,港口功能优化和集装箱港[1]。西方港口地理研究内容主要包括效率评估、空间竞争、体系演化、港城互动、组织管理等,而海向腹地、港口价值链、物流资源整合等新的领域正逐渐受到关注[2]。
关于对集装箱港口体系的研究,源于对枢纽港与支线港分化及原因的研究[3,4],采用不同方法提出并验证不同地区集装箱港口体系不同的演化模式[5,6,7,8]。近年来,随着港口间竞争的不断加剧与现代物流的结构性演变,为提高港口的竞争优势,港口与腹地及供应链节点的联系更加紧密。Notteboom在此基础上提出了港口区域化概念[9],认为区域化是港口体系演变的新阶段。20世纪90年代,中国学者开启了对集装箱港口的研究,曹有挥率先介绍了Hayuth模型并据该理念提出了集装箱港口的发展模式[10]。港口体系的研究主要为港口与腹地关系的研究[11,12]和港口体系结构的研究。港口体系结构研究主要包括港口体系结构演化研究[13,14,15]和港口体系空间结构、职能结构以及等级结构[16]的研究,也有从不同视角对港口体系进行研究[17,18]。除了对集装箱港口体系研究外,学者们也对集装箱港口从不同方面进行了研究。例如Lam等研究在门户港的转运功能及进行科学实证后,提出了分析航运供应链模式的方法[19,20],Imai、Karsten等研究了多货物流、时间约束等因素制约下集装箱班轮运输网络的设计问题[21,22,23];马瑜等探索外贸集装箱生成水平的空间格局,并识别其空间分布的差异[24]。总体来看,在研究港口体系的集中化与分散化、竞争与合作等特征主要还是使用较为传统的方法,鲜见新的方法与视角。对集装箱港口也是从不同角度进行分析,但对集装箱港口网络的空间结构及区域化特征分析不多。同时,随着港口的集装箱航运网络及其腹地空间组织运营的高度一体化,港口区域化特征更加显现,但相关理论解析和案例研究尚未多见。
与港口体系不同,城市体系研究中常用位序-规模法则即Zipf定律研究城市规模分布,特别是近20年来与分形学相结合,Zipf定律广泛应用于城市、交通、经济学、社会学、旅游流、物流等许多领域[25,26,27,28],但在港口体系中运用不多。与HHI指数相比,位序-规模法则可以较准确地判断沿海港口集装箱规模分布的无标度区分区,并根据无标度分区情况和齐夫参数值的变化解释集装箱规模分布的变化特征。同物流量流、旅游流、石油资源流等一样,港口吞吐量分布在空间上的组织规律满足一定的层次分布模式。尤其是在区域一体化和港口区域化背景下,港口体系逐步与其所在的城市形成的城市体系高度融合,区域港口结构更趋复杂化和多元化,这为利用城市体系研究中的位序-规模法则研究港口体系的规模分布特征及演化轨迹提供了理论基础和现实依据[29]。
复杂网络以复杂系统实体及实体间的相互作用或关联构建网络,利用统计物理学分析网络结构及其动力学特征[30]。国外对复杂网络的研究首先在社会、经济等方面取得进展,如邓肯将小世界网络研究应用到经济方面[31]。随着网络研究的发展,研究领域的应用越来越广泛,与越来越多的学术领域重叠。诸多学者又将复杂网络应用到交通领域[32,33,34,35,36]。国内相关研究主要包括城市交通网络[37]、铁路交通网络[38]、航运网络[39,40],而全球集装箱化的发展和航运网络模式转变使港口间航运联系越来越建立在“流”、连接、网络和节点基础上,对中国港口航运网络的研究仍处于起步阶段。例如王列辉等探讨了直航背景下海峡两岸集装箱港口体系空间联系格局、中心性空间分异和区域集散效应[41];Guo等系统分析了中日韩港口集装箱航线网络的空间结构、区域分异和网络脆弱性[42]。
1985年中国大陆尚未有港口进入世界集装箱港口排名的前十。发展至2005年上海港与深圳港跻身世界前五,至2015年世界集装箱港口排名前十中有6个为中国大陆港口,中国已成为世界集装箱港口强国。另一方面,现有研究多关注国际航运网络的一般特征,对于中国等热点地区的港口区域化及其内部核心变量的解析不够深入,港口网络复杂性的特征指标、空间系统识别等深层次问题尚未展开。因此,对该问题进行深入研究必要而紧迫。
本文从港口体系的外在特征与航运网络内在联系两方面,对1985年以来中国大陆沿海集装箱港口区域化特征进行分析。其一,利用位序-规模法则分析集装箱港口体系的演化过程,揭示港口的外在区域特征。其二,以主要船公司船期表为基础数据构建港口航运复杂网络模型,对网络复杂性指标进行修正和深化,首次结合广度、深度、中心性等多元化指标揭示港口节点在航运网络演进中的复杂变化。在此基础上,首次利用UCINET呈现港口航线最强联系,识别中国大陆沿海港口集装箱航运网络的轴-辐系统变化,揭示港口区域化发展的内在联系。研究期望以中国为案例区,揭示发展中国家在全球化时期的经济崛起过程中,港口体系演化并实现区域化发展的基本特征和变化规律。

2 研究方法与数据来源

2.1 位序-规模法则

研究区域港口体系集装箱吞吐量位序-规模双对数坐标图的回归拟合状况,若直线分布,则证明研究区的集装箱吞吐量位序-规模分布满足齐夫法则。运用罗特卡模型计算Zipf维数q公式为：
P i = P 1 R i - q （1）
式中：Pi为港口吞吐量的规模;P1为首位港口吞吐量规模;Ri为i港口吞吐量降序排列的顺序;q为Zipf维数。对（1）式做对数变换,其线性表达式为：
ln P i = ln P 1 - q ln R i （2）
在双对数曲线上无标度区是拟合最好的一段,排除其他尺度区散点的作用,这段内具有分形特征,从而反映其位序-规模分布的具体特征。齐夫参数q的变化反映港口集装箱吞吐量的空间分布形态变化。q > 1,港口集装箱吞吐量的规模等级结构呈帕累托分布模式,集装箱吞吐量的变差较大,高位序的港口较为突出,中间位序节点较少,规模分布较为集中;当参数逐渐等于或小于1,港口集装箱吞吐量规模等级结构呈正态分布模式,港口集装箱吞吐量的变差较小,中间位序较多。

2.2 复杂网络理论、模型及相关指标

2.2.1 度及度分布 加权网络节点的度ki是指节点i衔接边的数目。加权网络中推广为节点的强度Si,即与它关联的边权之和;网络所有节点的度平均值称为网络的平均度,记为k;网络中度累计概率分布函数P(ki)及点强度累计概率分布函数P(Si)反应网络基本特征。Wij是节点i与节点j之间的权重,指节点之间的航线的数量;p(ki)指度ki的概率;p(Si)指强度Si的概率。
S i = ∑ j∈Ni w ij （3）
P ( k i ) = ∑ i∈Ni ∞ p ( k i ) （4）
P ( S i ) = ∑ j∈Ni p ( S i ) （5）
2.2.2 平均路径长度 在无权网络中最短路径指的是两点之间最短路径的权重之和,反映网络的连通性。无权网络中最短路径dij表示任意两个节点之间最短路径的边数,n为节点的数量。网络的平均路径长度L指任意两个节点之间的距离的平均值,反映整体网络可达性强弱。平均路径长度越低,节点间可达性越强。
L = 1 1 / 2 n ( n - 1 ) ∑ i＞j d ij （6）
2.2.3 网络集聚系数 节点集聚系数Ci指节点i与其所有邻接点之间连边的数目与可能的最大连接边的数目的比值,反映网络节点集聚强弱。度为0和1的节点的集聚系数为0,网络的簇系数C指所有节点集聚系数的平均值,即：
C = 1 n ∑ Ni⊂N Ci （7）
2.2.4 单位权 单位权（Ui）表示节点连接的平均权重,即节点与所联系节点之间的平均强度。即：
U i = S i / k i （8）
2.2.5 加权邻近中心性 加权邻近中心性（WCCi）指任意节点i到网络中其余所有节点的加权最短距离的和的大小,反映节点i在网络中的间接可达性,dijw指在加权网络中任意两节点间最短路径长度。即：
WC C i = 1 n - 1 ∑ j = 1 , j ≠ i n d ij w - 1 （9）
d ij w = min 1 w i h + ⋯ + 1 w h j （10）
2.2.6 加权介数中心性WBCi 用所有节点对间的加权最短路径经过给定节点的次数和衡量,反映节点在网络中的中转和衔接功能。可以反映轴-辐结构中轴心作用的强弱。nkj指节点k与节点j之间加权最短路径数量和,nkj（i）节点k与节点j之间加权最短路径经过节点i的次数。即：
WB C i = ∑ k≠i≠j n kj ( i ) n kj ∑ i = 1 n ∑ k≠i≠j n kj ( i ) n kj （11）
以所研究港口为节点,港口间的航线为边,航线数量为权重,分别建立2005年、2015年中国大陆沿海港口集装箱班轮航线复杂网络模型,进行空间分析。

2.3 数据来源及研究范围

本文主要数据源自《中国港口统计年鉴》（1986—2016年）和《中国交通统计年鉴》（汇编1949—1999年）及主要班轮公司船期表。样本遵从《全国沿海港口布局规划》（2006年）的相关规定,包括中国大陆沿海港口及长江干线的南京以下主要港口（包括南京、苏州、常州、镇江、泰州、扬州、无锡）。① 考虑到集装箱的规模效应,港口样本指年吞吐量超过1万TEU以上的港口。② 本文主要数据源自《中国港口统计年鉴》（1986—2016年）及主要班轮公司船期表（2005年、2015年）。通过整理合并重复航线,整理出包含中国大陆沿海港口的主要集装箱班轮航线（含国内航线及外贸内支航线）。相关区域及港口群划分遵从《全国沿海港口布局规划》（2006年）的相关规定。

3 沿海集装箱港口体系位序-规模分布变化轨迹

1985—2015年,中国大陆地区规模以上沿海港口数量从22个增至46个,港口吞吐量从3.89亿t增至127.5亿t;其中,开展集装箱业务的港口由10个增至46个,吞吐量由28.8万TEU增至19959.8万TEU,港口吞吐量和集装箱吞吐量分别为30年前的32.8倍和693.5倍。沿海港口体系在实现港口数量增加和规模分布变化的同时,港口货源结构优化更为明显,以集装箱运输为代表的港口现代化水平大幅提升。可以说,中国大陆沿海地带已经由一条沿海城市带发展成为一条港口城市带,港口区域化在形态上的外在特征明显。
据1985—2015年沿海港口集装箱吞吐量制作双对数坐标图,发现沿海集装箱港口体系保持较为明显的位序-规模分布特征。具体表现为三方面：① 在港口数量持续、大幅增加的基础上,位序-规模分布的无标度区始终呈现单一分形结构,显示区域内集装箱港口成长和规模分布的有序性和相对稳定性。② 无标度区覆盖的港口数量逐年增加,占区域港口数量的比例除个别年份下降外,均在93%以上;处于最低位序且规模波动较大的港口占比呈总体下降的趋势,整个港口体系的系统性和位序分布特征得到强化。③ 通过观察Q值变化（表1）,可将1985年以来的沿海集装箱港口位序-规模分布划分为低级均衡,明显集中化以及相对分散化三个演化阶段（图1）。
Fig. 1 1985-2015 rank-size of container throughput chart in the mainland of China

图1 1985—2015年中国大陆集装箱吞吐量位序规模图

Tab. 1 Container throughput rank-size distribution data for coastal ports in the mainland of China

表1 中国大陆沿海港口集装箱吞吐量位序-规模分布数据

年份 拟合方程 标度区范围 当年港口总数量(个) 判定系数R2 无标度区范
围比例(%)		 年份 拟合方程 标度区范围 当年港口总数量 判定系数R2 无标度区范
围比例(%)
1985 lnP(k)=-1.5357x+3.3744 1~7 7 0.9048 100 2000 lnP(k)=-1.8918x+7.7413 1~37 37 0.919 100
1986 lnP(k)=-0.9839x+3.1729 1~5 7 0.9029 71.20 2001 lnP(k)=-1.9389x+7.992 1~40 40 0.9181 100
1987 lnP(k)=-0.9382x+3.2361 1~5 8 0.9488 62.50 2002 lnP(k)=-1.8518x+8.1043 1~40 40 0.9327 100
1988 lnP(k)=-1.4767x+3.9056 1~11 11 0.9386 100 2003 lnP(k)=-1.8858x+8.4383 1~41 41 0.9261 100
1989 lnP(k)=-1.3776x+3.9948 1~11 11 0.9182 100 2004 lnP(k)=-2.031x+8.9544 1~44 44 0.9059 100
1990 lnP(k)=-1.4496x+4.2846 1~13 13 0.9209 100 2005 lnP(k)=-2.0061x+9.236 1~45 45 0.9149 100
1991 lnP(k)=-1.4609x+4.6231 1~16 16 0.9172 100 2006 lnP(k)=-1.9374x+9.3005 1~44 45 0.9103 97.80
1992 lnP(k)=-1.2646x+4.6246 1~16 16 0.903 100 2007 lnP(k)=-1.9769x+9.5357 1~44 45 0.9052 97.80
1993 lnP(k)=-1.3259x+4.94 1~16 16 0.9154 100 2008 lnP(k)=-1.921x+9.5771 1~44 45 0.914 97.80
1994 lnP(k)=-1.2505x+5.113 1~16 19 0.9395 84 2009 lnP(k)=-1.9037x+9.5165 1~44 45 0.9111 97.80
1995 lnP(k)=-1.1179x+5.2752 1~15 20 0.9191 75 2010 lnP(k)=-1.8358x+9.5685 1~44 45 0.9184 97.80
1996 lnP(k)=-1.1885x+5.5883 1~16 20 0.9251 80 2011 lnP(k)=-1.7386x+935272 1~43 45 0.9189 95.60
1997 lnP(k)=-1.3156x+6.0076 1~17 20 0.9063 85 2012 lnP(k)=-1.6963x+9.5913 1~44 46 0.9028 95.60
1998 lnP(k)=-1.4252x+6.3546 1~17 20 0.9152 85 2013 lnP(k)=-1.6673x+9.6167 1~44 47 0.9044 93.60
1999 lnP(k)=-1.6087x+6.9312 1~30 30 0.9398 100 2014 lnP(k)=-1.6381x+9.6253 1~44 47 0.9023 93.60
2015 lnP(k)=-1.6179x+9.634 1~44 47 0.9044 93.60

3.1 低级均衡阶段

低级均衡阶段,即1985—1994年。Q值从1.5357降至1.2505,变化幅度为0.285,且Q值始终处于增长和降低的波动变化之中,均衡状态不稳定,处于低级均衡阶段。此阶段的港口主要是传统大中型港口为主,各港口的集装箱规模等级差异微弱减小,集中化或分散化态势不明显。表明港口集装箱运输仍处于初级阶段,集装箱业务主要开展于大型港口中,班轮航线主要依托香港、日韩等区外枢纽港挂靠,本地港口尚处于喂给港性质,航线不稳定。

3.2 明显集中化阶段

明显集中化阶段,即1995—2004年。Q值呈现明显的上升态势,由1.118增大至2.031,增幅达0.913。各港口集装箱规模等级差异明显扩大。这一阶段,沿海集装箱运输在规模效应作用下,以枢纽港和大型港口为中心,加速集中化发展。本地枢纽港在这一阶段的加速成长,为下一阶段参与国际性的枢纽港争夺和航线重构积蓄了能量。与此同时,中小型的地方港口也开始尝试集装箱运输,集装箱港口数量大幅增加,但运输规模仍偏小,加剧了规模分布的不均衡现象。

3.3 相对分散化阶段

相对分散化阶段,即2005—2015年。Q值从2.006降至1.618,降幅为0.388,此外,与第一阶段不同,Q值除刚开始的个别年份外,呈现稳定的持续下降趋势。根据集装箱规模分布来看,这一时期,上海、深圳、广州、天津、青岛、宁波、大连等枢纽港集装箱量大幅增加,随着腹地经济的持续崛起,全国性的枢纽港在与欧美日韩及新加坡等港口的竞争中,逐渐占据优势。与此同时,地方中小港口的集装箱运输也逐渐成熟起来,与主要枢纽港形成稳定的喂给关系,沿海地区多门户开放体系和运输格局形成,中小港口的货源潜力得到更多的释放,多门户的边缘挑战机制[37,38]开始形成,少数区域性枢纽港发展速度减缓,临近次级港口对枢纽港箱源的疏解能力大为增强,从而使得集装箱港口规模分布呈现相对分散化态势。但这类中小港口往往靠近枢纽港,与枢纽港形成共生关系,集装箱运输的规模效应依然强劲。

4 集装箱港口航线网络的空间联系

4.1 航线网络联系的整体特征

4.1.1 航线网络的小世界特征增强,结构效率有所提升 以主要船公司船期表为依据,根据复杂网络测算,2005—2015年间,中国大陆沿海保持稳定集装箱航线的港口由34个扩大到42个（图2）。① 集装箱航运网络的平均路径长度由2005年的1.68上升至1.75,港口航线的整体转折次数即转折率明显上升。② 网络集聚系数由2005年的0.70增至2015年的0.72,港口航线的集聚程度有所上升。根据相关研究,将此与2015年中日韩港口航运网络（平均路径长度2.769,集聚系数0.33）[42]和中国2008年航空网络（平均路径长度2.229,集聚系数0.694）[39]相比较,中国港口网络具有较小的平均路径长度与较大的集聚系数,表现出明显的“小世界”网络特征,2005—2015年间,中国大陆港口联系的航运网络结构具有向效率更高的“小世界”网络演化的态势。
Fig. 2 Distribution of container route network in the mainland of China in 2005 and 2015

图2 2005年和2015年中国大陆集装箱航线网络分布
注：基于国家测绘地理信息局标准地图服务系统的标准底图（审图号：GS(2016)2932）制作,底图无修改。

4.1.2 新兴港口大量涌入,港口平均度值增加 ① 近10年来,有8个地方新型港口加入集装箱运输体系,增幅达23.5%,一般讲,新兴港口数量多、开通航线少,极易拉低中国大陆港口的平均度值,但港口平均度值则从13增加至14,基于整个网络的港口间联系有所增强。② 度值大于20的港口数由7个增至18个,占总港口比例由26%提升至40%,与此同时,地方新型港口的网络度值明显偏低。枢纽港及周边大型港口形成的港口群集装箱运输的规模经济和范围经济效益明显增强,紧邻的港口发挥了明显的疏解作用并逐步大型化和副中心化。③ 2005—2015年,相较于幂次拟合,度及点强度的指数特征更为明显（R2=0.9348>0.7663, R2=0.9035>0.863;R2=0.7781>0.5047, R2=0.8807>0.879）。根据指数网络特征是对网络标度间断结果的一种反映,这表明中国大陆沿海集装箱港口网络更接近于随机网络向无标度网络的过渡转化期[43]。
4.1.3 航线网络联系与集装箱规模分布高度相关 集装箱吞吐量的大小是集装箱港口发展的外在表现特征之一,集装箱班轮网络联系是其港口发展的内在特征之一。航线数量是经过港口航线数量的总和,表示港口的运输能力;强度指的是在航线连接基础上港口与其余各个港口的联系总和,表示港口与其余港口的联系紧密度;单位权是港口强度与度比值,表示港口与所联系港口的平均强度即港口的深度。航线数量、强度与单位权是集装箱班轮网络联系的基本指标,均与集装箱吞吐量有着明显的相关性（图3）,2005—2015年集装箱班轮网络联系对港口集装箱吞吐量的影响更加显著。
Fig. 3 The relevance of container port route number, strength, unit weight and container throughput in the mainland of China

图3 中国大陆集装箱港口的航线数量、强度与单位权与集装箱吞吐量相关性

4.2.不同港口航线联系的广度、深度及中转衔接功能与辐射能力变化

4.2.1 航线网络联系的广度与深度变化 单位权表示节点连接的平均权重,即表示节点与所联系港口的平均强度即深度。度表示港口所联系的范围即广度。根据这两个指标,中国大陆沿海港口2005—2015年变化情况如表1所示。根据《全国沿海港口规划》及2015年集装箱运输规模,将港口大致分成枢纽港（集装箱吞吐量大于900万TEU）、大型港口（集装箱吞吐量大于100万TEU）和地方港三类。主要变化类型有两种（表2）：① 深度上升,广度也提升的枢纽港仅有厦门港、福州港、虎门港、中山港与珠海港等大型港口的广度均有所提升,其中虎门港广度大幅度提升,是最小提升幅度的20倍;广度下降的仅有深圳港与扬州港,深圳港的广度略微有所下降,但深度大幅度提升,是厦门港提升的幅度的15倍左右,干线航线数量增多,与所联系港口的紧密度增强。② 深度下降,广度上升的枢纽港包括大连港、广州港、宁波港、上海港与天津港,其中上海港是广度提升幅度最大,深度下降最小的枢纽港,说明上海港在增添与港口联系的同时,联系其余港口的深度相对其余枢纽港来说较为紧密。苏州港的广度提升幅度最大,同时也是大型港中深度下降最大的。这说明苏州港虽然不断扩大自己的联系版图,但都是微弱联系。深度下降的同时,广度也下降的枢纽港有青岛港,其深度相较于其余枢纽港大幅度下降,广度略微下降,这说明,青岛港在缩减与各个港口的联系,但其与上海港,宁波港与深圳港的联系有所上升,更加注重与枢纽港间的联系。
Tab. 2 The change type in width and depth of coastal container port route networks in the mainland of China

表2 中国大陆沿海港口航线网络联系的深度与广度变化分类

变化类型 枢纽港 大型港口 地方港
深度
上升		 广度上升 厦门港（0.4, 5） 福州港（0.7, 9）;虎门港（3.1, 20）;
中山港（2.2, 9）;珠海港（1.3, 19）;
嘉兴港（0.1, 2）;江门港（1, 1）;
唐山港（0.2, 3）		 常州港（2.4, 5）;黄骅港（1, 1）;
惠州港（1.4, 8）;茂名港（2, 2）;
莆田港（1.5, 1）;钦州港（3.2, 14）;
台州港（3.4, 5）;泰州港（2.3, 4）;
湛江港（0.4, 14）
广度下降 深圳港（6.1, -2） 扬州港（0.45, -1）
深度
下降		 广度上升 大连港（-9, 3）;
广州港（-2.6, 5）;
宁波港（-7.1, 4）;
上海港（-2.7, 6）;
天津港（-10.6, 3）		 海口港（-0.5, 2）;日照港（-3.6, 8）;
苏州港（-7.8, 10）;营口港（-1.3, 9）		 无锡港（-0.2, 8）
广度下降 青岛港（-8.1, -1） 连云港（-0.8, -1）;南京港（-10.1, -6）;
泉州港（-2.0, -1）;丹东港（-1.3, -3）;
汕头港（-4.2, -1）;烟台港（-5.8, -5）;
南通港（-8.2, -4）		 锦州港（-0.5, -2）;威海港（-3.8, -1）;温州港（-1.5, -1）;秦皇岛港（-1.7, -5）
广度不变 镇江港（-4.6, 0）;防城港（-1.2, 0）

注：单位权表示港口的平均强度即深度,度表示港口所联系的范围即广度。例如上海港（-2.7, 6）表示其单位权指数下降2.7,度指数上升6。

整体来说,枢纽港更加集中于深度下降广度上升的类型,枢纽港不断增加与全国范围内的各个港口的联系,为自己添加喂给港。大型港口变化类型较为复杂,主要分为深度和广度双升、双降和广度上升深度下降三种类型。深度、广度均上升的港口有福州港、虎门港、中山港和珠海港。深度下降广度上升的港口有海口港、日照港、苏州港和营口港。深度与广度均下降的港口有连云港港、南京港、秦皇岛港、泉州港、汕头港和烟台港;双降型港口存在较强的区位瓶颈,不仅受到新型地方港的挤压,同时在枢纽港货源扩散中又不及紧邻枢纽港的大港口吸附能力强。地方港口以深度广度双升类型为主,双降类型的港口数量也不少,两极分化严重。对于发展较快的新型港口而言,一方面,随着港口管理体制的放开,地方港口经济和腹地支撑强劲;另一方面,部分大型港口受空间限制和规模不经济,主动剥离部分箱源,地方新型港口呈现强劲发展势头,其集装箱航线的广度、深度均有明显增加。对于双降类型的港口而言,区位条件较差,中转货源不足,加之腹地经济后劲不足导致港口航线增长乏力。
4.2.2 航线网络联系的中转及辐射功能变化 介数中心性反应节点在网络中的中转与衔接功能。邻近中心性反应节点在网络中的间接可达性,即对邻近港口的辐射能力。加权网络中的最短路径通过原始网络中权重的倒数来进行计算,更为准确的表示港口的中转功能与辐射功能。根据这两个指标2005年至2015年的变化,主要分为三个类型（表3）：① 中转衔接功能上升,辐射功能也上升的均为地方港,包括台州港与湛江港;辐射功能降低的主要为枢纽港,其中广州港的中转功能提升幅度最大,大连港则中转功能提升幅度最低。主要为轴-辐作用下,中转功能更加集中化,全国性枢纽港与大型港口承担着更多的中转衔接功能。② 中转衔接功能降低,枢纽港中仅有天津港与青岛港的辐射功能降低,大型港口中烟台港的中转衔接功能与辐射功能降低的幅度最大。③ 没有中转功能,即从理论数据上港口的加权介数中心性数值为0,主要为低端大型港口与地方港口,其在航运网络中处于边缘港口或者效率较低的大型港口。辐射功能上升的大多为地方新兴港口,港口辐射功能开始显现。
Tab. 3 The change type with transfer and radiation functions of coastal container port route network in the mainland of China

表3 中国大陆沿海港口航线网络联系的中转、辐射功能变化分类

变化类型 枢纽港 大型港口 地方港
中转功能
上升		 辐射功能
上升		 台州港（0.0245, 2.65）
湛江港（0.0245, 0.62）
辐射功能
降低		 上海港（0.0332, -0.31）;
广州港（0.095, -0.25）;
深圳港（0.0067, -0.31）;
厦门港（0.0148, -0.24）;
大连港（0.0001, -0.36）;
宁波港（0.0318, -0.26）		 苏州港（0.0236,-0.71）;
营口港（0.0024,-0.14）
中转功能
降低		 辐射功能
降低		 天津港（-0.0533, -0.37）;
青岛港（-0.059, -0.36）		 泉州港（-0.0288,-0.12）;
烟台港（-0.0862,-1.21）;
汕头港（-0.03,-0.57）;
无中转
功能		 辐射功能
上升		 福州港（0.28）;虎门港（3.25）;
中山港（2.18）;珠海港（1.69）;
江门港（0.85）;唐山港（0.08）		 黄骅港（0.85）;莆田港（0.78）;
惠州港（1.86）;茂名港（1.58）;
钦州港（2.26）;常州港（2.4）;
扬州港（0.73）;泰州港（2.19）;
无锡港（0.19）
辐射功能
下降		 日照港（-1.03）;南通港（-1.38）;
海口港（-0.38）;嘉兴港（-0.05）;
南京港（-1.83）;丹东港（-1.4）;
连云港港（-0.55）		 锦州港（-0.15）;秦皇岛港（-1.24）;
威海港（-0.92）;温州港（-0.86）;
镇江港（-0.91）;防城港（-1.59）

注：加权介数中心性反应节点在网络中的中转与衔接功能。加权邻近中心性反应节点在网络中的间接可达性,即对邻近港口的辐射能力。其中没有中转功能,即从理论数据上港口的加权介数中心性数值为0,表格中不表示。例如上海港（0.0332, -0.31）表示其加权介数中心性上升0.0332,加权邻近中心性下降0.31。

4.3 集装箱航线网络的轴-辐网络识别及区域港口分异

本文利用SPSS中系统聚类方法,基于节点深度、广度、中转功能与辐射功能四大港口功能指标,对港口进行聚类。聚类结果表明,中国大陆沿海港口航运网络可以划分为三类。2005年的第一类包括青岛港、上海港、天津港、宁波港、深圳港,而2015年第一类包括上海港、深圳港与宁波港,这三个港口一直具有较高的广度,深度与中转与辐射能力,形成了全国性枢纽中心,使得中国海上航运网络的轴-辐模式更加完善。2005年第二类包括广州港、厦门港与大连港。其中广州港具有较大的广度与中转衔接功能,大连港与厦门港口则具有较强的强度与辐射能力。2015年的第二类节点包括青岛港、大连港、厦门港、天津港与广州港,具有着相对较高的深度,强度,中转与衔接功能与辐射能力,形成了区域性枢纽中心。第三类港口节点数量较多,这类节点主要包括两个性质,一类是某一功能的值较高,而其他功能的值较低;另一类则是出于网络的边缘地区,通常仅与区域的中心港口仅有联系。
基于港口功能指标的分类（表4）与基于港口集装箱吞吐量的分类有着明显的区别,主要将规模分类中的枢纽港进行了全国性枢纽港与区域性枢纽港划分。中国三大区域港口群中的枢纽港有着不同的发展状态,环渤海区域的主要枢纽港天津港与青岛港,它们从第一类全国性枢纽港降低为第二类区域性枢纽港,在全国范围所承担的运输功能低于长三角港口群与珠三角港口群的主要枢纽港。但环渤海港口群的天津港,青岛港,大连港与营口港在全国范围内都承担着较为重要的功能,环渤海地区的枢纽港发展更加均衡化。长三角港口群的枢纽港为宁波港与上海港,珠三角港口群枢纽港为广州港与深圳港,这两大港口群枢纽港的发展较为集中化。
Tab. 4 Port hierarchy under system clustering

表4 中心性系统聚类统计表

排序 2005年 2015年
港口 数量 港口 数量
第一类 青岛港、上海港、天津港、宁波港、深圳港 5 宁波港、上海港、深圳港 3
第二类 广州港、厦门港、大连港 3 青岛港、大连港、厦门港、天津港、广州港 5
第三类 福州港、温州港、烟台港、连云港港等 26 苏州港、湛江港、营口港、泉州港、湛江港等 34
基于集装箱港口间最强航线联系,结合基于港口运输功能指标划分的层级,利用UCINET生成其网络图（图4）,对其进行分析：① 2005年中国集装箱港口间未形成整体网络,呈现局部网络与港口对并存的格局,具体讲,围绕上海、深圳港形成庞大的南方港口联系网络;围绕天津港、大连港形成较小的北方港口联系网络,青岛港、日照港和连云港在联系强度上与南方港口网络更为密切,因此从属于南方网络,南京港与江苏港则形成稳定的港口对。② 2015年全国大陆集装箱网络形成了较为完整的轴-辐网络体系。具体分析为上海港与宁波港之间的联系强度最大,深圳港与上海港之间的航线数量次之,宁波港与深圳港之间航线数量第三,远高于其余港口间航线联系。这三个港口间的航线形成了中国大陆港口航线中强大的干线,成为全国性枢纽港。2005—2015年上海港的全国性枢纽作用大大增强,同时形成了以青岛港、大连港、厦门港、天津港、广州港为主的区域性枢纽港,在各地方港口中发挥着重要的组织与转运功能。烟台港、苏州港等港口形成了相应的支线港,即喂给港。如图4,轴-辐结构是指支线港通过支线航班对枢纽港进行箱源喂给,以支撑干线航班,同时以支线港为目的地的箱源也要通过枢纽港进行疏散。这种模式以枢纽港为核心,通过枢纽港和支线港间的航班衔接,集散干支线的集装箱流,提高了集装箱网络的覆盖能力和通达性,航线组织结构更加优化,效率提高,降低了运输成本,促进航线经济的可持续发展[44]。中国港口之间的关系由单纯的竞争变为新型的竞合关系,彼此分工协作加强,轴-辐功能协作增强,实现了港口联动发展,促进了中国航线经济的可持续发展,港口区域化的内在性更加明显。
Fig. 4 The hub-spoke structure of the container shipping network is based on the strongest route between ports in the mainland of China

图4 基于港口间最强航线连接中国大陆集装箱航运网络轴-辐图

具体从区域角度看,2005年环渤海区域的港口则以天津港与大连港为中心,形成了较为独立的区域港口群。至2015年,天津港突破了环渤海区域范围,与上海港建立了最强引力连线,从而将大部分环渤海区域的港口与全国港口群挂钩。青岛港2005—2015年始终是与上海港存在最强引力连线,环渤海集装箱港口网络与环渤海区域实际港口群不完全相同。环渤海集装箱网络整体形成了以天津港与青岛港为主的双核枢纽港区域网络。
长三角区域内,2005年宁波港虽为第一层级,但从轴-辐图中可看到宁波港仅与上海港建立最强联系,并没有区域喂给港。2015年,广州港与宁波港建立最强联系,使得宁波港增强了其港口辐射能力。整体上长三角集装箱港口网络以上海港为主要枢纽港,宁波港为次级枢纽港的区域网络。
珠三角区域内,2005年形成了较为完整的以深圳港为主要枢纽港的区域网络体系,至2015年,珠三角港口群网络体系被打破,广州港与宁波港建立最强引力连线,成为宁波港的主要区域喂给港。整体上珠三角区域形成了以深圳港为主枢纽港,广州港为次枢纽港的区域网络。

5 结论

（1）运输规模分布是港口体系发展的外在特征,体现区域港口发展在总量上的区别与联系。1985年以来,中国大陆沿海集装箱港口体系日趋完善,位序-规模分布更加明显,职能类型更加多样化,体系结构更加完善;总体呈现低级均衡,明显集中化及相对分散化三个阶段;虽然30年来,规模分布的齐夫指数始终大于1,港口数量不断增加,新兴港口规模增长较快,但这种分散化仍存在明显的空间差异,总体上呈现围绕世界级枢纽港形成区域集聚和群内扩散的空间格局。
（2）中国大陆沿海集装箱航运网络具有较小的平均路径长度与较大的集聚系数,度累计及点强度累计分布呈现指数分布特征,整体网络小世界特征得到强化。不同类型港口航线网络特性变化差异明显。枢纽港以广度上升深度下降,中转功能上升为主,对航运干线的控制能力显著提升;大型港口变化较为复杂,总体上分为广度深度双升、双降和广度上升深度下降三种类型,超过一半的大型港口腹地引致特征明显,中转功能微弱;地方港呈现两极分化态势,大部分港口得益于港口管理权限下放和腹地经济支撑,在航线网络深度、广度与辐射能力等多方面实现明显提升。少部分港口则呈现多方面的萎缩。
（3）2005—2015年中国大陆集装箱港口航运网络轴-辐特征明显强化,表现为从分散局部的轴-辐网络演进为全国性的双层轴-辐网络。2005年,大陆集装箱港口航运网络形成较大的南方轴-辐系统、较小的北方轴-辐系统并存的特征;2015年形成了全国性的轴-辐网络。以上海港、宁波港与深圳港的全国性枢纽为核心,形成跨区性港航轴-辐网络。在区域层面,青岛港、天津港、大连港、厦门港与广州港的区域性港航轴-辐网络也发育完善,形成了全国性和区域性双层轴-辐网络结构。这种双层轴-辐网络提高了集装箱网络的覆盖能力和通达性,使全国沿海集装箱港口体系在航线组织方面的竞争力大为提升,有效牵引世界主要船公司的国际航线向中国大陆沿海转移。港口间由单纯竞争关系转化为新型的竞合关系,港口间彼此联系更加紧密,港口区域化的内在联系显著增强;航运经济运行效率明显提高,为港口经济的可持续发展提供了更有利的保障。

The authors have declared that no competing interests exist.

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