环渤海地区港城耦合协调度综合分析
2017-12-01郭建科赵敬尧2刘天宝
郭建科,谷 月,赵敬尧2,刘天宝
(1.辽宁师范大学 a.教育部人文社科重点研究基地;b.海洋经济与可持续发展研究中心,辽宁 大连 116029; 2.成都理工大学 管理科学学院,四川成都 610059)
环渤海地区港城耦合协调度综合分析
郭建科1a,1b,谷 月1a,1b,赵敬尧2,刘天宝1a,1b
(1.辽宁师范大学 a.教育部人文社科重点研究基地;b.海洋经济与可持续发展研究中心,辽宁 大连 116029; 2.成都理工大学 管理科学学院,四川成都 610059)
在对港口与城市相关理论研究的基础上,结合环渤海地区的实际情况,建立港口—城市评价指标体系。采用D-S权重合成法对2003年、2008年和2013年港口与城市发展状况进行评价,并通过构建耦合协调度模型,运用核密度和ArcGIS对环渤海地区17个港口城市的耦合协调度进行时空演变分析,同时对港口与城市协调发展的制约因素与动力机制进行研究。结果表明:①在时间上,耦合协调度呈现同步稳定上升态势,港口与城市两大系统相互作用程度不断加强,内部协调性也在不断提高。②在空间上,环渤海地区17个港口城市的耦合协调度存在明显的区域差异,港口城市的耦合协调状态与港口和城市的综合发展水平密切相关。大连、天津、青岛的耦合协调状态相对较优,丹东、盘锦、葫芦岛等的耦合协调状态相对较差。该研究成果将对环渤海地区港口与城市的协调有序发展提供一定的理论指导和政策启示。
港城关系;耦合协调;核密度;时空分异;环渤海地区
港口和城市之间的关系一直是国内外学术界密切关注的研究领域之一。随着研究的深入,学者们不仅揭示了港城之间持续变迁的历史过程,还探索了港城相互作用的内在机理[1]。港口的发展将促进城市的发展,而城市的繁荣必将带动港口的繁荣。可以说,港口和城市的关系是相互依存、相互影响的。
Erich A·Kautz[2]最先开始国外港口与城市之间关系的研究,随后Bird[3]从港口设施扩张的角度对港口—城市空间关系进行了分析探讨,Hoyle提出Anyport-type模型[4],通过对港口发展的阶段进行划分,强调了港口和城市之间的关系。20世纪末21世纪初的港城关系取得了进一步的发展,侧重于结构研究并强调可持续发展。Gleave[5]以弗里敦为研究对象,深入细致地探讨了港口对城市空间结构的影响和分析了可能的原因;Vallega运用RCI(Relative Concentration Index)[6]来分析人类居住地与港口之间的结构。
相对于国外,我国对港城关系的分析较晚。吴传钧通过分析动力结构的演变规律[7],得出了港口城市的成长模型;郑弘毅等[8,9]运用比较分析,研究港口城市空间体系的形成与演变问题;梁双波等运用灰色关联分析法[10],对港城关联发展效应进行了测度分析;陈航等[11]从不同角度对港城关系进行了研究,并对港口城市进行分类划分;武强以相对集中系数[13]为切入点,对港城关系进行数理分析,揭示了近代中国港城关系变迁特征;杨山运用从耗散结构[14]出发,对港城发展进行动态模拟分析,推导出普遍意义上的港城系统有序演化规律;郭建科、韩增林[15]提出现代海港城市“港—城空间系统”演化理论,对港城关系进行分类,并解析了各阶段的特征,并在RCI基础上,提出DCI的概念、内涵及其算法[16],揭示不同港口城市在港城相互作用方面的具体差别与联系。
从目前的研究可见,关于港口发展对城市影响方面的成果较多[17-19],关于港口与城市协调程度的研究相对较少。随着改革开放的发展,我国港口和城市均处于高速发展时期,但由于发展上的不匹配,港口和城市在一定程度上存在着不协调,因此协调两者的关系对促进港口与城市的综合发展具有重要意义。本文在对港口与城市相关理论研究的基础上,结合我国沿海实际情况建立港口—城市评价指标体系,以环渤海17个港口城市为例,采用D-S权重合成法对2003年、2008年和2013年港口与城市发展状况进行评价,得出的研究成果期望对该地区港口与城市的协调有序发展提供一定的理论指导和政策启示。
1 研究方法
1.1 模型构建
耦合协调度模型:借助物理学中的容量耦合概念与容量耦合系数模型,推广得到多个系统的相互作用耦合度模型[20]。该模型为:
C={f(x)×g(y)/[f(x)+g(y)×f(x)+g(y)]}1/2
(1)
式中,C为耦合度;f(x)为港口综合评价指数;g(y)为城市综合评价指数。
港口与城市之间存在着有机联系,耦合协调度模型相对于耦合度来说,能更好地反映港口与城市的协调程度。计算公式为:
T=αf(x)+βg(y)
(2)
(3)
式中,D为耦合协调度;C为耦合度;T为城市与港口的综合评价指数;α和β为待定权数,由于城市与港口同等重要,故取α=β=0.5。采用中段分值法将耦合协调度划分为4种类型(表1)。
表1 耦合协调等级划分
核密度估计:核密度估计是在概率论中用来估计未知的密度函数,属于非参数检验方法之一[21]。对数据x1,x2,xn,核密度估计的形式为:
(4)
其中,核函数(kernal function)K(·)是一个加权函数,选择依据是分组数据的密集程度。本研究的估计采用高斯核函数:
(5)
核密度估计的表达式不确定,因此在考察其分布情况时一般运用图形对比的方法。
1.2 指标体系的构建及权重确定
指标的选取:为了判断环渤海地区耦合协调的阶段,评价该地区港城关系的发展水平和状态,鉴于数据的可获得性和数据的完备性,参考已有的研究[22-25],本文从港口与城市相互影响的制约因素出发,构建了表2的环渤海地区港城关系耦合协调度评价指标体系。
表2 港口—城市耦合协调评价指标体系
指标权重的确定:运用D-S证据理论将主观性较强的专家主观赋权法[26]和客观性较强的熵值法[27]有机结合起来,使分析结果更加客观合理。D-S证据理论是由Dempster[28,29]提出的一种处理不确定性的理论。限于篇幅,具体推导过程见文献[30]。
1.3 数据来源
本文将环渤海地区的17个港口城市作为研究对象,根据研究目的和设计指标体系收集数据,考虑到数据的可获得性和代表性,综合选取2003年、2008年、2013年作为研究年份,研究数据来源于相应年份的《中国港口年鉴》、《中国城市统计年鉴》、《中国区域经济统计年鉴》、《中国城市建设统计年鉴》和环渤海各省市统计年鉴。
2 耦合协调度时空差异分析
总体上看,随着港口综合评价指数和城市综合评价指数的增加,环渤海地区港口与城市的耦合度和耦合协调度大体呈现由小到大的变化趋势,表明港口与城市协调关系状态越来越好,有向协调状态发展的趋势(表3)。
表3 港口与城市耦合度与耦合协调度
2.1 耦合协调度时间演化
根据耦合协调度模型,运用核密度估计方法绘制出2003年、2008年和2013 年环渤海地区17个港口城市耦合协调测度分布图(图1),这三个年份的核密度图反映了环渤海地区17个个港口城市耦合协调度分布的变化情况。具体表现为:①从形状上看,图形呈非严格的单峰形状,2003年为单峰分布,波峰在2008年有所下降,而在2013年变化显著,出现了多峰分布的状态。相对于第二个波峰的核密度来说,第一个波峰核密度较大,表明耦合协调测度分布从2003—2013年的变化呈现两极分化的态势。2013年,环渤海地区各港口城市耦合协调度得分的分布趋于分散,主要是因为中度耦合协调的港口城市越来越多地流向高度耦合协调组,最终呈现出高度协调的港口城市比重扩大,中度协度和低度协调的港口城市比重逐渐缩小的局面。这反映了协调度发展向多峰的演进过程,峰值中心逐渐右移,高值聚集地区逐渐增多,协调度水平普遍提高。②从位置上看,2003—2013年的分布曲线呈整体向右移的趋势,反映出环渤海17个港口城市中的绝大多数港口城市耦合协调状态在不断在改善。③从峰度上看,2003—2013年分布曲线逐渐向宽峰形发展。2003年尖峰形状较明显,而2008年宽峰形状较明显。可以看出,峰度不断平缓,波峰高度也相应地在下降,并且中间至右端的比重不断增加,这表明在这期间港口城市的耦合协调度有所提高。
图1 环渤海港口和城市耦合协调度的核密度分布
2.2 耦合协调度空间差异
基于上述结果,利用ArcGis软件绘制出环渤海地区17个港口城市三个年份耦合协调度分区图(图2)。从图2可见:①从城市来看,随着时间的推移,高度耦合协调的城市个数有所增加,低度耦合协调的城市个数不断减少。三个年份中同时处于低度耦合协调的有丹东、盘锦、葫芦岛、沧州、东营、滨州、潍坊7个港口城市,其他10个港口城市表现出了协调区间的跨越。②从空间分布来看,高、低值区的空间分布差异主要受到港口系统和城市系统的影响,港口基础设施建设程度高、吞吐量大、生态系统较好的的港口城市,港口的城市的相互关系较好、耦合协调度较高。其中,高值区依次集中在青岛、大连、天津,低值区依次集中在丹东、盘锦、葫芦岛、沧州、东营、滨州、潍坊。③从三个省域来看,京津冀地区的耦合协调均值一直处于最优状态,山东半岛次之,而辽东半岛的耦合协调均值处于相对最差状态。以辽东半岛来说,大连在辽宁沿海港口占据绝对的领导地位,耦合协调度最高,营口和锦州的耦合协调度次之,而丹东、葫芦岛、盘锦作为辽东半岛耦合协调度最低的三个城市,港城关系较弱;山东半岛各港口的耦合协调状态不断完善,但也存在着区域差异,表现在东部耦合协调状态等级较高,西部耦合协调状态相对滞后;天津与河北的港口经济实力相对较强,港城耦合协调状态最好。
图2 港口和城市系统耦合协调度的空间分异
图3 港口与城市耦合协调类型的划分
上述结果表明:①近年来环渤海地区17个港口城市的港城系统耦合协调度程度明显增强,反映出港口和城市的关系越来越协调;②从空间分布来看,耦合度高值区集中分布在经济社会发展水平较高的港口城市,而低值区则集中分布在经济欠发达的港口城市,以葫芦岛市、盘锦市等为代表,这种分异特征系统反映了港城关系耦合协调的影响因素。
2.3 耦合协调度类型的划分
为了更加清晰地表现耦合度和耦合协调度的变化情况,对其进行类型的组合分类。结果见表4。
表4 港口与城市耦合协调类型的划分
根据图3可得出:17个港口城市在3个不同时段中同时属于低耦合低协调区的有盘锦、潍坊,同时属于中耦合低协调区的有丹东、沧州,其他12个港口城市的耦合协调类型出现了协调类型的跨越。耦合度与耦合协调度并非保持一致,港口与城市各自的发展及其相互影响是影响着耦合协调类型的变化。
3 耦合协调度的制约因素与动力机制分析
3.1 耦合协调度分类及制约因素
环渤海地区17个港口城市港城耦合协调关系状况主要分为港口促进型、城市促进型和港城相互促进型三大类:①港口促进型。在这三个年份中,港口综合评价指数均优于城市综合评价指数的港口城市依次为大连、营口、青岛。相对于城市的发展来说,港口的各项数值较高,港口为城市的发展提供了强有力的支撑,港口的发展对港城耦合协调的状态起到了促进作用。②城市促进型。在这三个年份中,城市综合发展较好的港口城市依次为丹东、盘锦、葫芦岛、唐山、威海、沧州、烟台、东营、滨州、潍坊。此类港口综合评价指数均小于城市综合评价指数,城市的发展状况较好,城市的发展带动了港口的发展。③港城相互促进型。在这三个年份中,港口与城市发展速度几乎相同的港口城市依次为锦州、天津、秦皇岛、日照。此类港口综合评价指数与城市综合评价指数不相上下,港口与城市相互促进,城市的推动作用、港口自身实力的增强和地方政策影响着港口不断发展,而港口的推动作用也会带动城市的发展。根据耦合协调度的类型,结合耦合协调度的评价指标体系,可对港城关系分类的制约因素进行分析,结果见表5。
表5 港城关系分类及制约因素
3.2 动力机制
高度协调耦合:主要包括天津、青岛、大连,表现在:①在港口生产系统中,三个港口城市在港口货物吞吐量、集装箱吞吐量、港口外贸吞吐量均最高,说明港口的生产能力较高。②在港口支撑系统中,大连泊位个数在环渤海地区中最高(212个),在东北地区多年位居极其显著的门户地位,表明三个港口城市在港口的基础设施建设方面较完善。③在港口运营与管理系统中,航线个数、航线经过的城市个数均较多、所在区域的位置性质均最优,三个港口城市所在区域的位置性质均为保税区,说明这三个港口城市对外联系较广、对外出口较高、对外影响范围较广。从城市因素分析,这三个港口城市拥有较高的经济社会发展水平,城市影响范围较广,在城市经济社会发展的价值系统、城市经济社会发展的保障与支撑系统和城市经济社会发展的运营与管理三个系统方面都较完善。主要表现在:天津在社会消费品零售总额、出口总额、GDP、工业总产值的数值最高,分别为44704286万元、4902472万美元、14370.16亿元、262274556万元;青岛在城镇化率的比值最高为0.78%。表明这三个港口城市的城市经济社会发展程度较高,而在人均城市道路面积、每万人拥有医生数等方面的数值均不高,说明三个城市在今后的发展过程中应重视这些方面的发展,达到均衡发展。
中度协调耦合:主要包括营口、锦州、秦皇岛、唐山、烟台、日照、威海。从港口因素分析,以7个港口城市来说,在港口生产系统中,唐山货物吞吐量较多,烟台集装箱吞吐量较多,日照外贸吞吐量较多;在港口支撑系统中,烟台泊位个数最高为181个,唐山万吨级泊数码头长度均最高,分别为74个、20360m;在港口运营与管理系统中,烟台航线个数、航线经过的城市个数均最多,分别为41条、46个,所在区域位置性质最优为保税区。从城市因素分析,7个港口城市的经济社会发展空间较大,社会保障系统相对较完善,但有待提高。在城市经济社会发展的价值系统、城市经济社会发展的保障与支撑系统、城市经济社会发展的运营与管理三个系统中,各项指标数值均属于中等水平。其中,秦皇岛在工业固体废物直接利用率的比值最低为49.32%,表明秦皇岛在经济社会的发展过程中应重视环境,达到经济—环境的同步发展;日照在万人公共汽车拥有量方面的数值最低为4.23辆。因此,应针对每个城市的问题与现状,提出相应的发展对策,以提高城市经济社会发展整体的运营与管理水平。
低度协调的耦合:主要包括葫芦岛、盘锦、丹东、沧州、滨州、潍坊、东营,这一类港口和城市发展均相对较差。从港口因素分析,在港口生产系统中,滨州货物吞吐量最低为1112万t,东营、滨州外贸吞吐量、集装箱吞吐量均为0;在港口支撑系统中,码头长度、泊位个数、万吨级泊数均处于相对劣势地位;在港口运营与管理系统中,航线个数、航线经过的城市个数均为0,所在区域位置性质均相对较差。表明7个港口城市的港口基础设施不完善、生产能力较差,对应的经济腹地相应较少。因此,7个港口城市在今后的发展过程中应增强港口自身的基础设施建设,以促进港口经济发展。从城市因素分析,城市对港口的支撑不足,城市的发展滞后于港口的发展。主要表现在:①在城市经济社会发展的价值系统中,葫芦岛在GDP、工业总产值的方面发展较慢,数值分别为:775.11亿元、9968120万元,表明城市的经济发展较慢。②在城市经济社会发展的保障与支撑系统中,葫芦岛的人均城市道路面积的数值最低为5.66m2,盘锦的每万人在校大学生数的数值最低为48.56人,说明城市在保障系统方面有待提高。③在城市经济社会发展的运营与管理系统中,丹东的地方财政收入、城市居民可支配收入的数值均最低,分别为285688万元、21744.59元,葫芦岛的全社会固定资产投资总额的数值最低为6326423万元、沧州在建成区绿化覆盖率的比值最低为36.88%。因此,7个港口城市在今后的发展过程中,应努力提高城市的经济社会支撑系统水平,以支撑港口发展,进而达到港城的耦合协调。
4 结论与建议
本文采用D-S权重合成法、耦合协调度模型,运用核密度和ArcGIS对环渤海地区17个港口城市的耦合协调度进行时空演变分析,同时对港口与城市协调发展的制约因素与动力机制进行研究,得到以下结论:①不同时空尺度下,港城系统耦合协调度出现时空分异。从时间上来看,环渤海地区17个港口城市环中的绝大多数港口城市的耦合协调状态在不断改善;从空间上来看,环渤地区17个港口城市的港口和城市交互作用的耦合协调度存在明显的区域差异,耦合协调度在三个年份中分别出现了不同的协调状态,耦合协调度均处于稳步上升态势,表明港口与城市两大系统彼此相互作用的程度不断加强,内部协调性也在不断提高。②从制约因素与动力机制来看,基于耦合度和耦合协调度时空分异格局分析,港口和城市的动力机制是驱动耦合协调度时空格局演化的主要影响条件,并出现了三种不同程度的耦合。
建议:①对低度耦合协调的港口城市来说,应完善相应的港口系统,提高港口的基础设施建设,增强港口发展的整体实力,带动城市的经济与社会发展,以达到港城耦合协调的最优状态。②中度耦合协调的港口城市,唐山、烟台、威海、锦州应加大对港口建设的投入,使所在区域的位置性质提高到一个新的层次,强化港口对城市的支撑能力;营口、秦皇岛、日照相对于港口的综合发展来说,城市综合发展水平较差,城市的发展对港城耦合协调状态的作用较小,表明这三个港口城市应大力发展城市经济,以使耦合协调状态达到高度的协调。③对高度耦合协调的港口城市来说,天津、青岛、大连在环渤海地区的耦合协调状态是最优的,这三个港口城市拥有最优的港口资源和区位条件,港口与城市的综合发展程度都较高。今后,三个港口城市在发展过程中应进一步优化耦合协调状态,向极度耦合协调的状态发展。环渤海地区港口和城市的发展还存在不协调状态,协调港口和城市的关系仍是今后的中心任务,应根据港口城市所处的耦合度和耦合协调的阶段,制定相应的发展措施,以促进其发展,实现环渤海地区港城的协调发展。
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ComprehensiveAnalysisofCouplingCoordinationDegreeofPort-City,BohaiRimRegion
GUO Jian-ke1a,1b,GU Yue1a,1b,ZHAO Jing-yao2,LIU Tian-bao1a,1b
(1.Liaoning Normal University a.Key Research Institute of Humanities and Social Sciences of Ministry of Education; b.Center for Studies of Marine Economy and Sustainable Development,Dalian 116029,China; 2.College of Management Sciences,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)
Based on the study of port and city theory,this paper established the port-city evaluation index system based on the actual situation of Bohai Rim Region.The evaluation of port and urban development in 2003,2008 and 2013 was carried out by using DS weighting method.By using the coupled coordination degree model,the nuclear density and ArcGIS were used to analyze the coupling degree of 17 port cities in the Bohai Rim Region.While the port and the city coordinated development of the constraints and dynamic mechanism were studied.The results showed that:①In the time,the coupling coordination degree was increasing steadily,and the interaction between the port and the city was strengthened and the internal coordination was also improving.②In the space,there were obvious regional differences in the coupling coordination degree of the 17 port cities in the Bohai area.The coupling state of the port cities was closely related to the comprehensive development level of the ports and cities.Dalian,Tianjin and Qingdao were relatively poor,and the coupling coordination state of Dandong,Panjin,Huludao,etalwas relatively poor.The study were expected to provide some theoretical guidance and policy guidance for the coordinated and orderly development of ports and cities in the region.
port-city relationship;coupling and coordination;nuclear density;space-time differentiation;Bohai Rim Region
10.3969/j.issn.1005-8141.2017.05.012
F290;U652.1
A
1005-8141(2017)05-0569-06
2017-03-22;
2017-04-16
国家自然科学基金项目(编号:41571126);辽宁省社科联项目(编号:2017lslktjb-039);辽宁省高校科研管理智库项目(编号:ZK2015033)。
及通讯作者简介:郭建科(1980-),男,山西省长治人,博士研究生,副教授,硕士生导师,主要从事港口物流空间组织、海洋经济地理、城市地理等方面的研究。