海洋科学  2024, Vol. 48 Issue (12): 72-82   PDF    
http://dx.doi.org/10.11759/hykx20240624001

文章信息

段怡心, 刘一霖, 张亦飞, 方欣, 侯宗浩, 杨辉. 2024.
DUAN Yixin, LIU Yilin, ZHANG Yifei, FANG Xin, HOU Zonghao, YANG Hui. 2024.
基于CiteSpace的海上风电场和海水养殖融合发展研究知识图谱分析
Integrated development of offshore wind farm and mariculture based on CiteSpace
海洋科学, 48(12): 72-82
Marine Sciences, 48(12): 72-82.
http://dx.doi.org/10.11759/hykx20240624001

文章历史

收稿日期:2024-06-24
修回日期:2024-10-22
基于CiteSpace的海上风电场和海水养殖融合发展研究知识图谱分析
段怡心1, 刘一霖2, 张亦飞1, 方欣1, 侯宗浩1, 杨辉1     
1. 自然资源部第二海洋研究所, 浙江 杭州 310012;
2. 海南省海洋与渔业科学院, 海南 海口 570100
摘要:梳理海上风电场和海水养殖融合发展研究领域的研究内容及未来发展趋势可为中国的海上风电场和海洋牧场结合的有效管理和可持续发展提供参考。以Web of Science核心合集2004—2024年的文献数据, 利用知识图谱方法CiteSpace分析、讨论海上风电场和海水养殖融合发展的研究主体、研究热点以及研究前沿等方面, 结果发现: 以德国为代表的欧洲国家在北海开展了大量的研究和实践; 研究热点主要集中于空间规划、决策支持、相互作用评估和可行性分析和综合评估等4个主要方面, 涉及共址问题、综合管理体系、利益相关者参与、潜在冲突/协同作用、渔业位移效应、生态环境/社会/经济/技术影响评估; 研究前沿与研究热点较为一致, 主要为目标物种渔业与海上风电场的共址分析、生态环境/社会/经济/社会相互作用评估以及利益相关者参与。最后, 结合中国海上风电场和海洋牧场融合发展的未来研究工作和管理提出了展望。
关键词海上风电场    海水养殖    融合发展    CiteSpace    
Integrated development of offshore wind farm and mariculture based on CiteSpace
DUAN Yixin1, LIU Yilin2, ZHANG Yifei1, FANG Xin1, HOU Zonghao1, YANG Hui1     
1. Second Institution of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Hangzhou 310012, China;
2. Hainan Academy of Ocean and Fisheries Sciences, Haikou 570100, China
Abstract: This review outlines the research hotspots and future evolution of the integrated development of offshore wind farms and mariculture and aims to provide a reference for the effective management and sustainable development of the combination of offshore wind farms and marine ranches in China. This study investigates the literature indexed by Web of Science from 2004 to 2024, mapping international research on the integrated development of offshore wind farms and mariculture using the bibliometric methodologies and toolset of CiteSpace. First, European countries represented by Germany have conducted much research and experimentation in the North Sea region. Second, this study focuses on four aspects: spatial planning, decision support, interaction, and feasibility analysis, which involve co-location issues, integrated management systems, stakeholder participation, potential conflict/synergy, the displacement effect of fisheries and ecological, social, economic, and technological impact assessments. Third, this study fronts and research hotspots are consistent, mainly covering co-location analysis of target species' fisheries and offshore wind farms, interaction assessment of eco-environmental, economic, and social aspects and stakeholder participation. Finally, based on these findings, this study offers recommendations for further research on the integrated development of offshore wind farms and marine ranches in China.
Key words: offshore wind farms    mariculture    integrated development    CiteSpace    

海上风电是利用风机将海面上的风能转化为电能的绿色发电模式[1]。大力发展海上风电, 可以调整能源结构, 推动能源向清洁、可再生和可持续能源转型。但海上风电场建设、运营和维护不仅需要大面积的海域空间资源, 也会对海水养殖、海上捕捞等其他的用海活动增加了环境压力, 以及与其他用海活动产生的环境累积效应[2-3]。作为一种可持续的清洁能源生产方式, 海上风电场的快速发展引起了学界和管理部门对优化利用海洋空间资源以兼容其他用海活动潜力的兴趣[4-5]

海洋是人类获取优质蛋白的“蓝色粮仓”。然而, 自20世纪以来, 过度捕捞、环境污染和生境破坏等原因, 全球范围内出现海洋渔业资源衰退的问题。在此背景下, 海水养殖逐渐成为转变渔业发展模式的有效途径。广义上, 海水养殖是指在距离海岸数千米的开阔水域开展的养殖活动[6]。海上风电场和海水养殖融合发展研究为中国的海上风电场和海洋牧场结合的有效管理和可持续发展提供参考。在开放水体进行海水养殖具有多种优势, 如充足的养殖空间、更高的承载和同化能力、可以减少与人类活动引起的污染源接触、降低对环境的负面影响等[7]

近岸海域是人类活动作用强度最大的区域。海上风电场和海水养殖是利用海洋资源的两种不同方式, 不同类型海洋资源开发活动的布局受到海洋环境承载力的限制。近年来, 国际上对上述两种用海方法的融合和相互作用从理论和实践两个方面开展了不少探索, 从生态、经济和社会等多个视角进行了跨学科研究, 取得了很多有价值的成果。在中国明确提出“双碳”目标和“蓝色粮仓”的背景下, 把握国际海上风电场建设和海水养殖融合发展研究的现状和趋势, 借鉴国际最新的研究成果, 对中国海上风电场和海水养殖融合发展研究具有重要意义。但目前国内对于海上风电场和海水养殖的融合发展研究较少、起步较晚、较国际前沿研究尚有一定差距。本文以Web of Science核心合集2004—2024年的文献数据为样本数据来源, 运用可将知识域可视化的知识图谱法, 借助CiteSpace工具, 分析、讨论海上风电场和海水养殖融合发展研究的研究主体、研究热点以及研究前沿等方面, 以期为海上风电场和海养殖融合发展的研究提供多学科的、全面的参考。

1 材料与方法 1.1 数据来源

本文以海上风电场和海水养殖的科学文献为研究对象, 借助CiteSpace进行知识图谱分析。以“Web of Science核心合集”为文献搜索的基础数据库, 以“Offshore Wind Farm”+“Aquaculture”、“Offshore Wind Farm”+“Mariculture”和“Offshore Wind Farm”+“Fishery”为主题词, 在核心合集数据库中选择发表于2004— 2024年的文献为基础数据。根据搜索的结果, 浏览标题、摘要和关键词, 手动筛选得到150篇作为分析的有效数据。

1.2 研究方法

知识图谱分析法是内容分析方法的一种, 属于科学计量学范畴, 是以某一知识领域作为研究对象, 以科学文献作为基础数据, 展现知识结构的一种图像分析方法[8-9]。常用于进行文献可视化分析的软件主要有CiteSpace、Vosviewer和HistCite等[10-11]。CiteSpace由美国Drexel大学陈超美教授开发, 是一款结合文献计量学、统计学、信息科学等学科的数据可视化分析软件, 具有探测学科知识领域发展及其研究热点、前沿和趋势的功能[12]。本文利用CiteSpace软件对海上风电场和海水养殖的研究文献进行科学计量, 通过绘制可视化图谱, 得到与其相关的知识网络和研究热点, 为客观认识海上风电场和海水养殖融合发展和相互作用研究的发展、指导国内的研究提供借鉴和参考。

2 结果与分析 2.1 研究主体

CiteSpace生成的作者合作网络图谱中每个节点表示作者, 两个节点的连线粗细代表作者之间的联系, 节点的大小则是作者发文的数目, 节点的中心性指在网络中经过该节点的所有最短路径的数量。以Citespace中的“Author”和“Country”作为各自的图谱分析节点, 参数设置中时间跨度设为“2004-2024”, “time slice”设为1, 分别绘制作者合作网络图谱、研究地区合作网络图谱和发文篇数前15位的研究地区表, 见图 1图 2表 1

图 1 海上风电场和海水养殖融合发展研究领域作者合作网络图谱 Fig. 1 Authors' cooperation network of research on the integrated development of offshore wind farms and mariculture

图 2 海上风电场和海水养殖融合发展研究国家/地区合作网络图谱 Fig. 2 National/regional cooperation network of research on the integrated development of offshore wind farms and mariculture

表 1 2004—2024年发文篇数前15位的国家/地区 Tab. 1 Top 15 countries/regions based on research frequency from 2004 to 2024
序号 发文量/篇 中心性 国家/地区
1 33 0.12 Germany
2 31 0.34 USA
3 25 0.18 England
4 19 0.08 Scotland
5 16 0.07 Italy
6 14 0.18 China
7 14 0.14 Denmark
8 14 0.08 Netherlands
9 10 0.1 Spain
10 9 0.09 Taiwan(China)
11 9 0.23 Greece
12 8 0.06 Belgium
13 6 0.08 Sweden
14 6 0 Australia
15 5 0.03 France

图 1可见, 分别以Buck B H和Krause G为中心、Collu M和Arena F为中心形成了两个较小的合作网络。以Lipsky A为中心的合作网络与以KoudouriP和Giannouli A为中心的合作网络由作者Boon A作为桥连接起来形成一个较大的合作网络; Buck B H、Krause G、Grinffin R和Michier-cieluch T形成了一个合作网络, 其中作者Stelzenmüller V作为桥, 连接了Berkenhagen J等作者, 形成了另一个较大的合作网络。其余学者之间的学术合作联系则较为分散。

图 2可见, 国际对于海上风电场和海水养殖融合发展研究的地区分布存在明显差异。德国最早于2004年开始海上风电场与海水养殖的案例研究, 起到了学术引领作用。由表 1可知, 美国发文量为31篇, 中心性为0.34, 说明美国不但在海上风电场与海水养殖融合发展领域发文量处于领先地位, 且与其他国家/地区的合作关系也较为突出, 影响力较大。德国虽然发文量排在第一, 但中心性不高(0.12), 说明德国在该领域与其他国家/地区的合作较少, 影响力不高。发文篇数前五的国家和地区包括德国、美国、英格兰、苏格兰和意大利, 发文篇数前15位的国家和地区中欧洲占多数。德国、荷兰、比利时等国家的专属经济区分布在北海, 最早于2000年便开展了海上风电场和海水养殖融合的项目工作, 在北海区域取得了丰富的研究成果[13]。比较而言, 亚洲国家和地区对于海上风电场和海水养殖的融合相关研究较少, 与欧洲等地区相比存在一定的差距, 但以中国为代表的亚洲国家已经关注到海上风电场和海水养殖融合发展的研究领域, 也开展了一些研究工作。

2.2 研究热点

利用CiteSpace软件的关键词分析(Keywords)功能, 绘制海上风电场和海水养殖融合发展研究的关键词分布图谱(图 3)、关键词聚类图谱(图 4)以及高频次关键词和高中心性关键词表(表 2), 以便科学计量海上风电场和海水养殖融合发展研究的主要热点领域。关键词分布图谱中共有335个网络节点, 节点较大处的关键词表示高频词, 代表海上风电场和海水养殖融合发展领域的研究热点。关键词聚类图谱显示的结果表示海上风电场和海水养殖融合发展研究方向的内容。

图 3 海上风电场和海水养殖融合发展研究关键词分布图 Fig. 3 Keyword layout of research on the integrated development of offshore wind farms and mariculture

图 4 海上风电场和海水养殖融合发展研究关键词聚类图谱 Fig. 4 Keyword cluster of research on the integrated development of offshore wind farms and mariculture

表 2 高频关键词和高中心性关键词 Tab. 2 High-frequency keywords and high-centrality keywords
序号 高频次关键词 高中心性关键词
频次/次 关键词 中心性 关键词
1 82 offshore wind farms 0.66 artificial reefs
2 22 aquaculture 0.37 aquaculture
3 20 North Sea 0.33 management
4 20 fishery 0.23 fishery
5 20 co location 0.22 assemblages
6 19 marine spatial planning 0.2 offshore aquaculture
7 18 energy 0.17 German bight
8 18 management 0.16 marine spatial planning
9 14 renewable energy 0.15 framework
10 11 artificial reefs 0.14 offshore wind farms
11 11 offshore wind energy 0.14 conservation
12 10 impacts 0.1 co-location
13 10 growth 0.1 coastal
14 9 framework 0.1 benefits
15 9 fish 0.09 energy
16 8 sea 0.09 fish
17 7 coastal 0.09 attitudes
18 7 mytilus edulis 0.09 community
19 7 open ocean aquaculture 0.09 settlement
20 7 climate change 0.08 growth

具体地, 筛选词义相同或词义相近的关键词以及文献检索词后, 发现2002—2024年间, 国际海上风电场与海水养殖融合发展领域的研究热点集中在以下几个方面: North Sea(北海)、marine spatial planning(海洋空间规划)、co-location(共址)、renewable energy(可再生能源)、management(管理)、artificial reefs(人工鱼礁)、impact(影响)等。结合图 3图 4表 2进一步分析, 海上风电场和海水养殖融合发展研究主要涵盖了海洋空间规划、决策支持、相互作用评估、可行性分析和综合评估等4个主要方面(表 3)。

表 3 海上风电场和海水养殖融合发展研究热点内容归纳 Tab. 3 Summary of research hotspots on the integrated development of offshore wind farms and mariculture
研究热点 具体内容 关键词及聚类标签
海洋空间规划 1.阐述多用途概念, 使用地理信息系统和多标准评价确定海上风电场和海水养殖的共址区域; 2.设计风力涡轮机与养殖网箱集成的多用途海上平台, 测试评估实验区域的环境条件以及对生态环境的影响。 #0 Blue growth: Multiple, Multi-use, Co-location, Co-existance; #2 Wind power: Sea, Cage aquaculture, Assemblages; #10 Marine spatial planning: Open ocean aquaculture, Multi-use offshore platforms, Fish farms; #11 Multi-use: Co location, North Sea.
决策支持 1.梳理了不同地区海上风电场与海水养殖融合发展的法律制度以及管理方式, 为决策提供参考依据; 2.了解不同利益相关者对海上风电场和海水养殖结合的态度。 #0 Blue growth: Framework, Perception, Blue economy; #1 Stakeholder empowerment: Farm, Attituded; #2 Wind power: Artificial reefs; #8 Wind energy: Acceptance.
相互作用评估 1.探究海上风电场与海水养殖结合的潜在冲突/协同作用; 2.探究海上风电场限制捕鱼活动后产生的渔业位移效应对渔业的影响。 #0 Blue growth: Framework, Fish; #2 Wind power: Artificial reefs, Community; #5 Spatial management: Fish, Behavior, Climate change; #6 Fish effort displacement: Impacts, Climate change, Benefits; #7 Monitoring: Management, Renewable energy, Artificial reefs; #11 Multi-use: North Sea.
可行性分析和综合评估 从生态环境、社会、经济和技术4个方面综合评估海上风电场与海水养殖融合发展的可行性。 #0 Blue growth: Framework; #3 Offshore wind farms: Mytilus edulis; #4 SWOT analysis: Coastal, Power, Cultivation, Comanagement; #8 Wind energy: Farms.
2.2.1 海洋空间规划

海洋空间规划是政府对海洋空间资源进行空间治理、优化海洋资源配置和引导海洋经济健康可持续发展的重要工具和手段[14]。海洋空间规划作为海上风电场和海水养殖融合发展研究的热点之一, 主要为海上风电场与海水养殖选址工作提供重要基础。为了研究海上风电场和海水养殖的共址问题, 近年来, 在海洋空间规划的框架下国外文献提出了多用途(multi-use)和多用途平台(multi-purpose platform)两个主要的模式。

2.2.1.1 多用途

“多用途”概念, 是指单一使用者或多个使用者共同使用地理位置接近海洋资源[5]的用海模式。为了确定可以进行海上风电场和海水养殖两种不同活动的海域, 国际上经常使用地理信息系统(Geographic information system, GIS)中的多标准评价模块确定适宜的海洋空间。如GIMPEL等[15]将GIS和多准则评估(Multi-Criteria Evalution, MCE)技术相结合, 在德国北海专属经济区面积为9.26 km2的某风电场空间范围内, 基于GIS-MCE的有序加权平均模式, 评估了风电场与水产养殖耦合的不同空间配置情景, 通过情景分析为确定共同的场址提供决策指导。BENASSAI[16]在多标准评价方法的基础上开发了可持续性指数, 将原始数据转换为适宜性评分, 并使用加性模型将其组合, 分析丹麦的几个海上风电场中开放水域水产养殖的区域, 以确定海洋对风电场和海水养殖两种方式的总体适宜性。DI等[17]研究了位于波罗的海的丹麦部分与丹麦北海西部的海上风电场与开放水域贻贝养殖共址问题, 采用基于多准则评价技术应用特定的归一化程序计算可持续性函数得分, 优化了可持续性指数, 得到适宜的两种用海方式的共址区域。

2.2.1.2 多用途平台

多用途平台可以定义为满足多个海上工业(能源和海水养殖)需求的海上平台, 旨在利用协同效应, 并管理与这些海上工业的共同部署时产生的冲突效应[18]。国际上主要研究了多用途海上平台位置选择、结构设计和对生态环境的影响, 为开发多用途海上平台确定了所需要的环境条件。ZHENG等[19]设计了一种将深海漂浮式海上风力发电机与钢制养殖网箱集成(FOWT-SFFC)的多用途海上平台, 网箱体积为20万m3, 风力发电机的额定功率为5 MW, 并在中国南海西北部某海域进行水动力特性的研究。MUGGIASCA等[20]设计一个配备风力涡轮机的海上应用多用途平台, 采用10 MW的风力涡轮机, 以1∶15的比例设计了户外比例样机, 并在雷焦卡布里亚的自然海洋工程实验室对其风浪条件适宜性进行了评估分析。RUZZO等[21]介绍了欧盟研发的创新型浮动多用途平台的户外样机的实验结果, 基于2021年5—7月在雷焦卡布里亚自然海洋工程实验室收集的数据, 对其整体系统动力学特性进行了评估。SERPETTI等[22]建立了一个位于苏格兰西部的高分辨率时空生态空间模型, 以评估简单的多用途平台配置对周围生态系统的影响。ZANUTTIGH等[23]提出一种新的多标准方法, 从创新、开发潜力、环境影响、风险、成本5类关键指标, 评估意大利东部, 北亚得里亚海区域的海上区域最适宜多用途平台的位置。

2.2.2 决策支持

海上风电场与海水养殖融合发展过程中除了需要进行国家政策层面的评估, 也需要做出平衡不同利益相关者需求的权衡, 从而做出客观的判断与科学的决策, 以实现长期的社会经济效益和生态环境效益协调统一。决策支持方面的研究包括对不同地区的法律、政策以及海上风电场和海水养殖两个部门的管理制度分析和不同利益相关者的冲突分析。

2.2.2.1 法律、政策与管理制度分析

检索到的国际文献主要梳理了不同地区海上风电场与海水养殖融合发展的现行法律制度以及管理方式, 更好地实现海上风电与海水养殖融合发展的权衡。CHRISTIE等[24]以英国实施的欧盟法律和政策为例, 分别探讨了3个关键海洋活动(海洋保护区、近海水产养殖和渔业)与风电场共址的兼容性以及法律和环境的限制。SCHÜTZ等[25]从法律法规角度考察挪威和苏格兰的战略规划、海洋空间规划和许可制度对海上风电场和海水养殖管理。研究发现挪威和苏格兰海水养殖部门采取自下而上的管理方式, 海上风能部门则采用自上而下的管理方式, 对于海上风电场和海水养殖融合管理方式则采取平行管理的方法。BONSU等[26]系统比较了英国、瑞士、丹麦、比利时、德国、挪威和荷兰等7个国家在海上风电场和水产养殖共址管理和实践方面的差异, 对安全条例和保险、财政支持和补偿以及海上许可影响进行了评估。

2.2.2.2 利益相关者分析

利益相关者指组织外部环境中受组织决策和行动影响的任何相关者。存在不同利益相关者的海洋资源开发活动中, 需要分析其驱动利益、冲突和协同等一系列问题, 以便成功实施共同管理方法、达到项目预期目标。对于海上风电场和海水养殖活动, 利益相关者主要包括海上风电部门、水产养殖行业、国家监管机构、相关研究学者和环保机构等群体[27, 28]。一般而言, 主要利益冲突发生在海上风电开发者和水产养殖户之间, 解决两者的利益冲突、协调双方的利益是融合发展的前提和基础。MICHLER-CIELUCH等[29]通过半结构化访谈, 收集德国北海专属经济区的海上风电场工作人员和个体贻贝养殖户的意愿和其他信息, 结果显示双方均认为在实施海上风电场和水产养殖一体化前, 应首先明确工作任务和设施选址问题。SCHUPP等[5]选择德国北海专属经济区和苏格兰东海岸两个案例研究区域, 通过对不同利益相关者进行半结构化访谈, 总结海上风电场和渔业潜在多种用途的驱动因素、障碍和由此产生的影响, 包括了经济、社会、政策、法律和技术方面, 为多用途方案实施提供决策支持。

2.2.3 相互作用评估

海上风电场和海水养殖融合发展的过程中, 应该充分考虑两者之间产生的相互作用, 包括冲突/协同作用、渔业位移效应等, 以减少对生态环境、社会和经济等方面产生负面影响的可能性。

2.2.3.1 冲突/协同作用

海上风电场和海水养殖潜在的协同作用包括[30, 31]: 海洋空间资源优化、渔业资源增加、海洋经济增长、环境影响降低、基础设施共享和船舶碰撞风险降低等; 潜在冲突包括两者不兼容带来的负面环境影响、负面社会经济影响, 安全风险等。国际上多用生态、经济或社会模型进行海上风电场和水产养殖的潜在冲突/协同作用的分析和评估。MUNOZ等[32]利用通用加性模型和欧洲自然信息系统生境模型, 建立了欧洲鳕苗圃的空间分布模型, 发现未来海水养殖与海洋保护区以及海上风电场和海上航运之间的潜在冲突存在增加的趋势。JANSEN等[33]利用双壳贝类的空间分布模型, 列举了位于荷兰北海区域的双壳贝类水产养殖与其他海洋近海活动(风电场、商业捕鱼和海洋保护区)在技术、经济、生态和政策方面的潜在风险和协同效应。QU等[34]建立了一个可计算一般均衡(Computable General Equilibrium, CGE)模型, 将自然资本和生态系统服务纳入建模框架中, 分析海上风电场与海洋渔业之间潜在的冲突和协同作用。

2.2.3.2 渔业位移效应

海上风电开发会限制风电场区域的商业捕捞活动, 渔民为应对新的管理措施而可能发生的捕捞行为和模式的变化, 即渔业位移效应[35-36]。渔业位移效应可能会影响不同物种空间重叠导致的生物量变化、对其他海洋空间造成了不同程度的捕捞压力以及渔业从事者的收入和成本变化。CAMPBELL等[37]利用2005—2008年的某船舶检测系统数据评估渔业位移效应对英吉利海峡西部及其周围的渔业活动的影响, 为海洋空间管理决策提供参考。研究发现如果位于北海的德国专属经济区的海上风电场区域禁止捕鱼活时, 国际刺网捕捞渔业可能会损失50%的渔获量[38]。STROMP等[39]采用空间显式渔业经济模拟器模拟渔业位移效应, 研究大西洋蛤与圆蛤不同程度空间重叠对大西洋蛤的影响。同时发现在海上风电场运营后, 渔获量增加, 但渔业从事者的收入减少和成本增加。WILLIS-NORTON等[40]整合了定性和定量指标, 用于评估渔业位移效应和被捕捞生物量变化对从事渔业群体的影响。

2.2.4 可行性分析和综合评估

可行性分析包括生态环境、社会、经济和技术4个方面的综合评估。主要分析方法有SWOT分析法和成本效益分析法等。SCHUPP[31]利用SWOT分析法, 结合关键利益相关者意见, 发现从社会层面来看, 海上风电场和海水养殖结合的优势和机会超过了劣势和危险, 但从行业层面发现, 海上风电场和海水养殖结合充满了劣势和威胁。HUANG等[41]根据成本效益分析法, 评估了台湾彰化海上风电场网箱养殖的经济可行性。BAS等[42]计划对海上风电场和水产养殖的多用途结合进行环境影响评估, 主要方式为将环境影响如二氧化碳排放货币化, 进行初步的财务和影响评估, 其次针对利益相关者、政策和制度框架进行社会影响评估。SÖDERQVIST等[43]以位于北海的荷兰专属经济区某海上风电场引入海水养殖的案例, 分析两者在政策、经济、社会和技术方面的潜在冲突, 并结合财务及经济评估、二氧化碳排放货币化成本效益分析, 发现在财政和社会经济上多用途方案是存在可行性的, 但在目前的技术和经济条件下可能不可行。为研究北海道格沙滩跨国海洋空间管理的生态、经济和社会利益、成本以及权衡, BURDON等[44]开发了一个未来情景评估模型用于未来管理决策。并综合自然科学和社会科学, 确定了4种主要评估类型: (1)环境政策和治理评估; (2)生态系统服务、指标和估值; (3)管理评估的建模工具; (4)风险评估和风险管理。

2.3 研究前沿

目前, 国际文献对海上风电场与海水养殖融合发展研究前沿在不同方向均有侧重。通过对2021—2024年高频共被引文献的施引文献进行分析发现, 海洋空间规划、相互作用评估和决策支持等主题是国际上海上风电场与海水养殖融合发展的研究前沿(表 4)。海洋空间规划主要研究海上风电场与海水养殖在空间上的融合的可行性、筛选目标物种并探究与海上风电场共址的条件及基于目标物种与海上风电场时空重叠对生态效益、社会效益和经济效益的影响。相互作用评估主要研究海上风电场与渔业的相互作用经济影响评估及基于自然资本和生态系统服务框架下对生态环境、社会和经济之间的相互作用评估。决策支持方面, 充分考虑利益相关者的利益协调和冲突, 通过收集利益相关者意见, 继而进行分析和评估, 确定不同利益相关者对海上风电场与海水养殖融合发展的态度。

表 4 基于2021—2024年高频共被引文献的施引文献分析的研究前沿 Tab. 4 Research front based on citing reference analysis from 2021 to 2024
研究领域 研究前沿 具体内容
海洋空间规划 多用途之间空间融合的可行性分析 运用多准则决策模型, 从空间角度分析海上风电场与水产养殖多用途组合的可行性[45-47]
共址可行性分析 探究可以与海上风电场共存的具体物种, 如棕蟹、双壳类物种; 对海上风电场与水产养殖等其他海洋活动共址进行综述 [48-51]
时空重叠分析 基于海上风电场与大西洋蛤、龙虾等渔业的时空重叠分析, 进行生态、社会和经济的影响评估[39, 52-55]
相互作用评估 海上风电场和渔业相互作用的经济领域评估 评估海上与风电场与渔业相互作用有关的经济效益问题; 利用CGE模型, 对海上风电场与渔业之间的社会和经济相互作用进行全面评估[56-57]
自然资本和生态系统服务评估方法 在自然资本和生态系统服务的评估框架下, 评估海上风电与渔业发展在生态环境效益、社会和经济效益方面的相互作用 [35, 58, 59]
决策支持 利益相关者价值观 收集渔民等利益相关者意见, 确定影响融合发展的因素、障碍和由此产生的影响[60-62]
3 结论与展望

本文借助CiteSpace工具进行知识图谱分析, 科学计量分析了海上风电场和海水养殖融合发展的研究主体、研究热点及研究前沿等方面问题, 结果表明: 海上风电场和海水养殖融合发展研究主体主要为德国、美国、英格兰等国家和地区, 北海区域开展了大量的案例研究; 研究热点主要集中在海洋空间规划、决策支持、相互作用、可行性分析和综合评估等4个方面, 涵盖了共址问题、综合管理体系、利益相关者调查、海上风电场与水产养殖潜在的冲突/协同作用、渔业位移效应以及生态环境/社会/经济/技术影响评估等内容; 研究前沿与研究热点较为一致, 主要包括: 从空间角度考虑海上风电场与水产养殖的共存可行性以及目标物种与海上风电场建设和运营的相容性; 运用自然资本和生态系统服务评估模型和CGE模型等, 进行海上风电场与渔业相互作用影响评估; 利益相关者分析, 确定渔民等利益相关者对海上风电场和海水养殖融合发展的态度, 为共址和融合发展规划和决策提供支持。

能源转型、人类对渔业资源需求的增加以及日渐拥挤的近海海洋空间, 学者和管理部门越来越重视海上风电场与海水养殖融合发展的研究和管理, 研究内容涵盖生态、经济、社会、政策和技术等多方面。但是目前对于海上风电场和海水养殖融合发展研究仍然存在不少问题。首先, 目前海上风电场与海水养殖共址的研究区域主要为现有的海上风电场, 在此区域内选择适宜进行水产养殖的区域。缺少同时考虑海上风电场和水产养殖选址的理论和实践, 进行共同选址的适宜性评价。其次, 海上风电场和海水养殖的生态环境、经济和社会影响评估主要为建设之前的评估, 缺少运营和维护阶段的生态环境、经济和社会影响的过程评估和后评估。第三, 由于各国海洋资源管理制度的差异, 目前仍缺少一套具有普遍适用性的海上风电场和海水养殖的综合管理框架和相应的管理模式。

针对以上结论与讨论, 为促进中国海上风电场与海水养殖的融合发展, 提出如下研究工作的展望: 及时掌握国际海上风电场与海水养殖融合发展研究的动态与发展趋势, 在共址研究与运营和维护阶段相互作用的过程评估和后评估方面开始深入研究, 不断提升中国在该领域的研究水平; 从利益相关者分析出发, 研究海上风电场与海水养殖的综合管理体系框架, 出台相应的管理政策, 优化用海空间, 不断提升海上风电与海水养殖的融合发展水平。

参考文献
[1]
莫爵亭, 宋国炜, 宋烺. 广东阳江"海上风电+海洋牧场"生态发展可行性初探[J]. 南方能源建设, 2020, 7(2): 122-126.
MO Jueting, SONG Guowei, SONG Lang. Preliminary discussion on the ecological development feasibility of "OffshoreWind Power + Ocean Ranch" in Yangjiang, Guangdong[J]. Southern Energy Construction, 2020, 7(2): 122-126.
[2]
BERKENHAGEN J, DORING R, FOCK H O, et al. Decision bias in marine spatial planning of offshore wind farms: Problems of singular versus cumulative assessments of economic impacts on fisheries[J]. Marine Policy, 2010, 34(3): 733-736. DOI:10.1016/j.marpol.2009.12.004
[3]
HAASE S, VON DORRIEN C, KALJUSTE O, et al. The rapid expansion of offshore wind farms challenges the reliability of ICES-coordinated fish surveys—insights from the Baltic Sea[J]. ICES Journal of Marine Science, 2023, 80(6): 1-8.
[4]
BURG V D, ROCKMANN C, BANACH J L, et al. Governing risks of multi-use: Seaweed aquaculture at offshore wind farms[J]. Frontiers in Marine Science, 2020, 7(1): 60.
[5]
SCHUPP M F, KAFAS A, BUCK B H, et al. Fishing within offshore wind farms in the North Sea: Stakeholder perspectives for multi-use from Scotland and Germany[J]. Journal of Environmental Management, 2021, 279(1): 111762.
[6]
MORRO B, DAVIDSON K, ADAMS T P, et al. Offshore aquaculture of finfish: Big expectations at sea[J]. Reviews in Aquaculture, 2022, 14(2): 791-815. DOI:10.1111/raq.12625
[7]
HOLM P, BUCK B H. Introduction: new approaches to sustainable offshore food production and the development of offshore platforms[M]// BUCK B H, LANGAN R. Aquaculture perspective of multi-use sites in the open ocean[M]. Switzerland: Springer, 2017: 1-20.
[8]
张洪, 孙雨茜, 司家慧. 基于知识图谱法的国际生态旅游研究分析[J]. 自然资源学报, 2017, 32(2): 342-352.
ZHANG Hong, SUN Yuqian, SI Jiahui. Analyses of international ecological tourism research based on domain knowledge mapping[J]. Journal of Natural Resources, 2017, 32(2): 342-352.
[9]
黄嘉纯, 林丹. 基于CiteSpace的国外湾区治理研究知识图谱分析[J]. 生态科学, 2023, 42(5): 133-144.
HUANG Jiachun, LIN Dan. Knowledge mapping of international research on bay-area governance based on CiteSpace[J]. Ecological Science, 2023, 42(5): 133-144.
[10]
李运景, 侯汉清, 裴新涌. 引文编年可视化软件HistCite介绍与评价[J]. 图书情报工作, 2006, 50(12): 135-138.
LI Yunjing, HOU Hanqing, PEI Xinyong. Introduction and evaluation to HistCite—a citation historiography visualization software[J]. Library and Information Service, 2006, 50(12): 135-138.
[11]
宋秀芳, 迟培娟. Vosviewer与Citespace应用比较研究[J]. 情报科学, 2016, 34(7): 108-112, 146.
SONG Xiufang, CHI Peijuan. Comparative study of the data analysis results by Vosviewer and Citespace[J]. Information Science, 2016, 34(7): 108-112, 146.
[12]
陈悦, 陈超美, 刘则渊, 等. CiteSpace知识图谱的方法论功能[J]. 科学学研究, 2015, 33(2): 242-253.
CHEN Yue, CHEN Chaomei, LIU Zeyuan, et al. The methodology function of CiteSpace mapping knowledge domains[J]. Studies in Science of Science, 2015, 33(2): 242-253.
[13]
杨红生, 茹小尚, 张立斌, 等. 海洋牧场与海上风电融合发展: 理念与展望[J]. 中国科学院院刊, 2019, 34(6): 700-707.
YANG Hongsheng, RU Xiaoshang, ZHANG Libin, et al. Industrial convergence of marine ranching and offshore wind power: concept and prospect[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2019, 34(6): 700-707.
[14]
狄乾斌, 韩旭. 国土空间规划视角下海洋空间规划研究综述与展望[J]. 中国海洋大学学报(社会科学版), 2019(5): 59-68.
DI Qianbin, HAN Xu. Review and prospects of marine spatitial planning research in China from the perspective of territorial spatial planning[J]. Journal of Ocean University of China(Social Sciences), 2019(5): 59-68.
[15]
GIMPEL A, STELZENMÜLLER V, GROTE B, et al. A GIS modelling framework to evaluate marine spatial planning scenarios: Co-location of offshore wind farms and aquaculture in the German EEZ[J]. Marine Policy, 2015, 55(1): 102-115.
[16]
BENASSAI G. A sustainability index for offshore wind farms and open water aquaculture[J]. Wit Transactions on Ecology & the Environment, 2011, 149(1): 3-14.
[17]
DI TULLIO G R, MARIANI P, BENASSAI G, et al. Sustainable use of marine resources through offshore wind and mussel farm co-location[J]. Ecological Modelling, 2018, 367(1): 34-41.
[18]
ABHINAV K A, COLLU M, BENJAMINS S, et al. Offshore multi-purpose platforms for a blue growth: A technological, environmental and socio-economic review[J]. Science of The Total Environment, 2020, 743(1): 138256.
[19]
ZHENG X, LEI Y. Stochastic Response analysis for a floating offshore wind turbine integrated with a steel fish farming cage[J]. Applied Sciences, 2018, 8(8): 1229.
[20]
MUGGIASCA S, TARUFFI F, FONTANELLA A, et al. Design of an aeroelastic physical model of the DTU 10MW wind turbine for a floating offshore multipurpose platform prototype[J]. Ocean Engineering, 2021, 239(1): 109837.
[21]
RUZZO C, MALARA G, COLLU M, et al. Field experiment on a scaled prototype of a floating multi-purpose offshore platform: Dynamic response determination with uncertainty quantification[J]. Applied Ocean Research, 2022, 129(1): 103402.
[22]
SERPETTI N, BENJAMINS S, BRAIN S, et al. Modeling small scale impacts of multi-purpose platforms: An ecosystem approach[J]. Frontiers in Marine Science, 2021, 8(1): 694013.
[23]
ZANUTTIGH B, ANGELELLI E, BELLOTTI G, et al. Boosting blue growth in a mild sea: Analysis of the synergies produced by a multi-purpose offshore installation in the Northern Adriatic, Italy[J]. Sustainability, 2015, 7(6): 6804-6853.
[24]
CHRISTIE N, SMYTH K, BARNES R, et al. Co-location of activities and designations: A means of solving or creating problems in marine spatial planning?[J]. Marine Policy, 2014, 43(1): 254-261.
[25]
SCHÜTZ S E, SLATER A M. From strategic marine planning to project licences – Striking a balance between predictability and adaptability in the management of aquaculture and offshore wind farms[J]. Marine Policy, 2019, 110(1): 103556.
[26]
BONSU P O, LETSCHERT J, BERKENHAGEN J, et al. Co-location of fisheries and offshore wind farms: Current practices and enabling conditions in the North Sea[J]. Marine Policy, 2024, 159(1): 105941.
[27]
BUCK B H, KRAUSE G, ROSENTHAL H. Extensive open ocean aquaculture development within wind farms in Germany: the prospect of offshore co-management and legal constraints[J]. Ocean & Coastal Management, 2004, 47(3/4): 95-122.
[28]
SOMA K, VAN DEN BURG SWK, SELNES T, et al. Assessing social innovation across offshore sectors in the Dutch North Sea[J]. Ocean & Coastal Management, 2019, 167(1): 42-51.
[29]
MICHLER-CIELUCH T, KRAUSE G. Perceived concerns and possible management strategies for governing 'wind farm - mariculture integration'[J]. Marine Policy, 2008, 32(6): 1013-1022.
[30]
BONNEVIE I M, HANSEN H S, SCHRØDER L. Assessing use-use interactions at sea: A theoretical framework for spatial decision support tools facilitating co-location in maritime spatial planning[J]. Marine Policy, 2019, 106(1): 103533.
[31]
SCHUPP M F, KRAUSE G, ONYANGO V, et al. Dissecting the offshore wind and mariculture multi-use discourse: a new approach using targeted SWOT analysis[J]. Maritime Studies, 2021, 20(2): 127-140.
[32]
MUNOZ M, REUL A, GIL DE SOLA L, et al. A spatial risk approach towards integrated marine spatial planning: A case study on European hake nursery areas in the North Alboran Sea[J]. Marine Environmental Research, 2018, 142(1): 190-207.
[33]
JANSEN H M, BURG S V D, BOLMAN B, et al. The feasibility of offshore aquaculture and its potential for multi-use in the North Sea[J]. Aquaculture International, 2016, 24(3): 735-756.
[34]
QU Y, HOOPER T, AUSTEN M C, et al. Development of a computable general equilibrium model based on integrated macroeconomic framework for ocean multi- use between offshore wind farms and fishing activities in Scotland[J]. Applied Energy, 2023, 332(1): 120529.
[35]
GILL A B, DEGRAER S, LIPSKY A, et al. Setting the context for offshore wind development effects on fish and fisheries[J]. Oceanography, 2020, 33(4): 118-127.
[36]
VAUGHAN D. Fishing effort displacement and the consequences of implementing Marine Protected Area management - An English perspective[J]. Marine Policy, 2017, 84(1): 228-234.
[37]
CAMPBELL M S, STEHFEST K M, VOTIER S C, et al. Mapping fisheries for marine spatial planning: Gear-specific vessel monitoring system (VMS), marine conservation and offshore renewable energy[J]. Marine Policy, 2014, 45(1): 293-300.
[38]
STELZENMÜLLER V, DIEKMANN R, BASTARDIE F, et al. Co-location of passive gear fisheries in offshore wind farms in the German EEZ of the North Sea: A first socio-economic scoping[J]. Journal of Environmental Management, 2016, 183(3): 794-805.
[39]
STROMP S, SCHELD A M, KLINCK J M, et al. Interactive effects of climate change-induced range shifts and wind energy development on future economic conditions of the Atlantic surfclam fishery[J]. Marine and Coastal Fishery, 2023, 15(2): e10232.
[40]
WILLIS-NORTON E, MANGIN T, SCHROEDER D M, et al. A synthesis of socioeconomic and sociocultural indicators for assessing the impacts of offshore renewable energy on fishery participants and fishing communities[J]. Marine Policy, 2024, 161(1): 106013.
[41]
HUANG C T, AFERO F, HUNG C W, et al. Economic feasibility assessment of cage aquaculture in offshore wind power generation areas in Changhua County, Taiwan[J]. Aquaculture, 2022, 548(1): 737611.
[42]
BAS B, ELGINOZ N, GIANNAKIS E, et al. Socio- economic analysis of a selected multi-use offshore site in the Baltic Sea[M]//KOUNDOURI P. The ocean of tomorrow. Switzerland: Springer, 2017: 27-42.
[43]
SÖDERQVIST T, BAS B, BEL M D, et al. Socio- economic analysis of a selected multi-use offshore site in the North Sea[M]//KOUNDOURI P. The ocean of tomorrow. Switzerland: Springer, 2017: 43-67.
[44]
BURDON D, BOYES S J, ELLIOTT M, et al. Integrating natural and social sciences to manage sustainably vectors of change in the marine environment: Dogger Bank transnational case study[J]. Estuarine Coastal & Shelf Science, 2018, 201(1): 234-247.
[45]
GUSATU L F, ZUIDEMA C, FAAIJ A P C. A multi- criteria analysis framework for conflict resolution in the case of offshore wind farm sitting: A study of England and the Netherlands offshore space[J]. Frontiers in Marine Science, 2022, 9(1): 959375.
[46]
WEISS C V C, BONETTI J, SCHERER M E G, et al. Towards blue growth: Multi-use possibilities for the development of emerging sectors in the Brazilian sea[J]. Ocean & Coastal Management, 2023, 243(1): 106764.
[47]
SONG Z, CHAPMAN P, TAO J, et al. Mapping the unheard: Analyzing tradeoffs between fisheries and offshore wind farms using multicriteria decision analysis[J]. Annals of the American Association of Geographers, 2024, 114(3): 536-554.
[48]
STELZENMÜLLER V, GIMPEL A, HASLOB H, et al. Sustainable co-location solutions for offshore wind farms and fisheries need to account for socio-ecological trade- offs[J]. Science of The Total Environment, 2021, 776(1): 145918.
[49]
RENDLE E J, HUNT E L, BICKNELL A W J. A three-step approach for co-locating nature-based solutions within offshore wind farms[J]. Frontiers in Ecology and Evolution, 2023, 11(1): 690382.
[50]
MAAR M, HOLBACH A, BODERSKOV T, et al. Multi-use of offshore wind farms with low-trophic aquaculture can help achieve global sustainability goals[J]. Communications Earth & Environment, 2023, 4(1): 447.
[51]
PARDO J C F, AUNE M, HARMAN C, et al. A synthesis review of nature positive approaches and coexistence in the offshore wind industry[J]. ICES Journal of Marine Science, 2023, 81(10): 1-17.
[52]
STELZENMÜLLER V, LETSCHERT J, GIMPEL A, et al. From plate to plug: The impact of offshore renewables on European fisheries and the role of marine spatial planning[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2022, 158(1): 112108.
[53]
ROACH M, REVILL A, JOHNSON M J. Co-existence in practice: a collaborative study of the effects of the Westermost Rough offshore wind development on the size distribution and catch rates of a commercially important lobster (Homarus gammarus) population[J]. ICES Journal of Marine Science, 2022, 79(4): 1175-1186.
[54]
SCHELD A M, JENNIFER B, MUNROE D M, et al. The Atlantic surfclam fishery and offshore wind energy development: 2. Assessing economic impacts[J]. ICES Journal of Marine Science, 2022, 79(6): 1801-1814.
[55]
ALLEN-JACOBSON L M, JONES A W, MERCER A J, et al. Evaluating potential impacts of offshore wind development on fishing operations by comparing fine- and coarse-scale fishery-dependent data[J]. Marine and Coastal Fishery, 2023, 15(1): e10233.
[56]
CHAJI M, WERNER S. Economic impacts of offshore wind farms on fishing industries: Perspectives, methods, and knowledge gaps[J]. Marine and Coastal Fisheries, 2023, 15(3): e10237.
[57]
QU Y, SWALES J K, HOOPER T, et al. Economic trade-offs in marine resource use between offshore wind farms and fisheries in Scottish waters[J]. Energy Economics, 2023, 125(1): 106811.
[58]
TRIFONOVA N, SCOTT B, GRIFFIN R, et al. An ecosystem-based natural capital evaluation framework that combines environmental and socio-economic implications of offshore renewable energy developments[J]. Progress in Energy, 2022, 4(3): 032005.
[59]
CAUSON P, JUDE S, GILL A, et al. Critical evaluation of ecosystem changes from an offshore wind farm: producing natural capital asset and risk registers[J]. Environmental Science & Policy, 2022, 136(1): 772-785.
[60]
LIAO V T C.. Marine spatial planning identifies solutions for offshore wind farms at fishery and environment in Taiwan territorial waters[J]. Energy & Environment, 2023, 34(5): 0958305X231194720.
[61]
LIN C C, LEE H C, HSU T W, et al. Offshore wind energy and fisheries: Sustainable development goals, enterprise practices, and fishermen's perspectives[J]. Sustainable Development, 2024, 32(5): 5224-5239.
[62]
WITHOUCK I, TETT P, DORAN J. Diving into a just transition: How are fisheries considered during the emergence of renewable energy production in Scottish waters?[J]. Energy Research and Social Science, 2023, 101(1): 103135.