哈爾濱城市化進程對氣溫影響的研究

于 淼,曹 蕾,韓志鵬,韓方旭,劉 陽,王選臣

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

1 引言

導致全球氣候變化的因素分為自然因素和人為因素兩類?？傮w上看，人類活動對氣候變化的影響為全球氣候變暖，城市化進程屬于人為因素。在全世界城市化進程不斷推進和發展中，城市化氣候的研究廣受關注。揭示城市化進程水平對氣候變化的影響是20世界80年代以來最受世界關注的話題。城市化進程水平同氣候變化之間的關系不僅是經濟、科技、工業、農業等方面的發展同氣候變化之間的關系，更是人類同原始自然生態環境之間的關系。隨著經濟發展，省會城市哈爾濱的城市化進程不斷推進，加之氣候變暖的疊加作用，哈爾濱市區的熱島效應是否進一步加劇，受到各方面的重視，因此開展哈爾濱城市化進程對氣溫影響的研究具有一定的現實意義。

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據中心。由于哈爾濱國家基本氣象站于2013年從香坊區電碳路遷至利民經濟技術開發區（原站址現為省氣象臺區域站，站號為H0005）、呼蘭區觀測站遷至沈家新址，為保證數據連續性，2013-2016年哈爾濱日平均溫度資料采用區域站H0005的觀測數據、呼蘭區日平均氣溫資料采用現哈爾濱站的觀測資料。

2.2 哈爾濱城市化進程指標體系構建

為全面度量哈爾濱城市化發展進程，本文根據黃賢金學者的經驗，從人口構成、經濟效率，社會文化、環境質量等方面，共選取17個指標，構建了城市化水平測度指標體系，具體如下表1。

表1 哈爾濱城市化進程水平測度指標體系

黃賢金[1]等學者利用同一指標體系與相同計算方法計算的我國北京、上海、廣州等城市的城市化發展水平綜合得分均值，本文將其作為判定城市化進程水平的最近標準值。

哈爾濱城市化進程綜合測度：根據上文介紹的主成分分析法利用SPSS軟件對原始數據進行標準化處理，并根據特征值大于1的原則，提取累計貢獻率為84.401%的前三個主成分作為測度哈爾濱城市化發展水平的綜合指標[2]，如表2。

表2 特征值、各主成分貢獻率、累計貢獻率

通過主成分荷載值（略）可知：①第一主成分的貢獻率為60.756%，在X1城鎮人口比重、X3人均地區生產總值、X4人均地方財政收入、X7實際外商直接投資、X8進出口總額、X9百人擁有圖書館藏書量、X10萬人擁有公共汽車數、X11萬人擁有高等學校在校生數、X12城鎮居民人均可支配收入、X13萬人擁有醫院床位數、X14互聯網普及率等指標的載荷較高，經濟發展與社會民生、基礎設施的各種變化是城市化發展最直接的體現，將其命名為經濟社會因子F1。②第二主成分的貢獻率為14.609%，在X2第三產業從業人員比重、X5第三產業產值比重、X6第三產業與第二產業產值比等指標的載荷較高，反映了各地區城市化發展過程中產業結構的變化，將其命名為產業結構因子F2。③第三主成分的貢獻率為9.036%，在X16建成區綠化覆蓋率、X17人均公園綠地面積等指標的載荷較高，主要反映了城市化過程中景觀環境的變化與各地區的環境建設水平，將其命名為景觀環境因子F3。

計算各主成分得分與綜合得分，進行綜合評價：根據上文各城市在各主成分上得分的表達式為（1）、（2）、（3），計算出各主成分得分，再由城市化水平綜合得分公式（4），計算哈爾濱市（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，Fm城市化進程水平綜合評價xi為標準化后數值。

2.3 城市熱島強度計算

城市氣候的主要特征是城市熱島現象。討論分析城市熱島效應，有助于發現城市化進程中人口政策制定、產業布局、城市景觀環境建設的不足，進而平衡城市化同環境的矛盾[3]。城市熱島強度用城市中心區溫度的最高值與郊區溫度的差值表示[4]。計算公式如下公式（5）。

公式中，H表示城市熱島強度，Tu表示城市中心區溫度最高值，Ts表示郊區溫度值。

3 結果分析

3.1 哈爾濱市城市化進程綜合水平

表3給出了1997年以來哈爾濱市城市發展進程的綜合情況。1997年至2007年期間哈爾濱市城市化發展進程相對緩慢。2007年后，哈爾濱市在經濟發展、產業結構優化、景觀環境建設等方面均更大程度的改善，哈爾濱市城市化進程速度穩步提升，至2016年，哈爾濱市城市化進程水平綜合得分為4.64分，達到近年來最高值。2016年哈爾濱市城市化進程水平綜合得分是我國北京、上海、廣州三個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總體分析

分析哈爾濱市區與近郊氣溫年變化可知，1997年至2016年，哈爾濱市氣溫總體上呈現波動上升趨勢，市區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℃。哈爾濱市熱島強度總體上呈明顯的波動增強趨勢（圖1），城郊之間存在熱島效應[5]。結合熱島效應強度參照標準（表4）可知，哈爾濱市平均熱島強度為0.55℃，表現為弱熱島效應。其中，2000—2003年，市郊溫度差值雖仍存在，但熱島強度低于0.5℃，無明顯的熱島效應存在；2004-2016年，近85%年份的熱島強度值在0.5-1.0之間，表現為弱熱島效應，在此期間，2002年與2006年的熱島強度近似為1，臨近中等熱島效應。

圖1 哈爾濱市熱島強度（H）年變化趨勢

表4 熱島效應強度參照表

3.3 哈爾濱城市化進程與氣候變化之間的關系分析

為進一步探究哈爾濱城市化進程水平（X）與市區年平均氣溫（y）之間的關系，建立了三種回歸模型（表5）。結果表明，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，可見，哈爾濱城市化進程對城市年平均氣溫的影響呈三次函數關系。

表5 哈爾濱市城市化發展進程與氣候變化關系模型

4 總結與討論

1997—2016年間，哈爾濱城市化發展水平逐年提高。1997—2002年間，哈爾濱城市化發展水平迅速提高，尤其是產業結構優化調整水平發展快速；之后的5年，哈爾濱城市化進程腳步放緩，未能夠擺脫創新能力、經濟區為等條件限制，缺乏外商直接投資，產業結構固化升級幾近停滯不前的狀態；2007年后，隨著國家針對東北老工業基地的各項政策實施，哈爾濱各項城市化發展指標值迅速提升。將近郊阿城區、呼蘭區作為對比研究區域，1997年—2016年哈爾濱市郊年平均氣溫差整體呈現增大的趨勢，城市熱島效應不斷增強，城市化進程與市內年平均溫度呈三次函數關系。城市化發展，眾多人口聚集帶來能源消耗增加、溫室氣體排放量增加、下墊面改變等現象，這些都是導致熱島效應產生、加劇的因素。

在城市化進程中，哈爾濱較好的將人口轉移、經濟發展同生態環境加以平衡，景觀環境建設水平較高。1997—2016年間，哈爾濱市在教育、衛生醫療、公共交通等公共基礎設施建設方面的城市化進程穩步提升，進出口總額和實際外商直接投資額這兩項數值增長量巨大。2007年開始，建成區綠化覆蓋率呈下降趨勢，在建成區面積擴展的同時，應加快跟進建成區生態環境建設工作，保證生態平衡。在產業機構優化調整方面還應適當加快步伐，如何提高城市科技競爭力、協調城鄉第三產業互動與交流、規劃提升第三產業發展規模與速度將成為哈爾濱市城市化發展的重點。

通過以上研究，總結出城市化進程的水平程度在城市經濟社會發展的層明上表現更為突出。同國內發展快速的其他城市相比，哈爾濱市整體經濟社會發展水平仍需提高，從2007年開始進入速度較快的發展時期。經濟社會發展方面在公共醫療服務、社會交通、進出口貿易合作能領域仍需加大發展投入力度。特別是公共基礎設施服務等方面，在逐年得到改善提高的良好發展背景下，應該繼續加大投入；城市化進程水平的第二影響因素是城市產業結構水平。較國內發展快速的其他城市相比，哈爾濱市的第三產業發展明顯滯后。但是近年來發展勢頭變好，第三產業發展速度迅速。通過研究也可看出哈爾濱城市化進程與產業結構之間相互影響作用的持續時間較短，第三產業對哈爾濱整體城市化進程的帶動性較弱；在城市環境景觀建設方面，哈爾濱市的發展態勢良好，和中國其他大城市相比較，差距較小。在土地使用類型方面，哈爾濱市沒有一味追求經濟發展中在國內極具價值效應的房地產行業，較好地完成了城域景觀環境建設與經濟協調發展的任務。但在2012年至今，建成區面積不斷擴張，建成區綠化工作腳步放緩，需要協調加強。