变暖背景下南宁市气候承载力定量评价

李妍君，何洁琳，秦 川，周秀华

（广西壮族自治区气候中心，广西 南宁 530022）

引言

近年来，由于全球变暖对气候系统和人类生活都产生不可忽视的影响［1－3］，如何在经济发展的前提下进一步应对气候变化，成为一个必要的议题。为实现我国“双碳”目标，把碳达峰和碳中和纳入经济社会发展和生态文明建设整体布局势在必行［4－7］。要建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，推动经济社会发展全面绿色转型，这对城市的经济建设发展方式和城市气候生态系统提出了更高的要求［8］。而气候承载力作为评价城市社会经济发展和气候系统互馈关系的指标，能够定量评估目前气候资源对社会发展的负荷能力［9－12］，对其开展深入研究有利于为实现“双碳”目标打下坚实的基础。南宁作为广西政治、经济、文化、交通中心，北部湾经济区核心城市，中国东盟博览会永久举办地，面对发生愈加频繁的极端天气气候事件［13－15］，对南宁市进行气候承载力研究有其必要性和紧迫性。本文基于闫胜军等［10］的气候承载力定量评价体系，结合之前对广西山地城市百色的研究基础上改进评价指标［16-17］，对南宁市开展了变暖背景下城市气候压力的定量评价，希望可以为南宁市经济社会发展绿色转型提供应对气候变化方面的科学决策依据。

1 资料和方法

1.1 资料来源及处理

所用资料有：（1）《广西统计年鉴》2000—2019年南宁市的社会经济、人口、资源利用等统计资料。（2）南宁国家气象观测站2000—2019 年逐日气象观测资料以及1981—2010 年气候整编资料。其中，高温日数指日最高气温大于或等于35℃的日数，低温日数指日最低气温小于或等于5℃的日数，日降水量达到或超过50mm 和100mm 的日数分别为暴雨日数和大暴雨日数；取1981—2010 年的平均值为气候平均值。

1.2 指标体系构建和计算

构建的南宁城市气候承载力的定量评价体系主要参考沿用了闫胜军等［10］和李妍君等［16］的构建方法，有4 个评价指数，共包含27 个指标（表1）。

表1 南宁市气候承载力定量评价指标

构建的气候承载力（CCI）函数如下：

负向指数包括气候天然容量（CNC）、极端气候事件压力（ECI）和城市气候压力（CCP）三项，均与气候承载力成反比。气候天然容量和极端气候事件压力分别表示气候状态波动造成的负面影响和极端气候事件发生对气候系统造成的压力，城市气候压力则评价人为活动对气候变化的消极作用，降低这些负向指标值有利于气候承载力的增长。正向指数为城市协调发展能力（CDA），与气候承载力成正比，综合评价城市适应气候变化的能力。各指数的计算采用不同方法。

气候天然容量指数将各指标与30a（1981—2010 年）平均气候基准值相减后与标准差相比，根据各指标偏离基准值的综合程度客观评估该地区的气候本底资源逐年变化。气候天然容量指数（CNC）计算公式如下：

其中，fij为第j 年第i 项指标的标准化值（i＝1，2，3，…，n，n 为评价指标总数；j＝1，2，3，…，m，m为年份数）。

极端气候事件压力指数的指标标准化方法选用最大最小值法，各指标权重的计算使用基于熵权的综合评判法［18-19］，该方法中，指标的离散程度与权重成正比。极端气候事件压力综合评价指数（ECI）计算公式如下：

其中fi为第j 年指标标准化值，Wi为评价指标i的权重。

城市气候压力、城市协调发展能力综合评价指数均使用公式（3）计算，二者的标准化方法选用比值法，将各年份指标值与作为基准值的2000 年值相比。

2 结果与分析

2.1 气候天然容量

2000—2019 年，南宁的CNC 值年际变化明显，波动幅度较大，表明南宁的整体气候状态不平稳（图1）。CNC 值越大，表明各要素偏离正常值越多，气候系统稳定性越差。CNC 最大值出现在2001 年，最小值出现在2006 年。2001、2017 年的CNC 值超过1.3，是由于降水量和平均风速分别出现明显异常。2006、2014 年CNC 值低于0.5，是由于各指标偏离常年值均较小，说明当年的气候状况良好。从各要素具体变化来看，年降雨量和年日照时数在2010 年以后波动幅度显著减小，年平均气温在2008—2012 年波动幅度较大，年平均风速在2016 年以后增大明显，说明不同年份各指标对CNC 的影响程度不同，也说明对于南宁市来说各类气候因素都存在着变化幅度增大的风险。

2.2 极端气候事件压力

2000—2019 年，南宁的ECI 值年际变化明显，长期变化趋势不显著（图2）。ECI 越大，表明当年极端气候事件发生越多，气候状况越差。ECI 最高值出现在2016 年，2016 年的大风日数、高温日数、大暴雨日数都为20a 来的最高值，暴雨日数为第2 高值。ECI 最低出现在2002 年，当年的大暴雨日数、连续最长无雨日数为20a 间最小值，其余各项指标也均处于低位。分析各指标的相关性发现，年大风日数（相关系数0.68）、年大暴雨日数（相关系数0.67）、年暴雨日数（相关系数0.56）三个指标的相关系数最大，对ECI 的影响也最大；而年最长连续无雨日数的相关系数仅为0.12，对ECI 的影响最小。通过以上分析可以发现，南宁市的ECI 值受大风和极端暴雨事件影响最大。

2.3 城市气候压力

2000—2019 年，南宁市的CCP 连年上升，2019年CCP 值是2000 年的28.4 倍，指数增长的长期变化趋势显著（图3）。CCP 越大，表明城市发展和人类活动对气候造成的负面影响越大。工业总产值和民用车辆拥有量是20a 增长最快的两项指标，2019 年相比于2000 年分别增长了45 倍和37 倍，对CCP的增长起到了主要贡献作用。人均GDP、城市现状建设用地面积、人均用电量、人均住房面积20a 增长了2～3 倍，直观反映出城市经济建设发展和人民生活水平提高对气候造成的压力。而南宁市的单位生产总能耗逐年下降，2019 年较2000 年减少了66%，对降低CCP 起到了积极作用，说明南宁的城市建设正逐渐向低碳高能效模式发展。大部分指标与CCP的相关系数在0.75～1 之间，说明这些指标对CCP值都有相当重要的影响。由于城市的发展，这些指标成倍增长导致了南宁市的城市气候压力显著提升，强有力的节能减排和合理的产业布局及城市建设规划，是减轻城市气候压力的积极举措。

2.4 城市协调发展能力

2000—2019 年，南宁市CDA 整体波动上升，2019 年CDA 值比2000 年增长了2.4 倍（图4）。CDA越大，表明该城市适应气候变化的能力越强。2008年南宁市环保投资和人均绿地面积均处于高位，因此CDA 达到最高值。20a 来，科技支出有了显著的提升，2019 年比2000 年增长了8.4 倍，环保投资也增长了1.9 倍，对CDA 的增长起主要贡献作用，表明加大科技研发和施行强有力的环保政策对提升城市应对气候变化能力十分有效。南宁市的人均绿地面积在2019 年显著下降，城市建筑急剧增加侵占了绿地面积，虽然目前来看并未对CDA 值造成巨大的影响，但长此以往发展下去，必定会影响到城市生态系统的平衡，因此南宁市的城市建设规划需要更多地考虑建筑与自然环境的平衡。南宁市第三产业比重几乎没有变化，为了使气候在未来的很长一段时间有更多弹性的承载空间，南宁市需要持续优化产业布局，实现持续绿色低碳经济转型。

2.5 气候承载力

2000—2019 年，南宁市的气候承载力波动较大，并呈下降的趋势，说明南宁市城市建设和发展受到气候变化的一定挑战（图5）。CCI 的值越高，表明南宁市的气候承载力越大，可容纳更多的城市发展压力。CCI 于2002 年达到最高值，2017 年达最低值，两者相差68 倍；仅有2002 年和2006 年的CCI值高于基准年（2000 年），2011—2019 年CCI 值处于较低水平，总体来说，20a 来城市气候承载力朝着降低的方向发展。分析各项指标发现，2002 年CCI最大主要是由于ECI 最低，且CNC 和CCP 均处于低位，即2002 年极端气候事件发生少，气候状况稳定，且城市气候压力小，因此出现气候承载能力的最大值；2016 年以后CCI 值不足0.4，主要是因为CCP值迅猛增长，CNC 处于高位，而CDA 并无明显增长，即城市气候压力过大、当年气候状况差，城市适应气候变化能力的增长速度仍无法超过气候压力增大的速度，导致气候承载力小。CCI 受CNC 和CCP影响最大（相关系数分别为-0.59 和-0.51），表明南宁市CCI 受气候平均状态影响很大，当年气候波动异常会导致CCI 明显下降；连年迅速上升的CCP 也对CCI 造成了巨大的负面影响。因此改善南宁市的气候承载力要从降低城市气候系统的压力入手，调整发展政策，实现绿色经济转型，尽量减少人为因素对气候的负面影响，同时提升城市对极端天气灾害的防御能力。

3 结论与讨论

利用城市气候承载力评价指标体系和南宁市气象和社会经济发展资料，对南宁市2000—2019 年的气候承载力情况进行定量评价。结果表明，2000—2019 年，南宁市的气候承载力呈现波动下降的趋势，气候承载空间不容乐观。气候天然容量和城市气候压力对南宁的气候承载力的影响最大，表明自然气候因子和人为影响因子都对南宁市的气候承载力有重要影响。南宁市的气候系统的脆弱性较大，气候状态不稳定，大风和极端暴雨是南宁市气候系统稳定的主要威胁因子；城市社会经济快速发展带来的城市气候压力进一步压缩了气候承载空间，对城市气候系统造成了日益增长的压力，虽然城市协调发展能力有上升的趋势，但仍不足以平衡城市建设和社会经济发展带来的负面影响。

与使用相同评价体系对上海、百色的评价结果［10，16］比较发现，南宁市的城市气候承载力与上海一样呈现下降趋势，而百色的气候承载力则呈现上升趋势，反映大城市在快速的社会经济发展中面临的气候压力影响加大，城市气候承载力在气候异常和极端气候事件的影响下更加脆弱。气候自然影响因子中，南宁对CNC 和ECI 都较为敏感，而由于气候状态较为稳定，百色仅对ECI 敏感，表明南宁的气候脆弱性更明显。总体而言，气候自然影响因子对三地的影响都比较显著，证明当地气候状态的稳定和极端气候事件发生的频率对各地CCI 有决定性作用。相对而言，CCP 对南宁、上海的影响较大，这说明在经济较为发达的城市，城市扩张和人类活动的负面影响累积较多，因此人为影响因子的作用逐渐增大。此外，城市协调能力CDA 对上海、南宁的影响均不显著，说明在较为发达的城市，虽然可持续发展水平逐渐提高，但由于气候压力增大的速率很快，人类政策管理的影响十分有限。而对于百色这样欠发达的城市，在CCP 值还处于较低水平的时候，CDA 的及时提升能对CCI 的增加起到明显作用。相较于气候承载力处于增长趋势的百色市，南宁和上海的气候承载力提升需要在减小城市气候压力和提高城市协调力同时下功夫。

在全球变暖的背景下，城市气候系统的脆弱性加大已无法避免。要提升气候承载力，南宁市需要实现产业结构转型，大力发展绿色经济，实施强有力的节能减排措施，提升城市绿地面积，维持生态环境与城市建设之间的平衡；同时考虑规划防灾减灾的设施，尤其是解决如何应对极端暴雨等极端天气灾害的问题，提升防御气象灾害风险的能力。