哈爾濱城市化進(jìn)程對(duì)氣溫影響的研究

于 淼,曹 蕾,韓志鵬,韓方旭,劉 陽,王選臣

(1.阿城區(qū)氣象局,黑龍江 哈爾濱150300;2.哈爾濱市氣象臺(tái),黑龍江 哈爾濱150028;3.黑龍江省氣象服務(wù)中心,黑龍江 哈爾濱150000;4.雙城區(qū)氣象局,黑龍江 哈爾濱150100;5.大興安嶺地區(qū)氣象臺(tái),黑龍江 大興安嶺165000)

1 引言

導(dǎo)致全球氣候變化的因素分為自然因素和人為因素兩類。總體上看，人類活動(dòng)對(duì)氣候變化的影響為全球氣候變暖，城市化進(jìn)程屬于人為因素。在全世界城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)和發(fā)展中，城市化氣候的研究廣受關(guān)注。揭示城市化進(jìn)程水平對(duì)氣候變化的影響是20世界80年代以來最受世界關(guān)注的話題。城市化進(jìn)程水平同氣候變化之間的關(guān)系不僅是經(jīng)濟(jì)、科技、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面的發(fā)展同氣候變化之間的關(guān)系，更是人類同原始自然生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，省會(huì)城市哈爾濱的城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，加之氣候變暖的疊加作用，哈爾濱市區(qū)的熱島效應(yīng)是否進(jìn)一步加劇，受到各方面的重視，因此開展哈爾濱城市化進(jìn)程對(duì)氣溫影響的研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2 資料及研究方法

2.1 資料來源

研究資料為哈爾濱、阿城、呼蘭1997-2016年逐日平均溫度，來自黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心。由于哈爾濱國(guó)家基本氣象站于2013年從香坊區(qū)電碳路遷至利民經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)（原站址現(xiàn)為省氣象臺(tái)區(qū)域站，站號(hào)為H0005）、呼蘭區(qū)觀測(cè)站遷至沈家新址，為保證數(shù)據(jù)連續(xù)性，2013-2016年哈爾濱日平均溫度資料采用區(qū)域站H0005的觀測(cè)數(shù)據(jù)、呼蘭區(qū)日平均氣溫資料采用現(xiàn)哈爾濱站的觀測(cè)資料。

2.2 哈爾濱城市化進(jìn)程指標(biāo)體系構(gòu)建

為全面度量哈爾濱城市化發(fā)展進(jìn)程，本文根據(jù)黃賢金學(xué)者的經(jīng)驗(yàn)，從人口構(gòu)成、經(jīng)濟(jì)效率，社會(huì)文化、環(huán)境質(zhì)量等方面，共選取17個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建了城市化水平測(cè)度指標(biāo)體系，具體如下表1。

表1 哈爾濱城市化進(jìn)程水平測(cè)度指標(biāo)體系

黃賢金[1]等學(xué)者利用同一指標(biāo)體系與相同計(jì)算方法計(jì)算的我國(guó)北京、上海、廣州等城市的城市化發(fā)展水平綜合得分均值，本文將其作為判定城市化進(jìn)程水平的最近標(biāo)準(zhǔn)值。

哈爾濱城市化進(jìn)程綜合測(cè)度：根據(jù)上文介紹的主成分分析法利用SPSS軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并根據(jù)特征值大于1的原則，提取累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.401%的前三個(gè)主成分作為測(cè)度哈爾濱城市化發(fā)展水平的綜合指標(biāo)[2]，如表2。

表2 特征值、各主成分貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率

通過主成分荷載值（略）可知：①第一主成分的貢獻(xiàn)率為60.756%，在X1城鎮(zhèn)人口比重、X3人均地區(qū)生產(chǎn)總值、X4人均地方財(cái)政收入、X7實(shí)際外商直接投資、X8進(jìn)出口總額、X9百人擁有圖書館藏書量、X10萬人擁有公共汽車數(shù)、X11萬人擁有高等學(xué)校在校生數(shù)、X12城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、X13萬人擁有醫(yī)院床位數(shù)、X14互聯(lián)網(wǎng)普及率等指標(biāo)的載荷較高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)民生、基礎(chǔ)設(shè)施的各種變化是城市化發(fā)展最直接的體現(xiàn)，將其命名為經(jīng)濟(jì)社會(huì)因子F1。②第二主成分的貢獻(xiàn)率為14.609%，在X2第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員比重、X5第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重、X6第三產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比等指標(biāo)的載荷較高，反映了各地區(qū)城市化發(fā)展過程中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，將其命名為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因子F2。③第三主成分的貢獻(xiàn)率為9.036%，在X16建成區(qū)綠化覆蓋率、X17人均公園綠地面積等指標(biāo)的載荷較高，主要反映了城市化過程中景觀環(huán)境的變化與各地區(qū)的環(huán)境建設(shè)水平，將其命名為景觀環(huán)境因子F3。

計(jì)算各主成分得分與綜合得分，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)：根據(jù)上文各城市在各主成分上得分的表達(dá)式為（1）、（2）、（3），計(jì)算出各主成分得分，再由城市化水平綜合得分公式（4），計(jì)算哈爾濱市（1997-2016年）城市化水平綜合得分。

其中F1、F2、F3為各城市在各主成分上的得分，F(xiàn)m城市化進(jìn)程水平綜合評(píng)價(jià)xi為標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)值。

2.3 城市熱島強(qiáng)度計(jì)算

城市氣候的主要特征是城市熱島現(xiàn)象。討論分析城市熱島效應(yīng)，有助于發(fā)現(xiàn)城市化進(jìn)程中人口政策制定、產(chǎn)業(yè)布局、城市景觀環(huán)境建設(shè)的不足，進(jìn)而平衡城市化同環(huán)境的矛盾[3]。城市熱島強(qiáng)度用城市中心區(qū)溫度的最高值與郊區(qū)溫度的差值表示[4]。計(jì)算公式如下公式（5）。

公式中，H表示城市熱島強(qiáng)度，Tu表示城市中心區(qū)溫度最高值，Ts表示郊區(qū)溫度值。

3 結(jié)果分析

3.1 哈爾濱市城市化進(jìn)程綜合水平

表3給出了1997年以來哈爾濱市城市發(fā)展進(jìn)程的綜合情況。1997年至2007年期間哈爾濱市城市化發(fā)展進(jìn)程相對(duì)緩慢。2007年后，哈爾濱市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、景觀環(huán)境建設(shè)等方面均更大程度的改善，哈爾濱市城市化進(jìn)程速度穩(wěn)步提升，至2016年，哈爾濱市城市化進(jìn)程水平綜合得分為4.64分，達(dá)到近年來最高值。2016年哈爾濱市城市化進(jìn)程水平綜合得分是我國(guó)北京、上海、廣州三個(gè)城市城市化水平綜合得分均值的86.2%。

表3 哈爾濱市城市化水平綜合得分

3.2 哈爾濱市城市熱島效應(yīng)總體分析

分析哈爾濱市區(qū)與近郊?xì)鉁啬曜兓芍?997年至2016年，哈爾濱市氣溫總體上呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，市區(qū)年平均氣溫值始終高于近郊，其中，2007年氣溫上升速度最高，增加值為1.3℃。哈爾濱市熱島強(qiáng)度總體上呈明顯的波動(dòng)增強(qiáng)趨勢(shì)（圖1），城郊之間存在熱島效應(yīng)[5]。結(jié)合熱島效應(yīng)強(qiáng)度參照標(biāo)準(zhǔn)（表4）可知，哈爾濱市平均熱島強(qiáng)度為0.55℃，表現(xiàn)為弱熱島效應(yīng)。其中，2000—2003年，市郊溫度差值雖仍存在，但熱島強(qiáng)度低于0.5℃，無明顯的熱島效應(yīng)存在；2004-2016年，近85%年份的熱島強(qiáng)度值在0.5-1.0之間，表現(xiàn)為弱熱島效應(yīng)，在此期間，2002年與2006年的熱島強(qiáng)度近似為1，臨近中等熱島效應(yīng)。

圖1 哈爾濱市熱島強(qiáng)度（H）年變化趨勢(shì)

表4 熱島效應(yīng)強(qiáng)度參照表

3.3 哈爾濱城市化進(jìn)程與氣候變化之間的關(guān)系分析

為進(jìn)一步探究哈爾濱城市化進(jìn)程水平（X）與市區(qū)年平均氣溫（y）之間的關(guān)系，建立了三種回歸模型（表5）。結(jié)果表明，三次立方回歸模型的擬合程度最好，R2=0.629，通過顯著性0.01水平檢驗(yàn)，可見，哈爾濱城市化進(jìn)程對(duì)城市年平均氣溫的影響呈三次函數(shù)關(guān)系。

表5 哈爾濱市城市化發(fā)展進(jìn)程與氣候變化關(guān)系模型

4 總結(jié)與討論

1997—2016年間，哈爾濱城市化發(fā)展水平逐年提高。1997—2002年間，哈爾濱城市化發(fā)展水平迅速提高，尤其是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整水平發(fā)展快速；之后的5年，哈爾濱城市化進(jìn)程腳步放緩，未能夠擺脫創(chuàng)新能力、經(jīng)濟(jì)區(qū)為等條件限制，缺乏外商直接投資，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)固化升級(jí)幾近停滯不前的狀態(tài)；2007年后，隨著國(guó)家針對(duì)東北老工業(yè)基地的各項(xiàng)政策實(shí)施，哈爾濱各項(xiàng)城市化發(fā)展指標(biāo)值迅速提升。將近郊阿城區(qū)、呼蘭區(qū)作為對(duì)比研究區(qū)域，1997年—2016年哈爾濱市郊年平均氣溫差整體呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，城市熱島效應(yīng)不斷增強(qiáng)，城市化進(jìn)程與市內(nèi)年平均溫度呈三次函數(shù)關(guān)系。城市化發(fā)展，眾多人口聚集帶來能源消耗增加、溫室氣體排放量增加、下墊面改變等現(xiàn)象，這些都是導(dǎo)致熱島效應(yīng)產(chǎn)生、加劇的因素。

在城市化進(jìn)程中，哈爾濱較好的將人口轉(zhuǎn)移、經(jīng)濟(jì)發(fā)展同生態(tài)環(huán)境加以平衡，景觀環(huán)境建設(shè)水平較高。1997—2016年間，哈爾濱市在教育、衛(wèi)生醫(yī)療、公共交通等公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的城市化進(jìn)程穩(wěn)步提升，進(jìn)出口總額和實(shí)際外商直接投資額這兩項(xiàng)數(shù)值增長(zhǎng)量巨大。2007年開始，建成區(qū)綠化覆蓋率呈下降趨勢(shì)，在建成區(qū)面積擴(kuò)展的同時(shí)，應(yīng)加快跟進(jìn)建成區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)工作，保證生態(tài)平衡。在產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整方面還應(yīng)適當(dāng)加快步伐，如何提高城市科技競(jìng)爭(zhēng)力、協(xié)調(diào)城鄉(xiāng)第三產(chǎn)業(yè)互動(dòng)與交流、規(guī)劃提升第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模與速度將成為哈爾濱市城市化發(fā)展的重點(diǎn)。

通過以上研究，總結(jié)出城市化進(jìn)程的水平程度在城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的層明上表現(xiàn)更為突出。同國(guó)內(nèi)發(fā)展快速的其他城市相比，哈爾濱市整體經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平仍需提高，從2007年開始進(jìn)入速度較快的發(fā)展時(shí)期。經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方面在公共醫(yī)療服務(wù)、社會(huì)交通、進(jìn)出口貿(mào)易合作能領(lǐng)域仍需加大發(fā)展投入力度。特別是公共基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)等方面，在逐年得到改善提高的良好發(fā)展背景下，應(yīng)該繼續(xù)加大投入；城市化進(jìn)程水平的第二影響因素是城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平。較國(guó)內(nèi)發(fā)展快速的其他城市相比，哈爾濱市的第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展明顯滯后。但是近年來發(fā)展勢(shì)頭變好，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度迅速。通過研究也可看出哈爾濱城市化進(jìn)程與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間相互影響作用的持續(xù)時(shí)間較短，第三產(chǎn)業(yè)對(duì)哈爾濱整體城市化進(jìn)程的帶動(dòng)性較弱；在城市環(huán)境景觀建設(shè)方面，哈爾濱市的發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，和中國(guó)其他大城市相比較，差距較小。在土地使用類型方面，哈爾濱市沒有一味追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展中在國(guó)內(nèi)極具價(jià)值效應(yīng)的房地產(chǎn)行業(yè)，較好地完成了城域景觀環(huán)境建設(shè)與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的任務(wù)。但在2012年至今，建成區(qū)面積不斷擴(kuò)張，建成區(qū)綠化工作腳步放緩，需要協(xié)調(diào)加強(qiáng)。