變暖背景下南寧市氣候承載力定量評(píng)價(jià)

李妍君，何潔琳，秦 川，周秀華

（廣西壯族自治區(qū)氣候中心，廣西 南寧 530022）

引言

近年來(lái)，由于全球變暖對(duì)氣候系統(tǒng)和人類生活都產(chǎn)生不可忽視的影響［1－3］，如何在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提下進(jìn)一步應(yīng)對(duì)氣候變化，成為一個(gè)必要的議題。為實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳”目標(biāo)，把碳達(dá)峰和碳中和納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)整體布局勢(shì)在必行［4－7］。要建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，這對(duì)城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展方式和城市氣候生態(tài)系統(tǒng)提出了更高的要求［8］。而氣候承載力作為評(píng)價(jià)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和氣候系統(tǒng)互饋關(guān)系的指標(biāo)，能夠定量評(píng)估目前氣候資源對(duì)社會(huì)發(fā)展的負(fù)荷能力［9－12］，對(duì)其開展深入研究有利于為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。南寧作為廣西政治、經(jīng)濟(jì)、文化、交通中心，北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)核心城市，中國(guó)東盟博覽會(huì)永久舉辦地，面對(duì)發(fā)生愈加頻繁的極端天氣氣候事件［13－15］，對(duì)南寧市進(jìn)行氣候承載力研究有其必要性和緊迫性。本文基于閆勝軍等［10］的氣候承載力定量評(píng)價(jià)體系，結(jié)合之前對(duì)廣西山地城市百色的研究基礎(chǔ)上改進(jìn)評(píng)價(jià)指標(biāo)［16-17］，對(duì)南寧市開展了變暖背景下城市氣候壓力的定量評(píng)價(jià)，希望可以為南寧市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展綠色轉(zhuǎn)型提供應(yīng)對(duì)氣候變化方面的科學(xué)決策依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料來(lái)源及處理

所用資料有：（1）《廣西統(tǒng)計(jì)年鑒》2000—2019年南寧市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口、資源利用等統(tǒng)計(jì)資料。（2）南寧國(guó)家氣象觀測(cè)站2000—2019 年逐日氣象觀測(cè)資料以及1981—2010 年氣候整編資料。其中，高溫日數(shù)指日最高氣溫大于或等于35℃的日數(shù)，低溫日數(shù)指日最低氣溫小于或等于5℃的日數(shù)，日降水量達(dá)到或超過50mm 和100mm 的日數(shù)分別為暴雨日數(shù)和大暴雨日數(shù)；取1981—2010 年的平均值為氣候平均值。

1.2 指標(biāo)體系構(gòu)建和計(jì)算

構(gòu)建的南寧城市氣候承載力的定量評(píng)價(jià)體系主要參考沿用了閆勝軍等［10］和李妍君等［16］的構(gòu)建方法，有4 個(gè)評(píng)價(jià)指數(shù)，共包含27 個(gè)指標(biāo)（表1）。

表1 南寧市氣候承載力定量評(píng)價(jià)指標(biāo)

構(gòu)建的氣候承載力（CCI）函數(shù)如下：

負(fù)向指數(shù)包括氣候天然容量（CNC）、極端氣候事件壓力（ECI）和城市氣候壓力（CCP）三項(xiàng)，均與氣候承載力成反比。氣候天然容量和極端氣候事件壓力分別表示氣候狀態(tài)波動(dòng)造成的負(fù)面影響和極端氣候事件發(fā)生對(duì)氣候系統(tǒng)造成的壓力，城市氣候壓力則評(píng)價(jià)人為活動(dòng)對(duì)氣候變化的消極作用，降低這些負(fù)向指標(biāo)值有利于氣候承載力的增長(zhǎng)。正向指數(shù)為城市協(xié)調(diào)發(fā)展能力（CDA），與氣候承載力成正比，綜合評(píng)價(jià)城市適應(yīng)氣候變化的能力。各指數(shù)的計(jì)算采用不同方法。

氣候天然容量指數(shù)將各指標(biāo)與30a（1981—2010 年）平均氣候基準(zhǔn)值相減后與標(biāo)準(zhǔn)差相比，根據(jù)各指標(biāo)偏離基準(zhǔn)值的綜合程度客觀評(píng)估該地區(qū)的氣候本底資源逐年變化。氣候天然容量指數(shù)（CNC）計(jì)算公式如下：

其中，fij為第j 年第i 項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值（i＝1，2，3，…，n，n 為評(píng)價(jià)指標(biāo)總數(shù)；j＝1，2，3，…，m，m為年份數(shù)）。

極端氣候事件壓力指數(shù)的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化方法選用最大最小值法，各指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算使用基于熵權(quán)的綜合評(píng)判法［18-19］，該方法中，指標(biāo)的離散程度與權(quán)重成正比。極端氣候事件壓力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)（ECI）計(jì)算公式如下：

其中fi為第j 年指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值，Wi為評(píng)價(jià)指標(biāo)i的權(quán)重。

城市氣候壓力、城市協(xié)調(diào)發(fā)展能力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)均使用公式（3）計(jì)算，二者的標(biāo)準(zhǔn)化方法選用比值法，將各年份指標(biāo)值與作為基準(zhǔn)值的2000 年值相比。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候天然容量

2000—2019 年，南寧的CNC 值年際變化明顯，波動(dòng)幅度較大，表明南寧的整體氣候狀態(tài)不平穩(wěn)（圖1）。CNC 值越大，表明各要素偏離正常值越多，氣候系統(tǒng)穩(wěn)定性越差。CNC 最大值出現(xiàn)在2001 年，最小值出現(xiàn)在2006 年。2001、2017 年的CNC 值超過1.3，是由于降水量和平均風(fēng)速分別出現(xiàn)明顯異常。2006、2014 年CNC 值低于0.5，是由于各指標(biāo)偏離常年值均較小，說(shuō)明當(dāng)年的氣候狀況良好。從各要素具體變化來(lái)看，年降雨量和年日照時(shí)數(shù)在2010 年以后波動(dòng)幅度顯著減小，年平均氣溫在2008—2012 年波動(dòng)幅度較大，年平均風(fēng)速在2016 年以后增大明顯，說(shuō)明不同年份各指標(biāo)對(duì)CNC 的影響程度不同，也說(shuō)明對(duì)于南寧市來(lái)說(shuō)各類氣候因素都存在著變化幅度增大的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 極端氣候事件壓力

2000—2019 年，南寧的ECI 值年際變化明顯，長(zhǎng)期變化趨勢(shì)不顯著（圖2）。ECI 越大，表明當(dāng)年極端氣候事件發(fā)生越多，氣候狀況越差。ECI 最高值出現(xiàn)在2016 年，2016 年的大風(fēng)日數(shù)、高溫日數(shù)、大暴雨日數(shù)都為20a 來(lái)的最高值，暴雨日數(shù)為第2 高值。ECI 最低出現(xiàn)在2002 年，當(dāng)年的大暴雨日數(shù)、連續(xù)最長(zhǎng)無(wú)雨日數(shù)為20a 間最小值，其余各項(xiàng)指標(biāo)也均處于低位。分析各指標(biāo)的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，年大風(fēng)日數(shù)（相關(guān)系數(shù)0.68）、年大暴雨日數(shù)（相關(guān)系數(shù)0.67）、年暴雨日數(shù)（相關(guān)系數(shù)0.56）三個(gè)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)最大，對(duì)ECI 的影響也最大；而年最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)雨日數(shù)的相關(guān)系數(shù)僅為0.12，對(duì)ECI 的影響最小。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，南寧市的ECI 值受大風(fēng)和極端暴雨事件影響最大。

2.3 城市氣候壓力

2000—2019 年，南寧市的CCP 連年上升，2019年CCP 值是2000 年的28.4 倍，指數(shù)增長(zhǎng)的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)顯著（圖3）。CCP 越大，表明城市發(fā)展和人類活動(dòng)對(duì)氣候造成的負(fù)面影響越大。工業(yè)總產(chǎn)值和民用車輛擁有量是20a 增長(zhǎng)最快的兩項(xiàng)指標(biāo)，2019 年相比于2000 年分別增長(zhǎng)了45 倍和37 倍，對(duì)CCP的增長(zhǎng)起到了主要貢獻(xiàn)作用。人均GDP、城市現(xiàn)狀建設(shè)用地面積、人均用電量、人均住房面積20a 增長(zhǎng)了2～3 倍，直觀反映出城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展和人民生活水平提高對(duì)氣候造成的壓力。而南寧市的單位生產(chǎn)總能耗逐年下降，2019 年較2000 年減少了66%，對(duì)降低CCP 起到了積極作用，說(shuō)明南寧的城市建設(shè)正逐漸向低碳高能效模式發(fā)展。大部分指標(biāo)與CCP的相關(guān)系數(shù)在0.75～1 之間，說(shuō)明這些指標(biāo)對(duì)CCP值都有相當(dāng)重要的影響。由于城市的發(fā)展，這些指標(biāo)成倍增長(zhǎng)導(dǎo)致了南寧市的城市氣候壓力顯著提升，強(qiáng)有力的節(jié)能減排和合理的產(chǎn)業(yè)布局及城市建設(shè)規(guī)劃，是減輕城市氣候壓力的積極舉措。

2.4 城市協(xié)調(diào)發(fā)展能力

2000—2019 年，南寧市CDA 整體波動(dòng)上升，2019 年CDA 值比2000 年增長(zhǎng)了2.4 倍（圖4）。CDA越大，表明該城市適應(yīng)氣候變化的能力越強(qiáng)。2008年南寧市環(huán)保投資和人均綠地面積均處于高位，因此CDA 達(dá)到最高值。20a 來(lái)，科技支出有了顯著的提升，2019 年比2000 年增長(zhǎng)了8.4 倍，環(huán)保投資也增長(zhǎng)了1.9 倍，對(duì)CDA 的增長(zhǎng)起主要貢獻(xiàn)作用，表明加大科技研發(fā)和施行強(qiáng)有力的環(huán)保政策對(duì)提升城市應(yīng)對(duì)氣候變化能力十分有效。南寧市的人均綠地面積在2019 年顯著下降，城市建筑急劇增加侵占了綠地面積，雖然目前來(lái)看并未對(duì)CDA 值造成巨大的影響，但長(zhǎng)此以往發(fā)展下去，必定會(huì)影響到城市生態(tài)系統(tǒng)的平衡，因此南寧市的城市建設(shè)規(guī)劃需要更多地考慮建筑與自然環(huán)境的平衡。南寧市第三產(chǎn)業(yè)比重幾乎沒有變化，為了使氣候在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間有更多彈性的承載空間，南寧市需要持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，實(shí)現(xiàn)持續(xù)綠色低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。

2.5 氣候承載力

2000—2019 年，南寧市的氣候承載力波動(dòng)較大，并呈下降的趨勢(shì)，說(shuō)明南寧市城市建設(shè)和發(fā)展受到氣候變化的一定挑戰(zhàn)（圖5）。CCI 的值越高，表明南寧市的氣候承載力越大，可容納更多的城市發(fā)展壓力。CCI 于2002 年達(dá)到最高值，2017 年達(dá)最低值，兩者相差68 倍；僅有2002 年和2006 年的CCI值高于基準(zhǔn)年（2000 年），2011—2019 年CCI 值處于較低水平，總體來(lái)說(shuō)，20a 來(lái)城市氣候承載力朝著降低的方向發(fā)展。分析各項(xiàng)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，2002 年CCI最大主要是由于ECI 最低，且CNC 和CCP 均處于低位，即2002 年極端氣候事件發(fā)生少，氣候狀況穩(wěn)定，且城市氣候壓力小，因此出現(xiàn)氣候承載能力的最大值；2016 年以后CCI 值不足0.4，主要是因?yàn)镃CP值迅猛增長(zhǎng)，CNC 處于高位，而CDA 并無(wú)明顯增長(zhǎng)，即城市氣候壓力過大、當(dāng)年氣候狀況差，城市適應(yīng)氣候變化能力的增長(zhǎng)速度仍無(wú)法超過氣候壓力增大的速度，導(dǎo)致氣候承載力小。CCI 受CNC 和CCP影響最大（相關(guān)系數(shù)分別為-0.59 和-0.51），表明南寧市CCI 受氣候平均狀態(tài)影響很大，當(dāng)年氣候波動(dòng)異常會(huì)導(dǎo)致CCI 明顯下降；連年迅速上升的CCP 也對(duì)CCI 造成了巨大的負(fù)面影響。因此改善南寧市的氣候承載力要從降低城市氣候系統(tǒng)的壓力入手，調(diào)整發(fā)展政策，實(shí)現(xiàn)綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，盡量減少人為因素對(duì)氣候的負(fù)面影響，同時(shí)提升城市對(duì)極端天氣災(zāi)害的防御能力。

3 結(jié)論與討論

利用城市氣候承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和南寧市氣象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展資料，對(duì)南寧市2000—2019 年的氣候承載力情況進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，2000—2019 年，南寧市的氣候承載力呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì)，氣候承載空間不容樂觀。氣候天然容量和城市氣候壓力對(duì)南寧的氣候承載力的影響最大，表明自然氣候因子和人為影響因子都對(duì)南寧市的氣候承載力有重要影響。南寧市的氣候系統(tǒng)的脆弱性較大，氣候狀態(tài)不穩(wěn)定，大風(fēng)和極端暴雨是南寧市氣候系統(tǒng)穩(wěn)定的主要威脅因子；城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶來(lái)的城市氣候壓力進(jìn)一步壓縮了氣候承載空間，對(duì)城市氣候系統(tǒng)造成了日益增長(zhǎng)的壓力，雖然城市協(xié)調(diào)發(fā)展能力有上升的趨勢(shì)，但仍不足以平衡城市建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的負(fù)面影響。

與使用相同評(píng)價(jià)體系對(duì)上海、百色的評(píng)價(jià)結(jié)果［10，16］比較發(fā)現(xiàn)，南寧市的城市氣候承載力與上海一樣呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而百色的氣候承載力則呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，反映大城市在快速的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中面臨的氣候壓力影響加大，城市氣候承載力在氣候異常和極端氣候事件的影響下更加脆弱。氣候自然影響因子中，南寧對(duì)CNC 和ECI 都較為敏感，而由于氣候狀態(tài)較為穩(wěn)定，百色僅對(duì)ECI 敏感，表明南寧的氣候脆弱性更明顯?？傮w而言，氣候自然影響因子對(duì)三地的影響都比較顯著，證明當(dāng)?shù)貧夂驙顟B(tài)的穩(wěn)定和極端氣候事件發(fā)生的頻率對(duì)各地CCI 有決定性作用。相對(duì)而言，CCP 對(duì)南寧、上海的影響較大，這說(shuō)明在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的城市，城市擴(kuò)張和人類活動(dòng)的負(fù)面影響累積較多，因此人為影響因子的作用逐漸增大。此外，城市協(xié)調(diào)能力CDA 對(duì)上海、南寧的影響均不顯著，說(shuō)明在較為發(fā)達(dá)的城市，雖然可持續(xù)發(fā)展水平逐漸提高，但由于氣候壓力增大的速率很快，人類政策管理的影響十分有限。而對(duì)于百色這樣欠發(fā)達(dá)的城市，在CCP 值還處于較低水平的時(shí)候，CDA 的及時(shí)提升能對(duì)CCI 的增加起到明顯作用。相較于氣候承載力處于增長(zhǎng)趨勢(shì)的百色市，南寧和上海的氣候承載力提升需要在減小城市氣候壓力和提高城市協(xié)調(diào)力同時(shí)下功夫。

在全球變暖的背景下，城市氣候系統(tǒng)的脆弱性加大已無(wú)法避免。要提升氣候承載力，南寧市需要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，實(shí)施強(qiáng)有力的節(jié)能減排措施，提升城市綠地面積，維持生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)之間的平衡；同時(shí)考慮規(guī)劃防災(zāi)減災(zāi)的設(shè)施，尤其是解決如何應(yīng)對(duì)極端暴雨等極端天氣災(zāi)害的問題，提升防御氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的能力。