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2023 , Vol. 78 >Issue 2: 386 - 402

DOI: https://doi.org/10.11821/dlxb202302008

国家创新体系与科技全球化

全球海底光缆网络空间格局与战略支点及通道的识别

  • 谢永顺 , 1, 2 ,
  • 王成金 , 1, 2
展开
  • 1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101
  • 2.中国科学院大学资源与环境学院，北京 100049
王成金(1975-), 男, 山东沂水人, 博士, 研究员, 主要从事交通地理与区域发展研究。E-mail:

谢永顺(1994-), 男, 河北石家庄人, 博士, 主要从事交通地理与区域发展研究。E-mail:

收稿日期: 2021-10-15

  修回日期: 2022-07-17

  网络出版日期: 2023-02-16

基金资助

国家自然科学基金项目(42071151)

中国科学院战略性先导科技专项(XDA20010101)

收起

Spatial pattern of global submarine cable network and identification of strategic pivot and strategic channel

  • XIE Yongshun , 1, 2 ,
  • WANG Chengjin , 1, 2
Expand
  • 1. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
  • 2. College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received date: 2021-10-15

  Revised date: 2022-07-17

  Online published: 2023-02-16

Supported by

National Natural Science Foundation of China(42071151)

Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDA20010101)

Fold

摘要

海底光缆作为大型连通性基础设施，在国际电信、社会经济乃至国防安全等领域发挥着至关重要的作用，但当前对全球海底光缆网络空间格局的了解相对有限。基于此，本文对全球海底光缆的分布格局、连通格局进行分析，并对其战略支点、战略通道进行识别。结果表明：① 全球海底光缆的空间分布具有显著非均衡性，海缆线路与海上航线极为相似，登陆站点沿海岸线不均匀地集聚分布。② 全球海底光缆网络的连通格局具有显著的尺度累加效应，在微观、中观、宏观视角下连通结构分别呈链式、组团式和轴辐式。③ 全球海底光缆网络的战略支点和战略通道呈金字塔式等级结构，新加坡的战略支点地位和亚丁湾、马六甲海峡的战略通道地位最高。在此基础上可进一步划分出6个战略区域，其战略意义和安全风险各异，需要给予特别关注和警惕。

关键词： 海底光缆网络; 空间格局; 战略支点; 战略通道; 全球

本文引用格式

谢永顺 , 王成金 . 全球海底光缆网络空间格局与战略支点及通道的识别[J]. 地理学报, 2023 , 78(2) : 386 -402 . DOI: 10.11821/dlxb202302008

Abstract

As a kind of large-scale connectivity infrastructure, submarine cables play a vital role in international telecommunication, socio-economic development, and national defense and security. However, the current understanding about the spatial pattern of global submarine optical cable network is relatively limited. In this article, we analyze the spatial distribution and connectivity pattern of global submarine cables, and identify their strategic pivots and strategic channels. The main conclusions are as follows: (1) The spatial distribution of global submarine cables is significantly unbalanced, which is characterized by the facts that the distribution of submarine cable lines is similar to that of sea lanes, and the agglomerations of landing stations are distributed unevenly along the coastline. (2) The connectivity pattern of global submarine cable network has a significant scale effect. At the micro, meso and macro scales, the connectivity structure presents chain model, cluster model and hub-and-spoke model, respectively. (3) The distribution of strategic pivots and strategic channels shows a pyramidal hierarchical feature. Singapore ranks highest among all the strategic pivots, while the Gulf of Aden and the Strait of Malacca rank highest among the strategic channels. Based on the identification of strategic pivots and channels, 6 strategic regions have been divided, which face various network security risks and need special attention and vigilance.

Key words： submarine cable network; spatial pattern; strategic pivot; strategic channel; global scale

1 引言

全球海底光缆网络发轫于19世纪中期，1851年法国电报公司盎格鲁（Anglo）开设了一条穿越英吉利海峡的电报电缆，揭开了世界海底通信的序幕；1876年贝尔发明电话之后，海底电缆具备了除莫尔斯电报密码之外的语音通话功能；直至20世纪60年代光纤通信技术的问世，以及1988年世界上第一条越洋海底光缆系统（TAT-8）的建成，标志着国际通信进入了一个崭新的历史时期；21世纪以来，海底光缆组成了交错纵横的全球网络，承载了80%以上的全球通信流量和99%的洲际通信业务[1]。海底光缆凭借其容量大、通信质量高和成本低等优势，不仅完全取代了原有的同轴电缆，也迅速替代了卫星，在网络空间的底层通信方式中占据绝对主导地位。
在现代社会已经与网络空间实现深度融合的背景下，海底光缆的战略地位不仅只是体现在承载国际通信数据上，更是渗透至网络安全、金融安全、国防安全等国家安全问题的各个领域。例如，2008年埃及亚历山大港附近的2条海底光缆遭不明身份人员多处切断，影响了欧洲、中东、北非及印度地区76%的数据交换业务量；2014年俄罗斯为制裁乌克兰多次对其海底光缆系统设施进行破坏，导致相关地区的通讯服务被切断，成为“信息孤岛”。因此，亟需对全球海底光缆网络的空间格局做出全面科学的判断，以保障全球网络信息安全，并为国家或地区及时优化发展策略提供支撑。
当前，学者们围绕着海底光缆的演化发展[2-3]、空间布局[4-5]、影响机制[6-7]、网络安全[8-9]、地缘政治[10⇓-12]等方面开展了一系列研究。例如，Kathryn[4]和Saunavaara等[7]对海底光缆网络的非均衡性结构进行了不同程度的讨论，前者提出在全球范围内海底光缆网络结构具有“半集中式”（Semi-centralized）的特征，后者则认为当前全球海底光缆空间格局是一个高度集中化的结构，大多数海底光缆系统沿用一些固定的海上连接线路，并在少数地区着陆。Rauscher指出这种不可避免的高度集中给全球海底光缆网络带来极大的风险，即大量海底光缆系统的交汇处将扼守着全球的信息通信安全[13]。然而，这些研究都仅停留在简单的描述性分析或经验判断上，缺少实证分析。在参考国家或地区内部互联网骨干网络结构相关研究的基础上[14⇓⇓-17]，美国地理学家Malecki最早以登陆站点、海缆线路、带宽等关键指标初步探索了全球海底光缆网络结构[18]。遗憾的是这项研究仅聚焦于海底光缆网络的演化过程，并未深入探究其空间格局。章卓凡等通过对全球海底光缆网络的鲁棒性分析说明了信息传输安全的国际话语权由少数枢纽国家或地区所掌握[9]。但其研究仅涉及国家或地区层面，对战略支点的甄别仍需依赖更精细的研究尺度。
此外，在交通地理和信息地理等领域，学者们对海底光缆网络也进行了相应探讨。一方面，美国交通地理学家Rodrigue[19]认为海底光缆是实现不同地域间信息传输的重要载体，是后福特主义时代下的新型交通运输内容，应属于交通运输地理学范畴，也是交通运输地理学发展的新领域。而对于公路[20-21]、铁路[22⇓-24]、航运[25-26]、管道[27-28]等交通运输网络的研究已经相对成熟，国家电信骨干网络也已得到交通地理学者的重视[29⇓-31]，但是对海底光缆网络的定量分析仍极为有限。另一方面，信息地理学领域的研究十分重视互联网等基础设施。Castells在提出“流动空间”（space of flows）概念之时，就已经把整合世界电子通信网络的基础设施看作是构成“流动空间”的核心[32]。此后，巴凯斯等提出了信息港、信息优势地等概念，以此强调在全球网络服务基础上的地理学空间新形式[33]；孙中伟等探究了世界互联网信息流的空间格局，并认为基于外部层面的互联网地理研究，是揭示其空间影响理论全貌的基本途径[34-35]。尽管如此，这些研究也未曾聚焦于基础设施本身的空间格局。
综上所述，当前有关全球海底光缆网络空间格局的文献较少，且既有研究或局限于定性描述或局限于国家或地区尺度；尽管交通地理与信息地理学领域的成果能够提供横向借鉴，但海底光缆网络的实证研究仍有待补充。有鉴于此，本文以全球海底光缆为研究对象，对登陆站点与海缆线路的分布格局进行描述，构建了全球海底光缆网络，对多尺度连通格局进行分析，利用复杂网络等指标对战略支点、战略通道进行识别。基于地理学视角对全球海底光缆网络进行系统分析，本文有助于丰富交通运输网络的研究内容，揭示信息通信地理研究中的底层架构，并为国家制定信息网络安全战略、优化海缆网络布局提供科学依据。

2 研究方法及数据来源

2.1 数据处理

2.1.1 全球海底光缆网络的构建

海底光缆网络属于设施网络，与铁路网、公路网、管道网等传统交通运输设施网络相类似，由港站、线路等基础设施所构成，并在研究过程中注重关键的设施节点与通道。因此，海底光缆网络的构建是本文研究的核心内容（图1）。① 构建全球海底光缆系统数据库。研究数据来源于TeleGeography公司，包括海缆名称、容量、长度、登陆站点、建成时间等属性。以2020年底前建成且正在服役为标准，最终筛选得出469个的海底光缆系统作为本文研究样本。② 提取单条海底光缆系统。由于每条海底光缆系统都可以看作是一个网络，海底光缆系统之间通过相同登陆节点实现网络的衔接，因此，对单条海底光缆系统的提取至关重要。③ 对全部单条海底光缆系统进行整合，构建全部海缆联系矩阵（A）。④ 根据不同尺度的需求，构建全球海底光缆网络。其中，E表示网络中的边，V表示网络中的节点，在微观、中观、宏观3个尺度下，节点分别为信息港（P）、国家或地区（C）、区域（R）。
图1 全球海底光缆网络的构建框架

Fig. 1 Construction framework of global submarine cable network

需要说明的是，海底光缆网络是大型的连通性基础设施网络，以登陆站点为门户，以国家或地区为服务单元。然而，登陆站点分布十分紧密且繁杂，例如在部分城市或较小的行政单元内可能存在多处登陆站点，这种情况对网络分析造成了极大的困难。为了便于统计与分析，本文借鉴信息港的概念[33]，将部分繁杂的登陆站点整合为一个信息港。简化方案均在同一海区内实施，不影响其他分析结果。最终整合为350个信息港，以此作为网络分析的最小节点。这些信息港的命名以所属城市为主，以次级行政单元为辅，并综合考虑海岛单元、小面积单元和复杂单元的国家或地区名称。

2.1.2 海域及海上通道的划分

海底光缆线路铺设于海底，为刻画其在全球海域上的空间格局，以及准确识别具体海域在全球海底光缆网络中的重要程度与战略地位，需要对全球海域以及海上通道进行划分。本文参照国际水文组织（International Hydrographic Organisation, IHO），结合海底光缆铺设涉路径与海洋地理，将全球海洋划分为若干个海域或海上通道（图2）。
图2 全球海域划分

Fig. 2 Division of global marine areas

2.1.3 陆地的地理区域划分

海底光缆的登陆点虽然设立在沿海的陆地上，但服务于整个国家或地区。若从宏观尺度进行分析，需将陆地划分为更大的区域。以五大洲为区域划分框架往往过于粗犷，容易忽略各大洲的内部差异。本文以宏观地理区域和地理亚区为基础（联合国地理区划列表），结合海底光缆线路连接地区，综合考虑区域的整体性，参考SIS International Research的划分依据，将世界各国和地区划分为12个大区，分别为东亚、北美、欧洲、北非、南美、大洋洲、中部美洲、北亚地区、加勒比群岛、撒哈拉以南非洲、西亚与中亚、南亚与东南亚。

2.2 研究方法

2.2.1 连通性分析

连通性是交通运输网络评价的重要指标，对海底光缆网络进行连通性评价，能够有效地反映信息网络的连通格局。节点间的海缆联系数量与海缆联系容量是反映连通性的主要依据，据此构建海底光缆网络连通性计算模型：
c i j = a ∑ l n C a p a c i t y i j
C i = ∑ i = 1 n - 1 c i j
式中：cij为任意两节点间的连通性；Ci为节点i连通性指数；Capacityij代表节点i和节点j之间的海底光缆系统容量；α为增长系数，这里参考Xie等[8]对于海底光缆系统容量增长的凯特定律拟合方程，设置为α = 6.2。

2.2.2 战略支点识别

复杂网络的中心性指标能够有效反映节点在网络中的重要程度。在全球海底光缆网络中，度中心性、邻近中心性和中介中心性可分别反映全球海底光缆网络各节点的直接可达性、相对可达性以及中转、衔接功能。但这3种中心性都仅从单一角度体现节点的重要程度，不尽全面。因此，本文综合3种中心性的特征，采用系统中心性方法来识别全球海底光缆网络的战略支点。公式如下：
S C = ( 0.5 × D C + 0.5 × C C ) × ( 1 + B C )
D C i = k i / ( n - 1 )                                        
C C i = [ ∑ j = 1 , j ≠ i n l i j / n - 1 ] - 1
B C i = 2 n 2 - 3 n + 2 ∑ p = 1 , q ≠ i n ∑ q ≠ i n δ q p i δ p q
式中：SC为系统中心性；DC、CC和BC分别代表度中心性、邻近中心性以及中介中心性；ki为节点i的度值；n为网络中所有节点数；lij代表节点i和节点j的最短路径的边数；δpq代表从节点p到节点q的最短路径lpq的总条数； δ p q i则为经过节点i的路径数。

2.2.3 战略通道识别

通过仿真模拟各海域受阻情况下的海底光缆网络变化，能够对各海域的重要程度进行有效检验。具体而言，在仿真过程中分别对每个海域进行攻击，攻击时，海域内所通过的海底光缆线路进行断裂处理，孤立的节点进行剔除，从而形成一个新的受攻击状态下的全球海底光缆网络，基于此，对网络的各特征值进行计算，并与网络正常情况下的特征值进行比较，从而识别各海域的重要程度，并筛选得出战略通道。
本文选取了4个主流的复杂网络指标来量化仿真前后的全球海底光缆网络特征值变化，分别为网络的平均路径长度L，网络效率E，平均度D以及孤立节点比例ΔN。计算公式如下：
L = 2 n ( n - 1 ) ∑ i > j l i j  
E = 1 N ( N - 1 ) ∑ i = 1 N ∑ j = 1 N 1 / d i j           ( i ≠ j )
D = 1 N ∑ i = 1 N D i                  
Δ N = 1 - N ' N × 100 %
式中：N和N'分别代表网络断裂前后的节点总数。

3 实证分析

3.1 全球海底光缆网络分布格局

3.1.1 登陆站点的空间分布

利用点密度分析工具探究全球海底光缆登陆站点的空间分布特征（图3）。整体而言，登陆站点的分布在全球范围内具有显著的非均衡性，这种空间差异既体现在沿海与内陆的二元关系之间，也反映在不同地理条件的沿海陆地。具体而言，西北欧、波斯湾、马来群岛、美国东北部以及加勒比群岛地区是海底光缆登陆站点分布最密集的地区，在空间上形成若干个团状集聚区；中国东南沿海、地中海沿岸、北美西海岸、非洲大陆和南美大陆沿岸是次密集地区，海缆登陆站点沿着这些区域呈带状延伸分布；非洲、大洋洲以及南美洲沿岸的密度均较低，南半球地区的登陆站点分布明显少于北半球；但北极圈沿岸密度极低，是唯一罕有登陆站点分布的沿海地区。
图3 2020年全球海底光缆登陆站点密度分布

注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号为GS(2016)1665号的标准地图制作，底图边界无修改。

Fig. 3 Density distribution of landing stations in 2020

从各国家或地区的分布情况来看，登陆站点数量最多的两个国家分别为美国（72个）和英国（40个），远多于其他国家或地区；其次为菲律宾、印度尼西亚、日本以及西班牙，数量均超过20个；瑞典、丹麦等均超过15个。大多数国家或地区的登陆站点数量较少，其中3个以内的国家或地区占全部的56.82%，10个以内的占85.8%。可见，海底光缆登陆站点在国家或地区层面上的分布差异十分显著。
从各区域的分布情况来看，欧洲（245个）的登陆站点数量最多，超过第二、三名之和，约占全球的1/4；南亚与东南亚、北美次之，数量均超过100个；但这些总量高的区域的标准差也较高，均超过全球平均水平。这说明登陆站点的空间分布在区域尺度上存在显著的区际与区内差异。
综合以上分析结果，全球海底光缆登陆站点的空间分布具有显著的非均衡性。导致空间分布差异的原因主要有两点：① 受岛屿分布特征的影响，岛屿繁杂且稠密的地区往往登陆站点多，例如马来群岛地区和加勒比地区；② 受服务主体岸线的影响，海岸线绵长的国家或地区登陆站点分布一般较为稀疏，例如澳大利亚和印度；由多个短岸线国家或地区聚集的区域登陆站点的分布则较为密集，例如欧洲。而导致国家或区域数量差异的原因和社会经济发展也具有很大关系，尤其是数字经济水平，例如美国和英国，以及数字经济领先且由信息部门所主导的瑞典和丹麦[36]，他们都具有众多海底光缆登陆站点。

3.1.2 海缆线路的空间分布

利用线密度分析工具探究全球海底光缆线路分布的紧密程度（图4）。整体而言，海缆线路在全球海域上的分布具有显著的差异，分布密集的海域相互串联并构成若干条廊道。最密集的廊道有两条，一是由马六甲海峡—新加坡海峡—中国南海—中国东海—菲律宾海北部组成的廊道，二是由阿拉伯海—亚丁湾—红海—苏伊士湾—地中海组成的廊道；跨北太平洋、跨北大西洋和跨印度洋是3条次密集的东西向廊道，这5条主要廊道首尾相连构成围绕全球的一个闭环；其他海缆线路主要围绕非洲、南美洲和大洋洲分布，但紧密程度普遍较低；此外，值得提及的是夏威夷群岛和关岛附近的海域成为太平洋上两处线路密集的地区。
图4 2020年全球海底光缆线路的密度分布

注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号为GS(2016)1665号的标准地图制作，底图边界无修改。

Fig. 4 Density distribution of global submarine cables in 2020

如上文所述，可以发现海缆线路的空间分布与全球海上航运线路极为相似。这种现象是由多种原因造成的。一方面，无论是作为设施网络的海缆，还是组织网络的航运，恒定的海洋地理格局令线路的空间选择极为有限，少数关键的航道成为必经之地。例如，2000多年以来马六甲海峡始终是连接太平洋和印度洋的主要航道。另一方面，海缆线路的增加不仅会提高建设成本，还会影响传输效率，这决定了海缆线路的首选应是海上最短路线，与航运线路的选择也相似。例如，连接欧洲和亚洲的海底光缆并未经过好望角环绕整个非洲大陆，而是直接穿过亚丁湾、苏伊士运河以及直布罗陀海峡等。此外，北极航道的开通也可以证实这一结论，它不仅为航运公司提供了新的选择，也为海底光缆的建设提供了新的思路[7]。
诚然，在海底光缆的建设过程中，登陆站点和海缆线路的布局还受到地形地貌、气象水文、地质灾害、工程开发、军事用途等种种因素的限制[37]。但这些客观因素主要对施工方案与具体选址产生影响，难以左右全球视角下的海底光缆网络分布格局。

3.2 全球海底光缆网络连通格局

3.2.1 微观尺度：信息港

根据连通性计算公式求得任意两信息港间的连通性（图5）。整体而言，信息港间的连通格局呈“链式”结构，这种现象在高连通性的信息港之间尤其显著：沿亚欧大陆南部海岸带，东北—西南走向的高连通性信息港联系有新加坡—中国香港、新加坡—千叶、中国香港—千叶、宋卡—中国香港等，西北—东南走向的有新加坡—泰米尔纳德邦、沙敦—孟买、孟买—富查伊拉、卡拉奇—扎法拉纳等；沿非洲大陆东部海岸带，有扎法拉纳—吉布提市、吉布提市—蒙巴萨、摩加迪休—吉布提市、夸祖鲁—纳塔尔—蒙巴萨等；跨北太平洋至美国西海岸，有中国香港—加利福尼亚、千叶—俄勒冈等；这些高连通性的信息港联系呈“M”型链式结构，在空间上与海缆线路的主要铺设路径深度契合。
图5 2020年全球信息港间的海底光缆网络连通性

注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号为GS(2016)1665号的标准地图制作，底图边界无修改。

Fig. 5 The connectivity of global submarine cable network between information ports in 2020

为进一步分析信息港连通水平的个体差异，计算所有信息港的连通性指数，并按自然断裂法划分为5个等级（图6）。新加坡、吉布提市、中国香港和扎法拉纳的连通性指数最为突出，说明其连通的海底光缆系统数量多、容量大；连通性指数次高的信息港主要分布于亚欧大陆南部海岸带和撒哈拉以南非洲的沿海地区，其空间分布与前文的“M”型链式结构、海缆的主要铺设路径相匹配；欧洲、北非、南美、大洋洲等区域的信息港的连通性指数普遍较低。整体而言，微观视角下的海底光缆网络连通格局与物理设施的分布具有强关联性，进而又可以追溯到信息港的全球地理区位，这揭示了其空间差异的主要原因，即在微观尺度下，信息港的连通性水平受海底光缆的集聚性所影响，处于全球枢纽节点的信息港将连通更多的海底光缆，拥有更大的系统容量。这也解释了尽管美国作为信息通信大国，但在微观尺度上地位并不突出的原因：横跨北美洲大陆的美国分别通过东、西两岸参与跨大西洋、跨太平洋的海底光缆系统，两个方向的连通对象也截然不同，这造成海底光缆的集聚性在微观视角下被一分为二，最终形成了东海岸的佛罗里达与西海岸的加利福尼亚两处次高等级连通性水平的信息港。
图6 2020年全球信息港的连通性指数

注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号为GS(2016)1665号的标准地图制作，底图边界无修改。

Fig. 6 The connectivity index of information ports in 2020

尽管地理区位重要性与物理设施集聚性是微观尺度下连通格局空间差异的主要因素，但从其深层次发展动因来看，信息港腹地的社会—经济—政策环境等内在因素也具有重要作用。譬如，新加坡政府早在21世纪初就提出“Infocomm 21”计划和“连结新加坡（Connected Singapore）”计划，积极将其建设为全球信息通信枢纽；中国香港作为特别行政区，不但拥有便捷的通关程序、自由的金融政策，还具备宽松的通讯限制，中国和许多周边国家或地区、地区的通讯服务都是经中国香港再转发出美洲及欧洲地区；二者在金融科技、数字经济、人工智能、区块链等科技创新领域处于全球领先地位。这些均是其连通性水平领先的内在动因。相反，虽然印度也具有十分重要的地理区位优势，是连接欧洲与东南亚的必经之地，但受印度的法律、法规以及政策的多重制约，海底光缆建设、维修的审批难度大[38]，造成部分海底光缆系统选择不在印度的信息港登陆，最终导致其信息港连通性水平较低。

3.2.2 中观尺度：国家或地区

将研究尺度上升至中观尺度，计算任意两国家或地区间的连通性（图7）。整体而言，国家或地区间的连通格局呈“组团式”结构，这种现象在较高连通性的国家或地区间尤为显著。中国、中国香港、日本、新加坡、马来西亚、泰国、印度等国家或地区之间的连通性均较高，构成亚太地区的区域组团；埃及、吉布提、南非、索马里、马达加斯加、巴基斯坦等国家或地区之间的连通性均较高，构成印度洋西岸的区域组团；美国、英国、法国、西班牙、葡萄牙等国家或地区之间的连通性均较高，构成跨北大西洋的区域组团。此外，丹麦—挪威的连通性远高于其他国家或地区，是唯一连通性属于高等级的国家对，这是受到单个超高容量海底光缆系统的数据影响所致。
图7 2020年全球国家或地区间的海底光缆网络连通性

注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号为GS(2016)1665号的标准地图制作，底图边界无修改。

Fig. 7 The connectivity of global submarine cable network between countries or regions in 2020

进一步分析国家或地区的连通性指数的差异（图8）。挪威、丹麦、埃及、南非、美国、吉布提、新加坡、泰国、中国香港等国家或地区的连通性指数为最高等级；中国、日本、菲律宾、马来西亚、印度、巴基斯坦、阿曼、英国等国家或地区的连通性指数为次高等级；俄罗斯、土耳其、以色列、黎巴嫩、阿尔及利亚、利比亚、毛利塔利亚等国家或地区的连通性指数为最低等级。整体而言，各国家或地区的连通性水平在空间上具有区际趋同的特征，即邻近区域的国家或地区往往具有相似的连通性水平，这也佐证了前文中所提及的“组团式”结构，并充分体现了国家或地区间的社会经济联系紧密程度。
图8 2020年全球国家或地区的连通性指数

注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号为GS(2016)1665号的标准地图制作，底图边界无修改。

Fig. 8 The connectivity index of countries or regions in 2020

在中观尺度下的结论既是对微观尺度分析结果的延伸，也是反转。一方面，往往信息港的连通性水平高，则其所在国家或地区的连通性水平就高。除了中国香港、新加坡之外，非洲东部各国的研究结果能够反映这个特征。另一方面，美国的连通性水平极高，但在微观视角下，其信息港的连通性水平并不突出；而例如波多黎各、科特迪瓦、加纳、尼日利亚等国家或地区的连通性水平较低，但在微观视角下，其信息港的连通性水平均处于较高等级。这种结果反差源于尺度上升过程中的“累加效应”：美国作为典型的“多信息港国家”，其领土庞大、海岸线丰富，在空间上具有众多信息港，且各信息港间分工明确，即所连通的目标地区具有显著差异。因此，当研究尺度从微观上升至中观之时，缺少高连通性指数的信息港的美国却具有极高的连通性水平。这也体现了国家或地区海权在中观尺度下的重要地位。

3.2.3 宏观尺度：区域

将研究尺度上升至宏观尺度，以区域为单位筛查各区域所涉及的海底光缆系统，并求得任意两区域间的连通性以及各区域的连通性指数（图9）。整体而言，区域间的网络连通格局呈“轴辐式”结构。欧洲、北美是最为突出的两个区域，这与其在全球范围内的社会经济发展地位相匹配，也与欧美间的紧密社会经济联系相契合。进而，以欧洲、北美为核心枢纽，分别辐射东、西半球的各个区域，构成了宏观连通格局的网络组织。在这当中，南亚与东南亚成为第三大核心极点，这与其在全球范围内的枢纽区位相吻合：西承西亚与中亚、北非、撒哈拉以南非洲等欧洲主要辐射的区域，东接东亚、大洋洲等北美辐射的区域。
图9 2020年全球区域间的连通性及其连通性指数

注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号为GS(2016)1665号的标准地图制作，底图边界无修改。

Fig. 9 The connectivity of global submarine cable network between regions and the connectivity index of regions in 2020

尺度累加效应进一步表现在宏观尺度的上升过程中：在微观、中观层面的连通性水平并不突出的欧洲，却在宏观尺度上成为了连通性指数最高的区域。这是因为欧洲各国家或地区既缺少高连通性水平的信息港，也不属于领土庞大、海岸线丰富的“多信息港国家”。然而，欧洲的海缆连通国家或地区数量众多，且这些国家或地区所连通的目标地区也具有明显偏好差异，覆盖了全球大部分区域。总而言之，通过多尺度分析得到了不尽相同的结论，这说明全球海底光缆网络连通格局具有显著的尺度累加效应。
事实上，结合中观、微观尺度的研究可以发现，美国和新加坡实则是主导北美、南亚与东南亚两个区域的核心成员。因此，可以认为欧洲、美国、新加坡是全球海底光缆网络连通格局中的3个关键枢纽，并在全球范围内两两相连，呈三角形态的网络核心连通骨架。这一结论体现了三层内涵：其一是尺度的累加效应贯穿全球海底光缆网络，弹丸之地的信息港、幅员辽阔的国家或地区、多国联盟的区域共同体均可以构成全球海缆网络的重要节点，有关通信网络的研究需要注重不同尺度的结合。其二是社会—经济—政策环境是网络连通的内在动因，欧洲和美国在这方面具备强大的优势与需求，促使其占据网络的核心地位。其三是地理区位是网络连通的外在因素，新加坡充分发挥了自身在全球海上连通路径中的区位优势，成为网络中的关键枢纽。

3.3 战略支点、战略通道的识别与网络安全风险分析

3.3.1 战略支点

通过计算筛选得出系统中心性前30位的信息港，并以自然断裂法作为划分依据，识别出4个等级的全球海底光缆网络的战略支点（图10）。不难发现，全球海底光缆网络战略支点的等级结构呈典型的金字塔式结构：一级、二级、三级和四级战略支点分别为1个、4个、8个和16个，即越为重要的信息港数量越少。
图10 全球海底光缆网络战略支点等级结构

Fig. 10 Hierarchical structure of strategic pivots of global submarine cable network

其中，新加坡的系统中心性最为突出，是战略支点地位最高的信息港，这与前文中对于分布格局和连通格局的刻画相吻合。分解到直接可达性、相对可达性和中转衔接功能3个方面，新加坡在全部信息港中分别位居第1、第3和第1位，充分说明了其在全球海底光缆网络中的重要作用。二级战略支点为开普敦、吉布提市、扎法拉纳和中国香港，这4个信息港也具有极为重要的战略地位，无论是在直接可达性、相对可达性还是中转衔接功能等方面均具有较高水平；三级、四级战略支点的数量多且覆盖范围广，尽管这些信息港对海底光缆网络的全局性影响略低于一级、二级战略支点，但其往往对区域性的网络安全具有重要的战略意义。例如，夏威夷和关岛在北太平洋中具有重要的中转衔接功能；上海、新泽西和英格兰西海岸区则分别是中国、美国和英国的重要门户，具有相对开放的区位优势。4个等级的战略支点构成了全球海底光缆网络的核心“穴位”，一旦其失效或遭受制约，全球海底光缆网络将受到全局性或区域性的影响。

3.3.2 战略通道

通过模拟各个海域受制约情形下的全球海底光缆网络特征值变化情况，筛选出平均变化率前18位的海域作为海上战略通道，并依据自然断裂法划分为4个等级（表1）。可以看出，全球海底光缆网络的战略通道也具有金字塔式的等级结构：一级、二级、三级和四级战略通道分别为2个、3个、5个和8个。
表1 全球海底光缆网络战略通道等级结构

Tab. 1 Hierarchical structure of strategic channels of global submarine cable network

战略通道等级 序号 海域名称 平均路径长度 网络效率 平均度 孤立节点比例 平均变
化率
值 变化率 值 变化率 值 变化率
一级 1 亚丁湾 4.680 0.063 0.018 0.143 6.183 0.137 0.034 0.377
2 马六甲海峡 4.887 0.110 0.019 0.095 6.391 0.108 0.051 0.365
二级 3 中国南海 4.612 0.048 0.019 0.095 6.295 0.121 0.040 0.304
4 红海 4.589 0.043 0.019 0.095 6.308 0.119 0.037 0.295
5 加勒比海 4.597 0.045 0.019 0.095 6.419 0.104 0.040 0.284
三级 6 新加坡海峡 4.830 0.097 0.019 0.095 6.608 0.078 0.040 0.263
7 阿拉伯海 4.500 0.022 0.019 0.095 6.395 0.107 0.031 0.256
8 阿曼湾 4.483 0.019 0.019 0.095 6.454 0.099 0.040 0.253
9 地中海—东部盆地 4.583 0.041 0.020 0.048 6.452 0.099 0.057 0.245
10 直布罗陀海峡 4.824 0.096 0.020 0.048 6.901 0.037 0.026 0.206
四级 11 南太平洋 4.472 0.016 0.020 0.048 6.649 0.072 0.051 0.187
12 印度洋 4.743 0.078 0.020 0.048 6.926 0.033 0.026 0.184
13 凯尔特海 4.642 0.055 0.020 0.048 6.810 0.049 0.031 0.183
14 北大西洋 4.606 0.047 0.020 0.048 6.805 0.050 0.031 0.176
15 苏伊士湾 4.557 0.035 0.020 0.048 6.706 0.064 0.029 0.175
16 北太平洋 4.589 0.043 0.020 0.048 6.845 0.044 0.026 0.160
17 南大西洋 4.577 0.040 0.020 0.048 6.869 0.041 0.029 0.157
18 菲律宾海 4.495 0.021 0.021 0.000 6.904 0.036 0.026 0.083
在仿真模拟下，亚丁湾和马六甲海峡的平均变化率最高，说明它们是战略地位最为突出的海上通道，是全球海底光缆网络的大动脉。二者分别对应了前文中海缆线路分布最密集的两条廊道，是其中最为关键的组成部分。分解到各项网络特征值可以发现，无论是对于网络的完整性、安全性，还是对于网络的运转效率而言，亚丁湾和马六甲海峡均具有极为重要战略意义。二级战略通道为中国南海、红海和加勒比海，其中中国南海和红海分别与两个一级战略通道具有紧密的空间关联和相似的战略意义，而加勒比海则作为美洲地区最重要的海上通道，扼守着南、北美之间和大西洋、太平洋之间的海缆联系，具有独立的战略重要性。三级、四级战略通道的数量多且空间覆盖范围更广，其中既有与一级、二级战略通道紧密相关的海域，例如新加坡海峡、苏伊士湾、地中海—东部盆地等；也有空间独立性和战略意义差异性强的海域，例如北太平洋、北大西洋、印度洋等。4个等级的战略通道构成了全球海底光缆网络的主要“经络”，一旦其受阻或遭受制约，将对全球海底光缆网络带来全局性或区域性的影响。

3.3.3 网络安全风险分析

综合考虑战略支点、战略通道的地理临近性、相互关联性以及战略意义的相似性，并结合海底光缆线路的铺设路径与空间分布，将全球海底光缆网络划分为6个战略区域：东南亚战略区、亚丁湾—地中海战略区、跨北太平洋战略区、跨北大西洋战略区、波斯湾战略区以及加勒比战略区。重要的战略支点与战略通道在这些区域内并存（图11）。在此基础上，本文对每个战略区的网络安全风险进行分析。
图11 全球海底光缆网络战略区域

注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号为GS(2016)1665号的标准地图制作，底图边界无修改。

Fig. 11 Strategic areas of global submarine cable network

（1）东南亚战略区。包含新加坡和中国香港2个战略支点，马六甲海峡、中国南海与新加坡海峡3个战略通道，是海上信息安全的心脏地带。一旦该区域受阻，全球海底光缆网络的环路结构将断裂。尤其对于中国、日本、韩国而言，将阻断其与东南亚、南亚、西亚、东非、地中海及欧洲的全部直接海缆联系。然而，东南亚战略区无论是海洋地理环境还是地缘政治格局都十分复杂。一方面，该区域位于欧亚地震带和环太平洋地震带的交界处，地震频发使该区域时刻存在着受自然因素随机破坏的风险。另一方面，西方霸权主义不断威胁此处的信息传输安全，寻找各种借口破坏该地区的多边安全合作。因此，东南亚战略区的网络安全风险值得中国乃至全世界的高度关注。
（2）亚丁湾—地中海战略区。该战略区由吉布提、扎法拉纳、苏伊士3个战略支点和亚丁湾、红海、苏伊士运河、地中海—东部盆地4个战略通道所串联构成，是海上信息安全的咽喉地带。一旦该区域受阻，全球海底光缆网络的环路结构将受到严重破坏，东亚、东南亚、南亚以及东非等地区与地中海和欧洲之间的海缆联系将被阻断。然而，亚丁湾—地中海战略区各国间存在复杂的民族和宗教问题，战争危机、恐怖事件、海盗行为等都能直接威胁信息安全传输局势。因此，亚丁湾—地中海战略区的网络安全风险需要长期重点关注。
（3）跨北太平洋战略区。由6个战略支点和2个战略通道所组成，其中上海与千叶、加利福尼亚与俄勒冈分别是东亚和北美的重要大陆门户，夏威夷和关岛则是衔接两端的重要中继支点。该区域是全球海底光缆网络的大动脉，一旦遭受制约，将严重威胁全球网络安全，尤其是对中美两国而言，经贸合作、人文交流、政治互信等方面都将受损。然而，跨北太平洋战略区的安全风险不仅与既有海底光缆的运营安全有关，还与新时期各国政府、企业财团、市场技术的战备竞争深度挂钩。例如在澳大利亚和日本的支持下，美国以国家安全为由，长期排挤中国供应商的参与，甚至阻挠部分海底光缆与中国连接。综上，跨北太平洋战略区的网络安全风险极为复杂且重要，特别是对中国而言，应从国家层面出发重点保障该区域内的海底光缆建设与运营。
（4）跨北大西洋战略区。包含美国新泽西和英格兰西海岸区2个战略支点，以及北大西洋和凯尔特海2个战略通道。该区域是全球海底光缆网络的另一条大动脉，一旦受阻，北美与欧洲、北非乃至中东地区之间的海缆联系将被阻断，并且西欧地区与非洲、亚洲的联系也将遭受严重影响。近年来，欧洲各国的地缘政治与经济环境危机是跨北大西洋战略区的主要风险。
（5）波斯湾战略区。包含富查伊拉、孟买、瓜德尔、卡拉奇4个战略支点，以及阿拉伯海和阿曼湾2个战略通道。尽管该区域紧邻亚丁湾—地中海战略区，但两者具有不同的战略意义。一方面，该区域是印度洋东西向联系的重要通道，当中的阿拉伯海和孟买是绝大多数跨印度洋海底光缆的必经之处。另一方面，该区域是中亚各国家或地区的信息门户，当中的阿曼湾几乎扼守着全部连接中亚国家或地区的海底光缆系统。因此，不仅亚非欧间的互联互通受波斯湾战略区所掣肘，中亚各国家或地区的对外海缆联系更是完全依赖于此。
（6）加勒比战略区。该区域由佛罗里达、美属维京群岛、巴尔博亚3个战略支点以及加勒比海1个战略通道所构成。不同于其他战略区域所呈现的咽喉要道作用，加勒比战略区在全球海底光缆网络中所具备的是类似于十字路口的中转枢纽作用，其东西衔接大西洋与太平洋的海缆连接，南北承接南北美洲的海缆联系。

4 结论与讨论

海底光缆网络被视为海洋的“中枢神经”，在国防、电信、社会经济乃至能源等领域发挥着极为重要作用。而随着网络安全问题逐渐成为国际社会关注的焦点，关键基础设施的保护已被提高到涉及国家安全的突出位置，海底光缆成为国际竞争与大国博弈的新领域。有关类似大型连通性基础设施网络的研究已较为丰富，而鲜有文献对海底光缆网络的空间格局进行讨论。基于此，本文分析了全球海底光缆网络的分布格局、连通格局，识别了全球海底光缆网络的战略支点、战略通道，并探讨了全球海底光缆网络的安全风险。
研究得到以下结论：① 全球海底光缆的空间分布具有显著非均衡性。登陆站点沿海岸线不均匀地分布，形成若干个集聚区和集聚带；海缆线路主要集中于5条首尾相连的廊道，构成一个环绕全球的闭环，且与全球海上航运线路的路径极为相似。② 全球海底光缆网络的连通格局具有显著的尺度累加效应。在微观尺度下，信息港间的联系呈“链式”结构，连通格局与物理设施的分布具有强关联性；在中观尺度下，国家或地区间的联系呈“组团式”结构，连通格局体现国家或地区间的联系紧密程度；在宏观尺度下，区域间的联系呈“轴辐式”结构，连通格局体现了区域间的网络枢纽地位。③ 全球海底光缆网络的战略支点和战略通道具有典型的金字塔式等级结构，其中新加坡的战略支点地位最高，亚丁湾和马六甲海峡的战略通道地位最高；在此基础上可进一步划分出6个战略区域，其所具备的战略意义与所面临的安全风险各异，需要给予特别关注和警惕。
正如前文所述，全球海底光缆网络空间格局不仅仅是国际通信网络的空间映射，还和复杂的国际社会经济、地缘政治关系具有千丝万缕的联系。因此，本文结合全球海底光缆网络空间格局及其可能的影响、制约因素，提出以下建议，以帮助中国及时优化海底光缆网络的发展策略：① 加快全球海缆布局。目前，中国整体上在全球海底光缆网络中的战略地位并不突出，应当鼓励规划新建海缆线路，适当增设新的登陆站点，从而增加中国直连地区的数量，提升网络核心地位。② 充分发挥中国香港的网络中心红利。上述研究表明，中国香港在全球海底光缆网络中具有核心地位。尽管两地在海底光缆的建设、运营和服务各方面存在障碍，但仍然可以充分利用中国香港的网络中心红利，积极参与中国香港登陆海缆的建设，以最大化中国的海底光缆网络布局优势。③ 合作共建海缆网络支点国家或地区。根据所识别出的战略支点，可以重点加强与战略支点国家或地区间的合作，共同打造国际海缆转接点，以提升中国海底光缆网络组织的便捷性。④ 积极参与跨北极海底光缆建设。随着北极航道的开通，跨北极海底光缆系统的建设将是未来改变全球海底光缆网络格局的重要事件。中国应充分利用与俄罗斯之间较好的地缘政治关系，积极参与跨北极海底光缆，从而提升网络安全的韧性。
海底光缆的主要传输内容从最初的摩尔斯电报密码，发展到语音、图像，直至如今已经被海量的互联网信息所占据。尤其是2020年的全球COVID-19疫情带动了全社会向线上的迁移，也带动了互联网流量的激增。海底光缆的建设主体也正由国家或地区电信运营商向大型互联网企业所转变，以Facebook、谷歌、微软等为代表的互联网巨头目前已经不仅是海缆带宽的租赁者、购买者，更成为国际海缆建设的主导力量。以上均能够说明当今全球海底光缆已经与世界互联网密不可分。因此，与互联网休戚相关的数据中心、根服务器等新基建也值得全球信息网络安全的高度重视。例如，IPv4时代全球共有13台根服务器，美国就占了1主9辅，剩下2台在欧洲，1台在日本，以此形成的治理体系既造成了全球互联网资源管理与分配的极度失衡，也给中国等国家或地区的信息安全带来极大隐患。而基于全球下一代互联网（IPv6）根服务器测试和运营实验项目的“雪人计划”则打破了这个困局，IPv6时代的25台根服务器较为均衡地分布于全球16个国家或地区，其中1台主根和3台辅根部署在中国，这打破了美国独霸互联网的格局，也为建立多边、透明、安全的全球信息网络打下了基础。未来海底光缆网络与全球战略格局的研究需要结合这类新基建，实现全球信息传输网络的集成性研究。
后福特主义时代下的交通地理学认同通讯设施的交通运输属性，但缺乏实证研究；信息地理学重视通讯设施的关键承载作用，但多囿于虚拟的信息流。本文则以全球最重要的通讯基础设施——海底光缆作为切入点，从交通和信息领域拓展地理学在全球战略格局与国家或地区战略决策中的作用，为中国参与全球海底光缆网络建设提供科学支撑，同时也推动了交通地理学和信息地理学的理论发展。在今后的研究中，海底光缆网络与互联网城市网络的深度结合，将是交通地理学与信息地理学理论发展的新推力。

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