太原市城市化進程對區域氣候變化的影響研究

摘要：以太原市2009年-2018年氣候數據及經濟、人口和社會等統計數據為分析基礎，研究城區和郊區各氣候要素的年際變化特征，并運用灰色關聯分析法揭示引起氣候變化主導因子，評估太原市城市化進程對區域氣候變化影響。結果表明，春季、夏季和冬季太原市降水量呈上升趨勢，秋季相反，降水量呈下降趨勢。太原市城區和郊區四季最高氣溫整體呈上升趨勢，且城區與郊區上升幅度一致。太原市四個季節城區和郊區最低氣溫變化趨勢均呈現為上升的趨勢，且城區平均最低氣溫的增溫趨勢大于郊區。研究表明，城市下墊面性質改變和人口聚集是造成太原市氣溫變化的核心因子；人口聚集和城市第二產業發展是造成太原市降水量變化人為重要因素。

關鍵詞：太原市；城市化；區域；氣候變化

中圖分類號：X51 文獻標志碼：B

前言

迅速城市化推動了經濟發展與社會進步，但也給城市自然生態環境尤其是城市氣候環境帶來深遠影響。IPCC第六次評估報告指出，隨著二氧化碳、甲烷等溫室氣體排放量的不斷增加，全球平均氣溫不斷升高，進而引發一系列的生態和社會問題，包括嚴重的干旱、洪澇、海洋酸化、海岸侵蝕和生態系統崩潰等。因此，探討城市化進程對氣候變化的影響對于可持續城市化建設和氣候變化緩解對策的提出具有重要的意義。

國內外學者在城市化與氣候變化方面開展了較多的研究。焦毅蒙等研究發現，北京市近35年極端冷事件呈減少趨勢，極端暖事件呈增加趨勢。羅鑫玥等研究表明，高溫熱浪、強降水等極端氣候事件發生頻率顯著增加。Zhao等研究發現，在不同氣候背景的城市中，極端溫度和極端降水與城市化的因果關系和相關貢獻存在較大差異。綜上可知，當前研究主要集中探討發達（規模較大）城市化對極端氣候事件發生的影響，而對于一般城市城鎮化對氣候變化影響研究相對較少。

鑒于此，此研究以太原市2009年-2018年氣候數據及經濟、人口和社會相關的統計數據為分析基礎，評估太原市城市化進程對區域氣候變化影響，為太原市未來的可持續發展提供科學依據。

1材料與方法

1.1研究區概況

研究區太原市位于山西省中北部的太原盆地，地理坐標為111°30′E～113°09′E，37°27′N～38°25′N，坐落于海拔800m的汾河河谷平原上，屬于溫帶大陸性季風氣候，四季分明，氣溫波動較大。太原市是山西省的省會城市，近年來城市化發展取得了顯著進展。太原市城市人口在過去幾十年中快速增長，目前已超過450萬人。其中，常住人口比例逐漸升高，城市化率不斷提高；城市基礎設施日益完善，太原市基礎設施建設進速發展，交通、水利、能源等領域的投資力度不斷加大。城市軌道交通系統正在建設當中，城市空間擴張明顯，太原市的城市空間不斷護張，城市規模日益壯大。

1.2數據來源及研究方法數據資料

1.2.1城市化進程指標資料

查詢2009年-2018年山西省統計年鑒，從中獲取太原市城市化發展數據，為構建城市化進程指標做好前期準備。

1.2.2氣象數據資料

首先，在高德開放平臺（https：//lbs.amap.com/console/show/picker）上查詢太原市下屬十個區縣（小店區、迎澤區、杏花嶺區、尖草坪區、萬柏林區、晉源區、清徐縣、陽曲縣、婁煩縣、古交市）的精確經緯度。其次，在全球氣候網（https：//www.world-clim.org/data/monthlywth.html）上提取出2009年一2018年太原市十區縣近十年來歷年逐月降水量、最低氣溫、最高氣溫。

1.2.3數據處理方法

城市化進程指標體系構建方法：在對已有文獻研究的基礎上，從發展趨勢看綜合指標和指標體系更能說明城市化的復雜狀況。太原市城市化指標體系的構建，從經濟發展，人口發展，社會發展三個方面選取指標，建構一個更加全面、實際、精確的綜合測評指標體系，應用因子分析法對太原市城市化水平進行評價，太原市城市化發展水平評分的結果使人們對太原市城市化發展水平有了更全面的了解。它是多層次的，容易量化的，有代表性的，可以直接和間接地影響城市溫度的變化，見表1。

氣候數據分析方法：首先將太原市下屬十個區縣分為兩類，小店區、迎澤區、杏花嶺區、尖草坪區、萬柏林區、晉源區六個區分為一類，歸為城區，清徐縣、陽曲縣、婁煩縣、古交市四個縣區分為一類，歸為郊區。再將2009年-2018年近十年降水量、最低氣溫、最高氣溫逐月數據劃分為四季，春季3-5月，夏季6-8月，秋季9-11月，冬季12月-翌年2月，進行氣候變化分析。

太原市城市化進程綜合水平分析：KMO檢驗的結果顯示，KMO的值為0.658（KMOgt;0.6），說明了相關城市化發展變量之間是存在相關性的，可以進行因子分析；且Bartlett球形檢驗的結果也顯示，Plt;0.001表明各指標變量間具有相關性，因子分析有效。

為了避免評價指標之間的單位和量級差異所帶來的不便，首先對評價指標的原始數據進行了無量綱化處理，利用SPSS 25.0軟件對太原市城市化水平進行因子分析的綜合評價。

根據總方差解釋結果，方差解釋率越高，說明該主成分越重要，權重占比也應該越高。旋轉后因子的方差解釋率，累積方差解釋率，用于求解主成分公式。結果可知成分1，成分2累計貢獻率高達90.877，表明成分1，成分2對太原市城市化發展影響顯著。

數據分析和圖表制作在Excel 2013、SPSS 25和Sigmaplot12.5中完成。

2結果與分析

2.1太原市城市發展進程

圖1顯示2009年-2018年以來太原市城市發展進程的綜合情況。2009年-2018年太原市在經濟發展、人口發展、社會發展等方面均較大程度的改善，太原市城市化進程速度穩步提升，大致以每年0.3分的速度進步，至2018年，太原市城市化進程水平綜合得分為1.29分，達到近年來最高值。

2.2太原市氣候變化趨勢

圖2顯示，太原市城區和郊區的年際降水量呈現出波動變化，從整體趨勢上看，太原市不同季節降水量年際波動較大，沒有明顯的變化趨勢。太原市城區和郊區的四季降水量發現，僅冬季城區降水量高于郊區。

圖3可知，太原市城區和郊區的最高溫年際變化呈現出波動趨勢，太原市城區和郊區春季和夏季最高氣溫整體呈上升趨勢，且城區與郊區上升幅度一致。太原市城區和郊區的四季最高溫發現，城區最高溫均高于郊區。類似地，四季太原市城區和郊區最低氣溫變化趨勢均呈現出波動趨勢（如圖4所示），太原市城區和郊區春季和夏季最高氣溫整體呈上升趨勢，且城區與郊區上升幅度一致，城區最低溫均高于郊區。

3討論

3.1城市化對氣溫變化影響

此研究表明，城市人口聚集和城市下墊面性質的改變對城市氣溫變化具有重要的影響。這一結果與李膨利等研究一致，表明下墊面性質改變是造成城市熱島效應的主要原因，城市下墊面包括道路、建筑物、公園、廣場等，性質包括表面材質、顏色、高度等方面。市區城建結構和建筑吸收并儲存了大量太陽短波輻射及人為熱源放出的熱能，使地面長波輻射開始降低，市區感熱通量增加，并在向空中擴散時使市區地面溫度上升。首先，城市下墊面的新舊和顏色會影響反射和吸收陽光的能力，從而影響周圍溫度。如，在夏季，深色的道路和建筑會吸收更多的太陽能熱量導致城市變得更熱。相反，較淺的顏色則會反射大部分太陽輻射，使城市更涼爽。其次，城市下墊面的高度也會影響城市的通風和空氣流通。高樓大廈會阻擋風的流動，使城市變得更加悶熱。相對而言，低矮的建筑和散熱設施通常會提供更好的通風和空氣流通，有助于將城市保持在適宜的溫度。最后，城市下墊面的改變還會影響城市的水循環和空氣質量。如，城市中修建綠地會增加水的滲透和蓄水，減少地表水的流失和污染。綜上，城市下墊面性質的改變對城市氣候產生重要影響。

此研究也發現城市人口集聚對城市氣候產生了較大的影響。隨著城市化進程不斷加快，越來越多的人流人城市，形成了龐大的人口密度。這種人口密度的增加，使得城市局部區域的氣溫、濕度和風向等氣象參數相應發生變化。大量人口在城市中的活動，如通勤、工作、購物等，會產生大量廢氣、固體垃圾和污水等廢棄物。這些排放物對城市環境的影響非常大，對城市氣候會產生直接的負面影響。因此，在城市規劃中，應考慮到這些因素，以創造更為舒適、健康和可持續的城市環境。

3.2城市化對降水量的變化影響

此研究發現城市人口集聚與城市第二產業發展對降水量有較強影響。原因可能是：大規模的城市化和工業化會消耗巨量的能源，釋放大量的溫室氣體，加劇氣候變化，從而影響降雨量和降水分布；工業和交通等活動所產生的污染物會污染大氣，降低空氣濕度，進而影響降水量和降雨分布；非法排放廢水、垃圾等污染物會污染水源和水體，影響地表徑流和地下水資源，也會影響降水量和降雨分布。

文章主要分析了太原市城市化發展進程對氣溫、降水量的年際變化特征，沒有排除城市熱島效應，全球變暖及其相關效應的影響，這些因素都會為研究結果帶來一定的誤差性。隨著經濟發展，太原市城市圈不斷向外延伸，減緩城市氣溫上升的問題還需要從控制人口密度，主動調整下墊面結構和控制溫室氣體排放方面進行調節。文章只對城市氣候中的若干氣象要素進行理論分析及其與城市化發展的關聯性，并沒有將理論結果應用實踐當中，這在今后需要進行進一步的探討，同時期望在城市化對于區域氣候的影響研究方面，能夠得到更多的觀測與數據。

4結論

利用《山西省統計年鑒》中太原市城市化數據，太原市2009年-2018年的降水量、最低溫、最高溫氣象要素的觀測資料，研究了城市化進程發展水平，太原市城區與郊區氣候變化特征以及太原市城市化與區域氣候變化的關系，主要結論如下：城市下墊面性質改變、人口聚集是造成太原市氣溫變化的核心因子；人口集聚，城市第二產業發展是造成太原市降水量變化人為核心因素。此研究為太原市城市環境保護和生態建設提供有利的參考。