本文作者：狄乾斌 徐東升 周樂萍 單位：遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心

海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展概念在海洋領(lǐng)域的體現(xiàn)，是促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)、社會、海洋資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略思想，即以海洋資源的可持續(xù)利用和良好的海洋生態(tài)環(huán)境為基礎(chǔ)，以海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展為中心，以謀求社會的全面進(jìn)步為目標(biāo)的發(fā)展模式［１］。從海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的定義來看，海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)涉及一個(gè)地區(qū)或國家之間的海洋資源與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會等諸多因素，是一個(gè)復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)。從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)來看，海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是人與自然、環(huán)境交互作用的集中體現(xiàn)，海洋生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會要素之間相互作用、相互聯(lián)系構(gòu)成了一個(gè)涉及眾多因素的、動態(tài)的和存在多重反饋聯(lián)系的復(fù)雜社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。目前研究社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)最常用的方法有投入產(chǎn)出、目標(biāo)規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)計(jì)量和系統(tǒng)動力學(xué)建模等，前３種方法都是以線性代數(shù)為基礎(chǔ)，解決不了技術(shù)變化和投入產(chǎn)出中的時(shí)滯等一系列動態(tài)問題。系統(tǒng)動力學(xué)基于信息反饋的機(jī)制，通過對現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的模擬分析，提供解決問題的方法和途徑［２］。

１ＳＴＥＬＬＡ系統(tǒng)建模仿真軟件簡介

系統(tǒng)動力學(xué)（ＳＤ）可以定性（ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ）和定量（ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ）地構(gòu)建模型。口頭描述和因果環(huán)圖（ｃａｕｓａｌｌｏｏｐｄｉａｇｒａｍ）可以定性地描述系統(tǒng)；棧一流圖（ｓｔｏｃｋ－ｆｌｏｗｄｉａｇｒａｍ）可以定量地描述系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)定量地描述系統(tǒng)并模擬運(yùn)行系統(tǒng)隨時(shí)間展開的動態(tài)性，相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件是必需的，所以從一開始ＳＤ方法就和數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真結(jié)合緊密。自２０世紀(jì)６０年代開發(fā)出第一代仿真軟件Ｄｙｎａｍｏ后，尤其是２０世紀(jì)８０年代中后期，可用于計(jì)算機(jī)的仿真軟件陸續(xù)問世，如，面向模型（模型結(jié)構(gòu)對用戶開放）的軟件：ＳＴＥＬＬＡ、Ｖｅｎｓｉｍ、ＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌＤｙｎａｍｏ等［３］。ＳＴＥＬＬＡ軟件是一種基于系統(tǒng)動力學(xué)的管理決策建模仿真軟件，也是第一個(gè)允許圖形模式輸入的仿真軟件。它的主要目的是幫助人們重塑思考方式，拋棄以前局部的、靜態(tài)的思考方式，讓人們以整體的、系統(tǒng)的觀點(diǎn)來思考問題。

１．１ＳＴＥＬＬＡ軟件的特點(diǎn)［４］

１．１．１簡潔明了的層次結(jié)構(gòu)

高層結(jié)構(gòu)（ｈｉｇｈｌｅｖｅｌ）：是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體反映。它把系統(tǒng)分為互相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)，從而保證使用者能從整體上把握其研究的系統(tǒng)。圖層結(jié)構(gòu)（ｇｒａｐｈ）它是整個(gè)系統(tǒng)模型的核心，是構(gòu)造系統(tǒng)模型的主要空間。它的結(jié)構(gòu)決定了模型的實(shí)質(zhì)與函數(shù)層的數(shù)據(jù)結(jié)果。圖層結(jié)構(gòu)含有４種基本的語言符號：棧（ｓｔｏｃｋ）、流（ｆｌｏｗ）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）及連接器（ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）。函數(shù)層結(jié)構(gòu)（ｆｕｎｃｔｉｏｎｌｅｖｅｌ）：包含模型中各變量之間的邏輯和數(shù)學(xué)關(guān)系。這些關(guān)系可用代數(shù)方程、各種變化曲線，或者邏輯函數(shù)來表示。ＳＴＥＬＬＡ圖層的４個(gè)基本語言符號中最主要的是棧和流。棧表示積累，也表示系統(tǒng)所處的狀態(tài)；流表示系統(tǒng)的活動，如，物質(zhì)流、資金流和信息流等；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器表示各種數(shù)據(jù)序列、代數(shù)關(guān)系，或常數(shù)；連接器表示棧、流和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器３者之間的關(guān)系或傳遞信息。

１．１．２動態(tài)交互的系統(tǒng)演示過程

受外界的各種約束條件、長期以來形成的經(jīng)驗(yàn)以及直接判斷事物的習(xí)慣和研究對象的復(fù)雜程度等因素的束縛，人們有時(shí)很難了解系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)影響行為的真相。但人腦一般具有較強(qiáng)的分析事物結(jié)構(gòu)的能力。ＳＴＥＬＬＡ可以將人們頭腦中所思考的事物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成模型，并動態(tài)模擬事物的行為模式。通過４種基本的語言符號來描述人們頭腦中構(gòu)思的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，輸入必要的數(shù)學(xué)關(guān)系和參考數(shù)值，就可以在計(jì)算機(jī)上模擬出事物的動態(tài)發(fā)展過程。

１．１．３強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)背景支持

ＳＴＥＬＬＡ背后有一個(gè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型體系，它是以常微分方程組的形式來實(shí)現(xiàn)的。使用者不需直接構(gòu)造艱深的數(shù)學(xué)方程式，只需通過圖形化的語言方式來確定模型中各變量之間的關(guān)系（函數(shù)層中的數(shù)學(xué)關(guān)系），輸入特定變量的初值，然后運(yùn)行模型就可以得到所需變量的數(shù)值或者變化曲線了，因?yàn)閺?fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算工作完全是由計(jì)算機(jī)在后臺操作。ＳＴＥＬＬＡ算法的一般步驟是：①按照一定的順序產(chǎn)生棧、流和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的順序列。②計(jì)算棧、流和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的初值。③根據(jù)計(jì)算步長和給定時(shí)間范圍來計(jì)算和更新各個(gè)變量的值。

１．２ＳＴＥＬＬＡ軟件系統(tǒng)建模的步驟［５］

ＳＴＥＬＬＡ的具體建模步驟遵循由簡到繁、由淺入深和由部分到整體的原則，步驟如下。（１）確定問題（ｆｏｃｕｓｔｈｅｅｆｆｏｒｔ）：主要是指在建立模型之前明確所要分析的問題，并設(shè)定一個(gè)簡明的目標(biāo)，它要解決什么問題、范圍有多大等。（２）構(gòu)建高層結(jié)構(gòu)圖（ｍａｐｐｉｎｇ）：高層結(jié)構(gòu)圖（ｈｉｇｈｌｅｖｅｌ）是由子系統(tǒng)（或者一些關(guān)鍵因素）組成的。這一步要求把所分析的系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)，然后把每個(gè)子系統(tǒng)中的關(guān)鍵因素找出來，子系統(tǒng)的數(shù)量不宜太多。（３）構(gòu)建系統(tǒng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖（ｍｏｄｅｌｉｎｇ）：對模型進(jìn)一步的細(xì)化，其中包括連接子系統(tǒng)之間的各種關(guān)系，對變量進(jìn)行定義和初始化，定義變量之間的關(guān)系等。主要分４個(gè)步驟：①確定流跟棧之間的關(guān)系；②定義各個(gè)流的代數(shù)方程；③尋找閉環(huán)鏈，確定反饋鏈之間的關(guān)系；④對參數(shù)進(jìn)行賦初值和初始化。（４）仿真運(yùn)算（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）。（５）擴(kuò)展模型（ｃｈａｌｌｅｎｇｅ）：主要是看模型在多大程度上能解決實(shí)際問題。深度擴(kuò)展：看模型中的流和變量的代表性是不是足夠充分，有沒有一些細(xì)節(jié)性的問題、變量沒有考慮到；廣度擴(kuò)展：看模型所包括的范圍是不是足夠全面，它所能解決的問題具有多大的普遍性。

２基于ＳＴＥＬＬＡ軟件的海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動力學(xué)模型

２．１我國海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展面臨的問題

問題是指系統(tǒng)內(nèi)部存在的矛盾、相互制約與作用以及產(chǎn)生的結(jié)果與影響，建模的目的就在于研究這些問題，并尋求解決它們的途徑［６］。我國是一個(gè)發(fā)展中的海洋大國，海域自然環(huán)境和資源條件非常優(yōu)越。從２０世紀(jì)８０年代初到２００９年，全國主要海洋產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值連翻７番多，２００９年已達(dá)到３１９６４億元，海洋產(chǎn)業(yè)增加值達(dá)到１８７４２億元，相當(dāng)于同期國內(nèi)生產(chǎn)總值的５．５％，海洋經(jīng)濟(jì)已成為國民經(jīng)濟(jì)重要的增長點(diǎn)［７］。但在經(jīng)濟(jì)快速增長的同時(shí)也存在資源浪費(fèi)、環(huán)境污染和掠奪式經(jīng)營等問題，尤其是由于污染海域，海洋生態(tài)環(huán)境遭到破壞，嚴(yán)重制約了海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。