山東半島城市群空間結構演化的大氣環境效應研究

彭夢杰 柳力瑋 周毓文 劉曉莉

摘要：在城市群發展進程中，其空間結構演化帶來的大氣環境效應受到廣泛的關注。以中心度、集散度、空間緊湊度和交通通達度為城市群空間結構的研究維度，以二氧化硫排放量為大氣環境的研究指標，借助SPSS軟件，對城市群空間結構的研究維度與二氧化硫排放量進行相關分析和回歸分析。研究發現：城市群多中心化、城市群空間緊湊度及交通通達度與大氣環境質量存在顯著的正向相關關系，而城市群的集散度對大氣環境質量有著顯著的負向影響。

關鍵詞：山東半島城市群;空間結構;大氣環境

中圖分類號：X321 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）05-000-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.004

Study on the atmospheric environmental effect of the spatial structure evolution of Shandong peninsula urban agglomeration

Peng Mengjie，Liu Liwei，Zhou Yuwen，Liu Xiaoli

（School of Geography and Environment，Shandong Normal University，Jinan Shandong 250358，China）

Abstract：During the development of urban agglomerations， the atmospheric environment effect brought by the evolution of its spatial structure has been widely concerned.Taking centrality， distribution， space compactness，and traffic accessibility as the research dimensions of the urban agglomeration spatial structure，and using sulfur dioxide emissions as the research indicators of the atmospheric environment，with the help of SPSS software， the research dimensions of the urban agglomeration spatial structure and sulfur dioxide emissions perform correlation analysis and regression analysis.The study found that the urban agglomeration， space compactness，and traffic accessibility have significant positive correlations with the atmospheric environmental quality， while the urban agglomeration degree has a significant negative impact on the atmospheric environmental quality.

Key words：Shandong peninsula urban agglomeration;Spatial structure;Atmospheric environment

城市群的空間結構是經濟結構、社會結構、規模結構等組合結構在空間上的表現形式，城市群的空間結構隨著城市群的發展而變化，因此研究城市群的空間結構是研究城市群發展狀況的重要切入點和研究領域。國內關于城市群空間結構的研究始于陸大道提出的“點-軸”模式[1]。隨著我國城市化進程的快速發展以及對城市群發展的關注，近年來，學者們多從定性和定量兩方面研究城市群空間結構的演化[2]。韋亞平和趙民從定性方面，分析了形成“多中心”空間結構的必要條件和空間結構的績效測度方法[3]。在定量方面，陳睿建立了城市群空間結構測度的綜合指標體系，為都市圈的空間規劃與調控以及政策制定提供了理論和經驗依據[4]。近幾年，越來越多的學者借助GIS等相關平臺，對城市結構進行測度。鄧棋、羅丹等運用統計分析與GIS分析方法，從人口空間結構、城市規模分布、交通網絡結構、經濟空間結構四個方面測度城市群空間結構[5]。

大氣環境的質量影響著人類生活的方方面面。大氣污染物濃度的增加會影響人們身體健康，提高呼吸系統疾病的死亡率[6]。同時大氣環境質量的下降，也會增加健康經濟損失和環境經濟損失[7]。并且人類活動對大氣環境同樣產生影響，例如生態文明建設可以包括生態經濟文明建設、生態社會文明建設、生態環境文明建設，生態經濟文明和生態環境文明可以使碳排放強度降低，生態社會文明在一定程度上可以提高碳排放強度[8]。因此，可以把人類活動和大氣環境之間的相互作用納入人地系統的框架下進行綜合分析，把人類活動和大氣環境之間的關系視為一個特殊的子系統[9]。

目前，大多數城市群空間結構的相關研究主要集中在測度空間結構的方法、技術與演化過程方面，而在城市群空間演化過程對大氣環境的影響方面的研究比較欠缺。本文就山東半島城市群空間結構演化的大氣環境效應展開研究，分析城市群空間演化對大氣環境的作用機制，以期增加此方面的研究內容，為城市群大氣環境質量的提高提供空間結構方面的理論支撐。

1 研究方法

以中心度、集散度、空間緊湊度和交通通達度作為城市群空間結構演化的研究維度，以二氧化硫排放量作為大氣環境研究指標，運用SPSS對空間結構演化的四個維度分別與二氧化硫排放量進行相關分析與回歸分析，得出城市群中心度、集散度、空間緊湊度和交通通達度四個維度與二氧化硫排放量之間的因果關系，并對其影響機理進行分析，以實現2001-2017年山東半島城市群空間結構演化對大氣環境效應研究。文章中所采用的數據來源于相關社會經濟統計資料，主要包括山東省17地市的社會經濟統計資料和統計年鑒。

2 結果與分析

2.1 中心度的影響

中心度為我們測度城市群空間結構提供了新的維度，城市群的中心度作為衡量城市群空間結構的一個重要指標，對大氣環境效應的測定具有重要意義。對城市多中心指數和二氧化硫排放量進行相關分析，具體結果如表1所示。其中得出雙側檢驗中顯著性P=0.043，小于0.05，相關系數r= -0.4963，說明城市群多中心指數與二氧化硫排放量存在比較顯著的負向相關關系。

由此再對山東半島城市群2001-2017年城市群多中心指數與二氧化硫排放量進行回歸分析，其中城市群多中心指數為自變量，二氧化硫排放量為因變量，得出表2。據表2可知，在F檢驗中，顯著性水平小于0.05，回歸方程的存在是有意義的。得到回歸方程：y=808.3009-667.9340x，可以得出城市群多中心指數越大，二氧化硫排放量越小。在一定范圍內，城市群空間結構越趨于多中心化，大氣環境質量越好。

由此可知，城市群內部的人口和經濟分布情況對大氣環境質量有著顯著的影響。城市群內部人口分布較為均勻，以二氧化硫為代表的大氣污染物排放量則會相對偏低。區域內經濟發展多中心化的過程，也是產業布局多中心化和產業轉型升級的過程。隨著產業布局和產業結構的不斷優化調整，大氣環境污染物的排放量呈下降趨勢，大氣環境質量有所改善。因此，城市群空間結構多中心化對大氣環境質量有著較為顯著的正向影響。

2.2 集散度的影響

從表3可得，2001-2017年，山東半島城市群人口集散度和二氧化硫排放量的相關性系數為0.707，為正相關。且二者的顯著性為0.002，小于0.01，說明二者在0.01的水平上顯著，即山東半島城市群人口集散度和二氧化硫排放量有顯著的相關性。

2001-2017年山東半島城市群的人口集散度與二氧化硫排放量呈現出“S”形曲線變化，整體上，人口分散分布會在一定程度上導致大氣污染的加劇。之后以集散度為自變量，二氧化硫排放量為因變量，對兩者進行曲線估算，從表4中可得，二次和三次函數的R2同樣高，高達0.778，趨近于1，說明二次和三次曲線的擬合效果較好。同時，Sig為0，說明顯著程度高。因此選擇二次函數進行非線性回歸分析，最終得到下式：S=-3576.3P2+4672.6-1340.8。

二氧化硫的污染源主要包括含硫燃料（煤、石油等）的燃燒、含硫礦石的冶煉、化工和硫酸廠等的生產過程，主要表現為工業來源的污染。而人口和經濟活動的集聚會對單位國民生產總值的工業污染排放起到顯著的抑制作用[10]，因此人口的集聚對大氣污染具有緩和的作用。2001-2017年，山東半島城市群的人口正在由分散分布逐漸趨向集聚分布，這在一定程度上會對城市群二氧化硫的排放量起到抑制作用。但是，隨著人口集聚程度的提高，最終也會出現集聚污染，導致大氣污染的加劇，因此說明城市群的人口集聚水平應該保持適度的水平。

2.3 空間緊湊度的影響

城市群空間緊湊度作為城市群空間結構演變中一個重要的衡量指標，對于研究城市群空間結構演化帶來的大氣環境效應具有重要作用，具體表現為對具體大氣指標的影響。

運用SPSS軟件對2001-2017年山東半島城市群空間緊湊度與二氧化硫排放量數據進行相關分析，如表5所示，得出雙側檢驗中顯著性P=0.002，明顯小于0.01，相關系數r=-0.695，城市群空間緊湊度與二氧化硫排放量存在顯著的負向相關關系。對曲線估計結果分析可得，當建立二次模型時，R2存在最大值為0.665。因此對2001-2017年山東半島城市群空間緊湊度與二氧化硫排放量進行非線性回歸分析，在3次模型評估和2次導數評估之后，系統停止運行，得到最優解，得出非線性模型表達式為Y=-982.467+165.988t-5.888t2。

山東半島城市群空間緊湊度總體處于增長階段，其中經濟、人口和交通等因素對其重要影響。隨著人口的不斷增長，人口密度在不斷上升，同時也促進了城鎮的進一步發展，使得城鎮密度得到提升。樸珠希在研究中指出，隨著人口密度增加，機動車平均交通能耗以及人均機動車保有量皆有所減少[11]。山東半島城市群公共交通等基礎服務設施在不斷完善，對于大氣環境的改善存在影響，同時由于經濟的快速發展，產業部門進行規劃調整，大氣污染物排放量受到管控，有所下降。

2.4交通通達度的影響

將鐵路通車里程r、公路通車里程m和內河通航里程l求和與山東省的面積S的比值的值，即山東省歷年的交通通達度T。將得出的數據與相應年的二氧化硫的排放量利用SPSS進行相關分析，在二者呈顯著相關的基礎上，進行回歸分析，研究城市群空間結構網絡化程度與大氣環境質量的作用機理。

在SPSS中對數據進行曲線估算發現，二次模型的擬合程度較其他模型來說較好，由于在線性變換過程可能會使原模型失去殘差平方和最小的意義，因此對其進行優化，在經過四次模型迭代過程后，殘差平方和已有了較大改善，縮小為4287.483，如表6。

根據表7，可以得出城市群空間結構網絡化程度與大氣環境質量的關系如下：Y=-119787.032X2+12370.985X-134.355。

隨著交通通達度的提高，大氣環境污染指數呈明顯的下降趨勢。近年來，山東省的交通網絡逐步完善，交通通達度顯著提高，根據上述數據可知，2017年的交通通達度的數值是2001年的兩倍。在鐵路運輸方面，山東省“一環雙核”高速鐵路網結構的日益完善，不但使得城市間連通性持續增強，而且高鐵所具有的高效新能源利用率和“以電代油”的環保優勢[12]，一定程度上減少了交通運輸過程對于空氣的污染。就公路建設方面來說，當下交通堵塞已經成為嚴重的城市頑疾，既浪費大量的時間和金錢，降低整個社會效率，增加能源消耗，又加重空氣污染[13]，目前，山東省基本實現鄉村公路發展規模、路網結構、保障水平位居全國前列[14]。同時，交通擁堵問題得到有效治理，公共交通和新能源汽車得到大力推廣，使得山東半島城市群在私家車保有量日益增多的情況下，空氣質量仍可以得到較好的保障。

3 總結

通過研究山東半島城市群2001-2017年空間結構演化對大氣環境產生的效應，對城市群空間演化對大氣環境的影響及其作用機制進行分析，為山東半島城市群大氣環境整治策略的提出與制定提供參考依據與研究基礎，為山東半島城市群發展戰略的制定提供指導借鑒。

本文從中心度、集散度、空間緊湊度和交通通達度四個維度對山東半島城市群空間結構進行綜合測度，分析各維度對于大氣環境的影響，數據研究表明：2001-2017年，山東半島城市群空間結構多中心化的過程中伴隨著產業布局的多中心化和產業的轉型升級，有利于改善大氣環境，實現人與自然可持續發展;城市群空間緊湊度增強提升了資源利用效益，實現區域聯合管控，有利于降低污染物排放量，大氣質量趨于好轉;交通網絡的完善與新能源交通的開發利用，交通污染減少使得大氣污染物排放量下降，大氣環境質量得到保障。人口分布愈分散，大氣污染愈嚴重，適度的人口集聚使大氣環境得到改善，但隨著山東半島城市群人口集聚程度的提高，將會出現集聚污染，加劇大氣污染，大氣環境質量有所下降。

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收稿日期：2020-03-16

基金項目：大學生創新創業訓練計劃項目：山東半島城市群空間結構演化的大氣環境效應研究（201910445062）

作者簡介：彭夢杰（1998-），女，漢族，本科學歷。