哈尔滨城市化进程对气温影响的研究

于 淼,曹 蕾,韩志鹏,韩方旭,刘 阳,王选臣

(1.阿城区气象局,黑龙江 哈尔滨150300;2.哈尔滨市气象台,黑龙江 哈尔滨150028;3.黑龙江省气象服务中心,黑龙江 哈尔滨150000;4.双城区气象局,黑龙江 哈尔滨150100;5.大兴安岭地区气象台,黑龙江 大兴安岭165000)

1 引言

导致全球气候变化的因素分为自然因素和人为因素两类。总体上看，人类活动对气候变化的影响为全球气候变暖，城市化进程属于人为因素。在全世界城市化进程不断推进和发展中，城市化气候的研究广受关注。揭示城市化进程水平对气候变化的影响是20世界80年代以来最受世界关注的话题。城市化进程水平同气候变化之间的关系不仅是经济、科技、工业、农业等方面的发展同气候变化之间的关系，更是人类同原始自然生态环境之间的关系。随着经济发展，省会城市哈尔滨的城市化进程不断推进，加之气候变暖的叠加作用，哈尔滨市区的热岛效应是否进一步加剧，受到各方面的重视，因此开展哈尔滨城市化进程对气温影响的研究具有一定的现实意义。

2 资料及研究方法

2.1 资料来源

研究资料为哈尔滨、阿城、呼兰1997-2016年逐日平均温度，来自黑龙江省气象数据中心。由于哈尔滨国家基本气象站于2013年从香坊区电碳路迁至利民经济技术开发区（原站址现为省气象台区域站，站号为H0005）、呼兰区观测站迁至沈家新址，为保证数据连续性，2013-2016年哈尔滨日平均温度资料采用区域站H0005的观测数据、呼兰区日平均气温资料采用现哈尔滨站的观测资料。

2.2 哈尔滨城市化进程指标体系构建

为全面度量哈尔滨城市化发展进程，本文根据黄贤金学者的经验，从人口构成、经济效率，社会文化、环境质量等方面，共选取17个指标，构建了城市化水平测度指标体系，具体如下表1。

表1 哈尔滨城市化进程水平测度指标体系

黄贤金[1]等学者利用同一指标体系与相同计算方法计算的我国北京、上海、广州等城市的城市化发展水平综合得分均值，本文将其作为判定城市化进程水平的最近标准值。

哈尔滨城市化进程综合测度：根据上文介绍的主成分分析法利用SPSS软件对原始数据进行标准化处理，并根据特征值大于1的原则，提取累计贡献率为84.401%的前三个主成分作为测度哈尔滨城市化发展水平的综合指标[2]，如表2。

表2 特征值、各主成分贡献率、累计贡献率

通过主成分荷载值（略）可知：①第一主成分的贡献率为60.756%，在X1城镇人口比重、X3人均地区生产总值、X4人均地方财政收入、X7实际外商直接投资、X8进出口总额、X9百人拥有图书馆藏书量、X10万人拥有公共汽车数、X11万人拥有高等学校在校生数、X12城镇居民人均可支配收入、X13万人拥有医院床位数、X14互联网普及率等指标的载荷较高，经济发展与社会民生、基础设施的各种变化是城市化发展最直接的体现，将其命名为经济社会因子F1。②第二主成分的贡献率为14.609%，在X2第三产业从业人员比重、X5第三产业产值比重、X6第三产业与第二产业产值比等指标的载荷较高，反映了各地区城市化发展过程中产业结构的变化，将其命名为产业结构因子F2。③第三主成分的贡献率为9.036%，在X16建成区绿化覆盖率、X17人均公园绿地面积等指标的载荷较高，主要反映了城市化过程中景观环境的变化与各地区的环境建设水平，将其命名为景观环境因子F3。

计算各主成分得分与综合得分，进行综合评价：根据上文各城市在各主成分上得分的表达式为（1）、（2）、（3），计算出各主成分得分，再由城市化水平综合得分公式（4），计算哈尔滨市（1997-2016年）城市化水平综合得分。

其中F1、F2、F3为各城市在各主成分上的得分，Fm城市化进程水平综合评价xi为标准化后数值。

2.3 城市热岛强度计算

城市气候的主要特征是城市热岛现象。讨论分析城市热岛效应，有助于发现城市化进程中人口政策制定、产业布局、城市景观环境建设的不足，进而平衡城市化同环境的矛盾[3]。城市热岛强度用城市中心区温度的最高值与郊区温度的差值表示[4]。计算公式如下公式（5）。

公式中，H表示城市热岛强度，Tu表示城市中心区温度最高值，Ts表示郊区温度值。

3 结果分析

3.1 哈尔滨市城市化进程综合水平

表3给出了1997年以来哈尔滨市城市发展进程的综合情况。1997年至2007年期间哈尔滨市城市化发展进程相对缓慢。2007年后，哈尔滨市在经济发展、产业结构优化、景观环境建设等方面均更大程度的改善，哈尔滨市城市化进程速度稳步提升，至2016年，哈尔滨市城市化进程水平综合得分为4.64分，达到近年来最高值。2016年哈尔滨市城市化进程水平综合得分是我国北京、上海、广州三个城市城市化水平综合得分均值的86.2%。

表3 哈尔滨市城市化水平综合得分

3.2 哈尔滨市城市热岛效应总体分析

分析哈尔滨市区与近郊气温年变化可知，1997年至2016年，哈尔滨市气温总体上呈现波动上升趋势，市区年平均气温值始终高于近郊，其中，2007年气温上升速度最高，增加值为1.3℃。哈尔滨市热岛强度总体上呈明显的波动增强趋势（图1），城郊之间存在热岛效应[5]。结合热岛效应强度参照标准（表4）可知，哈尔滨市平均热岛强度为0.55℃，表现为弱热岛效应。其中，2000—2003年，市郊温度差值虽仍存在，但热岛强度低于0.5℃，无明显的热岛效应存在；2004-2016年，近85%年份的热岛强度值在0.5-1.0之间，表现为弱热岛效应，在此期间，2002年与2006年的热岛强度近似为1，临近中等热岛效应。

图1 哈尔滨市热岛强度（H）年变化趋势

表4 热岛效应强度参照表

3.3 哈尔滨城市化进程与气候变化之间的关系分析

为进一步探究哈尔滨城市化进程水平（X）与市区年平均气温（y）之间的关系，建立了三种回归模型（表5）。结果表明，三次立方回归模型的拟合程度最好，R2=0.629，通过显著性0.01水平检验，可见，哈尔滨城市化进程对城市年平均气温的影响呈三次函数关系。

表5 哈尔滨市城市化发展进程与气候变化关系模型

4 总结与讨论

1997—2016年间，哈尔滨城市化发展水平逐年提高。1997—2002年间，哈尔滨城市化发展水平迅速提高，尤其是产业结构优化调整水平发展快速；之后的5年，哈尔滨城市化进程脚步放缓，未能够摆脱创新能力、经济区为等条件限制，缺乏外商直接投资，产业结构固化升级几近停滞不前的状态；2007年后，随着国家针对东北老工业基地的各项政策实施，哈尔滨各项城市化发展指标值迅速提升。将近郊阿城区、呼兰区作为对比研究区域，1997年—2016年哈尔滨市郊年平均气温差整体呈现增大的趋势，城市热岛效应不断增强，城市化进程与市内年平均温度呈三次函数关系。城市化发展，众多人口聚集带来能源消耗增加、温室气体排放量增加、下垫面改变等现象，这些都是导致热岛效应产生、加剧的因素。

在城市化进程中，哈尔滨较好的将人口转移、经济发展同生态环境加以平衡，景观环境建设水平较高。1997—2016年间，哈尔滨市在教育、卫生医疗、公共交通等公共基础设施建设方面的城市化进程稳步提升，进出口总额和实际外商直接投资额这两项数值增长量巨大。2007年开始，建成区绿化覆盖率呈下降趋势，在建成区面积扩展的同时，应加快跟进建成区生态环境建设工作，保证生态平衡。在产业机构优化调整方面还应适当加快步伐，如何提高城市科技竞争力、协调城乡第三产业互动与交流、规划提升第三产业发展规模与速度将成为哈尔滨市城市化发展的重点。

通过以上研究，总结出城市化进程的水平程度在城市经济社会发展的层明上表现更为突出。同国内发展快速的其他城市相比，哈尔滨市整体经济社会发展水平仍需提高，从2007年开始进入速度较快的发展时期。经济社会发展方面在公共医疗服务、社会交通、进出口贸易合作能领域仍需加大发展投入力度。特别是公共基础设施服务等方面，在逐年得到改善提高的良好发展背景下，应该继续加大投入；城市化进程水平的第二影响因素是城市产业结构水平。较国内发展快速的其他城市相比，哈尔滨市的第三产业发展明显滞后。但是近年来发展势头变好，第三产业发展速度迅速。通过研究也可看出哈尔滨城市化进程与产业结构之间相互影响作用的持续时间较短，第三产业对哈尔滨整体城市化进程的带动性较弱；在城市环境景观建设方面，哈尔滨市的发展态势良好，和中国其他大城市相比较，差距较小。在土地使用类型方面，哈尔滨市没有一味追求经济发展中在国内极具价值效应的房地产行业，较好地完成了城域景观环境建设与经济协调发展的任务。但在2012年至今，建成区面积不断扩张，建成区绿化工作脚步放缓，需要协调加强。