城市化发展对南京城市增温的影响分析周彦丽1，景元书1，赵海江1，21.南京信息工程大学大气物理学院，江苏南京2100442.张家口市气象局，河北张家口075000摘要：利用层次分析法和非线性拟合法，分析了南京市1980—2006年城市化进程，并选取了年平均最高、最低气温和年平均气温为研究对象，分别探讨了城市化与城市化增温的影响关系。

在此基础上，建立了城市化效应与温度变化的线性模型，进一步分析了城市化效应对城市增温的影响程度。

结果表明，1980—2006年南京城市化进程对城市化增温影响关系显著，城市化与增温呈显著相关；城市化对年平均最低气温的影响最为明显，对年平均气温的影响次之，对年平均最高气温的影响最小；1981—1998年城市化效应对城市增温的影响远远小于区域气候的影响，但1998—2006年前者的影响程度大于后者，增温率将近为后者的2倍。

这说明，近年来南京市人类活动造成的温度变化已超过自然因素造成的变化，城市化增温趋势呈现出的阶段性特征与南京市城市化进程的特点相吻合。

关键词：城市化，增温，层次分析法，非线性拟合。

中图分类号：P461＋.8文献标识码：A0引言2008年据政府间气候变化专门委员会（IPCC ）第一工作组第四次评估报告［1］：最近100a （1906—2005年）全球平均地表温度上升了0.74（0.56—0.92）℃，比第三次评估报告给出的100a（1901—2000年）上升0.6（0.4—0.8）℃有所提高。

全球气候继续呈现变暖趋势，这已引起世界各国的广泛关注。

城市是人地关系的焦点，城市气候在一定程度上也受到全球变暖的影响。

然而，实际上城市气候的影响因素除了来自全球气候背景的变化外，更重要的是城市化发展带来的影响。

随着经济的高速发展和城市化进程的不断加剧，伴随而来的是城市人口增加、土地利用变化和人类经济活动的加剧。

城市作为能量消耗的中心，却又因为下垫面性质的改变而缺少植被的光合作用，结果导致市区大气中的烟尘与CO 2等温室气体含量增加，引起大气辐射与热力性质改变，加上人为热能的作用，形成热岛效应。

城市化和城市增温已经给城市区域的生态环境带来了严重的负面影响［2-3］。

因此，研究城市化发展及其对城市增温的影响，正确认识城市增温的原因，有着重要的意义。

近年来，国内外学者就城市化发展对城市增温的影响做了很多研究。

例如，Chung 等［4］研究表明，城市化和工业化是造成韩国50多年间平均气温升高的主要因素，其对地区增暖的贡献在某些季节里甚至超过了地区气候变化的影响幅度。

Zhou 等［5］对中国东、南部地区气候变暖幅度的研究发现，20世纪70年代末以来，城市化对这些地区造成的平均气温增温速率达到了0.05℃/（10a ），远高于以前的一些估计。

林学椿等［6-8］研究了1951—1989年中国气候变化，北京地区温度的年代际变化和热岛效应及北京城市化与热岛强度的关系。

唐国利等［9］研究了近44a 南京温度变化特征，通过不同类型城市间温度变化的差异反映了城市化影响的复杂性。

文中应用层次分析（AHP ）和非线性拟合的方收稿日期：2009-12－07；修订日期：2010-01－26.基金项目：江苏省科技项目（编号：BS2006059）.作者简介：周彦丽（1979—），女，硕士生，主要研究方向：大气物理及大气化学.E-mail ：hjzhao602@文章编号：1007-9033（2010）02-0043-05doi ：10.3969/j.issn.1007-9033.2010.02.006气象与减灾研究METEOROLOGY AND DISASTER REDUCTION RESEARCH第33卷第2期2010年6月Vol．33N o ．2Jun.2010C i P 1P 2…P n P 1b 11b 12…b 1n P 2b 21b 22…b 2n ……………P nb n 1b n 2…b nn法，分析了1980—2006年南京城市化进程，并在以往研究［10］的基础上，进一步探讨这一期间城市化发展对南京市城市增温的影响。

1研究区域概况与城市发展1.1研究区域概况南京地处长江下游的宁镇丘陵山区，范围为31°14′—32°37′N ，118°22′—129°14′E ，总面积6597km 2，其中市区面积976km 2。

城区历年平均气温16℃，最高气温43℃（1934年7月13日），最低气温-16.9℃（1955年1月6日）。

南京市是长江三角洲地区的特大城市，人口密集，高能耗企业众多，近些年来在城市化进程飞速发展的同时，也造成了该地区温室气体和污染物排放量显著增高，因此城市增温效应非常明显。

1.2南京市城市化发展南京是中国重要的快速发展的综合性工业生产基地，仅国内生产总值一项2006年的国内生产总值是1980年的10倍左右［11］，其发展可从以下几方面得到说明：（1）人口密度大，且增长快。

南京市人口1980年为203.29万人，到2006年增长到352.87万人（不包括江宁区和六合区人口，以下建成区面积亦同），人口密度比郊区翻番。

（2）市区规模扩大，建筑面积大。

建城区面积从116.9km 2扩张到399.94km 2，市区绿地面积尽管一直有所增加，一定程度上缓减了增温效应，但是绿地面积的增加速度还不足以与城市的发展速度相匹配。

（3）能源消耗增长快。

南京市能源消耗折合成标准煤从1980年的1.09×107t 上升到2006年的6.51×107t ，增长了5倍。

分析南京市1980—2006年能源消耗总量、人口数量、建城区面积3个城市化因子变化趋势（图略）发现，南京市城市化发展总体呈上升趋势，并表现出明显的阶段性，1990年以前城市发展较缓慢，进入20世纪90年代发展速度加快，2000年以后，城市化进程突飞猛进。

2资料来源及研究方法2.1资料来源本研究对南京市的人口、城市建设、能源消耗和城市气温资料方面的数据进行了收集、整理，主要包括研究所需的1980—2006年的人口数量、建城区面积、能源消耗总量、历年年平均最低气温、最高气温以及年平均气温这些统计数据。

2.2研究方法在整个城市化过程中，其中人口城市化、空间城市化和经济城市化3个城市化因子会直接影响城市的热环境变化，导致城市增温现象。

因此，分别选取人口因素、城区面积因素和能源消耗总量因素（分别作为上述三类城市化因子的表现形式）为主要研究对象，通过AHP 法来调查三大因子对城市气温升高的影响权重。

然后，采用非线性拟合法对三个权重因子进行拟合得到相对城市化的速率。

通过定量分析，探讨了城市化过程对城市增温的具体影响过程，并得到了城市化过程对城市增温的影响程度。

2.2.1层次分析法（AHP ）层次分析法［12］（AHP ）是系统工程中对人们的主观判断作客观描述、将定性分析与定量分析相结合的一种有效方法，其主要步骤：（1）确定目标和评价因素集。

（2）构造判断矩阵。

通过引用1—9的标度方法，将P i 因素在准则C i 下进行两两比较，可得到如上的判断矩阵。

其中，b ij ＝1，i=j ；b ij ＝1/b ji （i =1，2，...，n ；j =1，2，...，n）。

（3）求算各因素所占权重。

2.2.2城市化速率时间变化分析分别对人口数量、建成区面积、能源消耗总量作为城市化发展的3个衡量因子进行无量纲化处理，并进行数据标准化处理：X i ＝X i -Xmin X max -X i（i =1，2，...，n）（1）其中，n 为数据量；X min 为n 个数据中的最小值；X max 为n 个数据中的最大值；X i 为第i 个人口数据、土地利用数据、能源数据。

1980—2006年，这三个因素都是呈递增的趋势。

以1980年为基准，对数据分别进行标准化处理，经过无量纲处理后的数据在33卷气象与减灾研究440—1的范围内呈递增的趋势。

采用AHP 法对3个因素的权重赋值，方法是根据所选取的代表城市化的3个因素对于气温影响的程度赋初值以构造判断矩阵，求出该矩阵最大特征值所对应的单位特征向量，对此单位特征向量各分量进行归一化处理得到各城市化因子所占权重。

城市化的发展是非线性系统，其随时间的相对演变过程可以表示为d X t d t＝f x 1，x 2，...，x m （j =1，2，...，m）（2）其中，f 为关于X i 的非线性函数；m 为影响因子的数量（m =3）。

将式（2）在原点附近按照泰勒级数展开,得到f （U ）＝f （0）+a 1x 1+a 2x 2+...+a m x m +ε（x 1，x 2，...，x m）其中，f （0）＝0；a j =鄣f0鄣x j;ε（x 1，x 2，...，x m）为x i 的不低于二次方的解析函数。

得到表示城市化的近似线性系统：d U t =mj =1Σa j u j（3）采用式（3）进行加权，得到一个相对城市化变化的趋势线，将曲线进行非线性拟合，得到城市化的相对演化速率。

2.2.3城市化增温效应计算南京市气象观测站1980—2006年一直在南京市秦淮区，期间没有迁站历史。

由于市区气象观测站很少，又未设加密观测站，因此文中选取离主城区最近的南京市小较场气象站（32°00′N ，118°48′E ，海拔12.5m ）和江浦站（32°03′N ，118°37′E ，海拔9.8m ）的平均温度代表城区温度，选择以自然变化为主的远郊区的六合站（32°21′N ，118°50′E ，海拔14.1m ）、安徽省来安站（32°26′N ，118°28′E ，海拔46.4m ）及句容站（31°58′N ，119°12′E ，海拔36.0m ）三者的平均温度代表未受城市影响的区域温度变化。

可以认为，这些地区的温度变化受人类活动影响较少。

城市化的升温用城区的温度与远郊区站经过海拔订正的平均温度的差值来表示，海拔订正方法参考文献［7］。

3结果分析3.1城市化对城市增温的影响分析3.1.1城市化因子的AHP 权重评价根据AHP 法的要求和步骤，通过对原始数据进行初步分析，构造了对增温有影响的3个城市化因子表现形式（人口、建成区面积、能源消耗总量）的判断矩阵，经计算得到3个因子的权重分别为0.3108，0.1958，0.4934。

能源消耗总量所占权重最大，这与苏伟忠等［13］的研究结论相一致，即南京市高温区所在地主要分布在南京市的工业区，而并非出现在人口密集、经济繁荣的商业区以及居住区。

3.1.2城市化因子对城市增温的影响效应（1）城市化的相对演化速率。