济南市城市建设对城市气候的影响及对策研究

济南市城市建设对城市气候的影响及对策研究
张贝贝
摘要：政府间气候变化专门委员会(IPCC）第五次评估报告第一次工作组报告指出，有95%以上的把握认为气候变化是由人类的行为造成的。

本文在气候变化与城市规划国内外研究的基础上，对城市建设行为对城市气候变化的影响展开研究。

本文采用数理统计分析法、相关分析法、灰色关联分析法将济南市城市建设的数据如人口、建成区面积、绿化覆盖率、道路面积等数据和气象数据如温度、降水量、风速、空气质量等有关数据进行相关性分析，从而得出城市建设与气候变化的关系。

本文在济南市近20年的统计数据分析的基础上，定性、定量地描述了各指标值之间的相关程度。

根据分析结果得出城市人口的增加和建成区面积的扩张影响城市温度的升高；城市绿地能有效改善城市空气质量；城市道路面积影响城市风速等，分析验证了“城市建设是引发各类城市气候问题的主要因素”。

根据定性、定量分析的结果，文章从城市的土地利用、产业布置、交通出行、绿化系统、建筑节能五个方面提出相应的规划对策和措施。

关键字：气候变化，城市建设，相关分析，城市规划，土地利用
1.前言
在全球范围内，各个地方的热岛效应、大气污染等气候问题普遍增多，极端天气出现频率也呈上升趋势。

2007年，政府间气候变化专门委员会公布的第四次评估报告指出：从1906年到2005年，全球地表平均温度升高0.74℃；2005年全球大气二氧化碳浓度为百万分之379，为65万年来最高；与1980年到1999年这20年相比，21世纪末全球平均地表温度可能会升高1.1～6.4℃；21世纪高温、热浪以及强降水频率可能增加，热带气旋（台风和飓风)强度可能加强。

[1]
2013年9月，政府间气候变化专门委员会(IPCC)在瑞典斯德哥尔摩，通过了第一次工作组报告，新的评估报告较2007年发布的第四次评估报告相比，认为气候问题更加严峻，且而有95%以上的把握认为气候变化是人类的行为造成的。

[2]
气候分析是基于气象监测数据及其分析成果，展示某一城市或地区的区域与气候现状与发展预期，分析土地的气候功能，为城市规划提出规划措施建议。

[3]近年来，随着气候问题的日益严峻，很多学者展开了城市规划与气候变化的相关研究。

顾朝林[4][5][6]等人研究了气候变化、城市碳排放与城市发展之间的关系，提并出了我国低碳城市规划研究的理论框架和
研究内容。

刘姝宇[7]等人在对德国规划设计工作方法及其实践案例进行分析的基础上，提出了德国解决气候问题为导向的城市建设指导规划，为我国城市规划工作提出必要的参照。

王增如[8]对城市规划和大气环境的相互作用提出了疑问，并提出了治理大气环境的相关对策。

何健[9]等人在分析对成都市大气环境质量的基础上，从城市规模、城市形态、交通规划等角度分析了城市规划对空气质量的影响。

城市建设是引发各类城市气候问题的主要因素。

在城市中，人类的城市建设行为必将影响城市气候变化，但其影响的程度和作用方式有待研究。

本文主要基于气象分析和城市规划研究的基础上，对城市建设行为与城市气候问题的关系展开研究，并提出相应规划对策和措施。

2.研究数据和方法
2.1研究区域
对研究区域的选择有着三个主要标准：
第一，一个有经济基础的地区，近年来城市建设活动频繁，城市面貌和特征发生变化，城市气候特征明显的地区。

第二，该研究有时间约束的，需要满足第一个条件的同时，涉及的数据必须连续而准确。

第三，研究区域的面积与人口的多样化的社会经济特征是必要的，且地域文化特征明显，具有代表性。

基于上述标准，山东省济南市被选为研究区域，因为它不仅满足以上的条件，也是华东地区的城市的代表之一。

济南市是山东省的省会，山东省的政治、文化、教育中心，位于首都经济圈和长三角经济圈的链接区，也是山东省省会城市群经济圈的核心城市。

济南市历史文化悠久，是国家历史文化名城，境内独特“家家泉涌，户户垂杨”的景观特色，俨然成为泉城济南的城市文化符号。

济南市辖历下区、市中区、槐荫区、天桥区、历城区、长清区、章丘市、平阴县、济阳县、商河县，共6区、1市、3县。

本文以济南市市区为研究对象，包含历下区、市中区、槐荫区、天桥区、历城区、长清区六区。

2013年末，济南市户籍总人613.25万人，人口密度为750人/平方公里，济南属于暖温带大陆性气候，春季干燥少雨，多西南风；夏季炎热多雨，秋季天高气爽；冬季严寒干燥，多东北风。

年平均气温13.5℃-15.5℃，全年无霜期
230天左右，降水量600-900毫米。

①
2.2研究数据
2.2.1数据构成
研究人类的建设行为对城市气候变化的影响，需要构建出城市建设和城市气候的指标体系，通过两组数据的数理统计分析，从而得出两者的相关程度。

表征城市气候特征的数据有很多，本文收集了具有代表特征的气象数据，其中，主要包括：平均温度、最高温度、最低温度、全年降水量、全年日照时数、年平均风速、吸入颗粒年均浓度等；济南极端天气出现频率、持续时间等。

城市建设不是某一个简单的行为，而是一种多方面的、复杂的、具有过程性的活动，城市建设也不能简单用一两种指标来进行评价，因此本文采用部分能够明显表征城市建设的指标。

城市建设资料主要为：城市年均人口、建成区面积（市辖区）、建成区绿化面积、建成区绿化覆盖率、道路面积等；还有部分工业排放数据主要包括：工业SO2排放量、工业粉尘排放量等。

2.2.2数据来源
本文搜集整理了1990年至2013年济南市的气象数据和城市建设相关数据。

本文中涉及的数据主要包含气象数据和城市建设等数据，大多数数据来源于历年《济南市统计年鉴》，部分数据来源于《中国城市统计年鉴》。

但仍然有部分数据无法获得，需作为缺失分析，或者通过合理的假设以及估算得出。

（详见表2-1、表2-2）
表2-1：济南市近十年气象数据②
项目/年份平均温度
（℃）
全年降水量
(毫米）
全年日照时
数（小时）
年平均风速
（米/秒）
吸入颗粒（PM10）
年均浓度
(微克／立方米)
空气良好以
上天数（天）
空气质量优
良率（%）
1990 13.8 844.9 2424 2.5
1995 14 636.2 2501.8 2.5 48
2000 14 636.7 2400.3 2.6 183
2005 13.6 720.6 2378.9 2.8 127 262 71.80% 2006 14.5 555.9 2131.9 2.7 114 307 84.10% 2007 14.4 614.0 2056.2 2.3 118 311 85.20%
①济南统计年鉴. 2014. 济南市统计局, 国家统计局济南调查队编.北京:中国统计出版社
②气象数据中的空气良好天数、吸入颗粒年均浓度、空气质量优良率数据部分年份数据不全，作为缺失数据分析
2008 14 613.2 2214.7 2.4 126 295 80.80% 2009 13.9 723.9 2254.9 2.6 123 295 80.80% 2010 13.6 762.2 2198.9 3.1 117 308 84.40% 2011 13.4 615.8 2197.5 2.8 103 320 87.70% 2012 13.6 560.6 2241.4 2.7 154 208 60.00% 2013 13.9 708.5 2386.1 2.6 191 108 29.60%
数据来源：《济南市统计年鉴》、《中国城市统计年鉴》
表2-2：济南市近十年城市建设相关数据③
项目/年份年均人口
（万人）
建成区面
积（平方公
里）
建设用地
占总用地
面积的比
例（%）
绿地面积
（公顷）
建成区绿
化覆盖率
（%）
工业SO2排
放量（吨）
工业粉尘
排放量
（吨）
道路面积
（万平方
米）
1990 226.94103
1995 296.90114 3466 26.90
2000 315.19120 6.66 7137 39.1070027 22975
2005 344.80295 7.31 7859 39.0079117 24691 4128 2006 350.08305 9.36 9384 36.5472833 21132 5207 2007 352.50315 9.67 10151 36.8075084 20546 5137 2008 351.47326 9.95 10275 36.4368412 20359 5554 2009 349.24336 10.29 10967 36.4765944 20146 6461 2010 348.13347 10.65 11667 37.0470297 19709 6940 2011 348.73355 10.9 11956 37.08109299 103115 7458 2012 350.81363 11.15 12349 38.02103187 51609 8337 2013 353.80372 11.42 12858 38.9681118 47117 8572
数据来源：《济南市统计年鉴》、《中国城市统计年鉴》2.3研究方法
2.3.1数理统计分析
数理统计分析是气象分析的基本方法，通过对气象和城市建设原始数据的整理和分析，从而获得变化趋势，把有代表性的统计值作为气候影响评价的基础资料。

数理统计分析方法的出的统计值可以反映出气候变化的趋势和水平、离散程度，以及城市建设的主要特征及趋势，以推断其总体规律性，为城市规划决策作出判断。

2.3.2相关分析
虽然气候变化和城市建设行为具有不确定性，难以找出两者的变化规律，但是通过大量③年均人口指的是常住人口；城市建设资料部分年份数据不全，作为缺失数据分析
的数据分析比较，有助于从大量的偶然因素中提取出其中的必然因素，从而找到气候变化和城市建设之间的相关性。

相关分析主要分析多个指标之间的相关程度，用来研究各个指标之间的相互关系，并以此作为规划决策的重要依据。

收集到的气象数据和城市建设数据利用相关分析法，来判断两者某些因素的相关程度。

具体过程如下：
对于两个要素X 和Y,如果它们的样本值分别为x i 和y i (i=1,2,3,…,n),则它们之间的相关系数被定义为：
∑-∑-∑===--=
n
i n i n i
i
xy
y y x x r
i
i y y
x x 1
2
1
2
1
i _
_
)
()(_
_
)
)((
相关系数是描述相关关系强弱程度和方向的统计量，通常用r 表示。

相关系数的取值在（-1）和1之间。

若r 为正，则表明两变量正相关；若r 为负，则表明两变量负相关。

相关系数r 的数值越接近1，表示相关系数越强；越接近0，则表示相关系数越弱。

④
一般情况下，相关程度可划分为三级：
若|r|<0.4，则为低度线性相关；若0.4≤|r|<0.7，则为显著性相关；若0.7≤|r|<1，则为高度线性相关。

将表2-3和表2-4中的数据带入上述公式，即可得出各个数据间的相关系数，从而判断两者的相关程度。

2.3.3灰色关联分析
对于两个系统之间的因素，其随时间或不同对象变化的关联性大小的量度，称为关联度。

在系统发展过程中，若两个因素变化的趋势具有一致性，即同步变化程度较高，即可谓二者关联程度较高；反之，则较低。

因此，灰色关联分析方法，是根据因素之间发展趋势的相似或相异程度，亦即“灰色关联度”，作为衡量因素间关联程度的一种方法。

⑤
将气象因子值与城市建设的因子值视为一条线上的点，比较因子值所绘曲线之间的贴近度，计算出各因素间的关联度，通过分析比较各个关联度来识别、判定城市建设对气候变化的影响程度。

计算关联程度的过程如下：
④ Pearson k. Mathematical contributions to the theory of evolution (Ⅲ):Regression,heredity,and
panmixia.Philo-sophical Transactions of the Royal Society of London.Series A.Containing Papers of a Mathematical Character,1895.187:253-318
⑤ 谭学瑞,邓聚龙. 灰色关联分析：多因素统计分析新方法[J]. 统计研究,1995,03:46-48.
对于一个参考数列X 0有若干个比较数列X 1, X 2,…, X n ，各比较数列与参考数在曲线中的各点的关联系数ξ（X i ）可由下列公式算出：其中 ρ为分辨系数，ρ>0，通常取0.5。

所以灰色关联系数ξ（X i ）也可简化如下列公式：
(max)
)((max)
(min)∆+∆∆+∆=
ρρξk oi oi
其中：Δmin 为第二级最小差；Δmax 为两级最大差；Δoi (k)为各比较数列X i 曲线上的每一个点与参考数列X 0曲线上的每一个点的绝对差值。

关联度r i 作为比较数列与参考数列间关联程度的数量表示，即曲线中的各点的关联系数的其平均值，其公式如下：
)(11
k N
r N
K i i ∑==
ξ
将表2-3和表2-4中的数据带入上述公式，即可得出各个数据间的灰色相关系数，从而判断两者的灰色相关程度。

3.结果与讨论
3.1温度变化与城市建设的关系分析
将与济南市的温度的相关数据，平均温度、最高温度、最低温度分别和人口、城市建设用地、绿化、道路面积等数据代入，由SPSS 分析软件得出各个数据间的相关系数。

(详见表3-1）
表3-1：济南市温度变化与城市建设的相关系数⑥
年均总人口数 建设用地 绿化
道路面积 建成区面积 建成区占比 绿地面积 绿化覆盖率 年平均温
度
Pearson 相关性
0.497 0.23 -0.214 -0.291 -0.19 -0.437 显著性（双侧）
0.084 0.45 0.553 0.385 0.575 0.239 N
13 13 10 11 11 9 最高温度 Pearson 相关性
0.513 0.514 -0.178 0.238 0.426 -0.33 显著性（双侧）
0.073 0.072 0.622 0.482 0.191 0.386 N
13
13 10 11 11 9 最低温度 Pearson 相关性 0.754**
0.44 -0.305 -0.556 -0.481 -0.543 显著性（双侧）
0.003 0.133 0.391 0.076 0.134 0.131 N
13
13
10
11
11
9
数据来源：编者计算整理得出
⑥ **在0.01水平（双侧）上显著相关；*0.05水平（双侧）上显著相关
根据表3-1可知，济南市的年平均温度、最高温度、最低温度与年均人口的相关系数分别为0.50、0.51、0.75，|r|≥0.4，则为显著相关，其中最低温度与年均人口的相关系数高达0.75，为高度线性相关；建成区面积与最高温度、最低温度的相关系数分别为0.51、0.44，为显著相关。

值得指出的是温度与绿化面积和绿化覆盖率呈负相关，则表明城市绿化对减缓城市温度升高有明显作用。

3.2全年降水量与城市建设的关系分析
将与济南市的全年降水量分别和人口、城市建设用地、绿化、道路面积等数据代入，得出各个数据间的相关系数。

(详见表3-2）
表3-2：济南市降水量变化与城市建设的相关系数
年均总人口数
建设用地绿化
道路面积建成区面积建成区占比绿地面积绿化覆盖率
全年降水
量Pearson相关性 -0.208 -0.097 -0.027 0.098 0.14 -0.061
显著性（双侧）0.495 0.753 0.94 0.774 0.682 0.876 N 13 13 10 11 11 9
数据来源：编者计算整理得出
根据表3-2可知，济南市全年降水量与年均人口的相关系数为-0.21，为低度线性相关；济南市全年降水量与城市建设用地面积、建设用地比例、绿地面积、建成区绿化覆盖率、道路面积的相关系数都比较小，相关性也很弱，换言之没有相关性。

总的来说济南市全年降水量与各城市建设相关系数极低，可视为两者无相关性。

3.3风速变化与城市建设的关系分析
将与济南市的年平均风速分别和人口、城市建设用地、绿化、道路面积等数据代入，得出各个数据间的相关系数。

(详见表3-3）
表3-3：济南市风速变化与城市建设的相关系数
年均总人口数
建设用地绿化
道路面积建成区面积建成区占比绿地面积绿化覆盖率
风速Pearson相关性 0.314 0.384 0.109 0.289 0.268 0.244
显著性（双侧）0.296 0.196 0.764 0.389 0.426 0.527 N 13 13 10 11 11 9
数据来源：编者计算整理得出
根据表3-3可知，济南市全年平均风速与年均人口的相关系数为0.31，为低度线性相关；济南市年均风速与城市建设用地面积、绿地面积、建成区绿化覆盖率的相关系数都小于
0.4，相关性较弱；济南市年均风速与道路面积的相关系数为0.44，为显著相关，表明城市道路一定程度上增大了通风面积。

3.4空气质量变化与城市建设关系分析
将与济南市的吸入颗粒年均浓度、空气良好分别和人口、城市建设用地、绿化、道路面积、工业排放量等数据代入，得出各个数据间的相关系数。

(详见表3-4）
表3-4：济南市空气质量变化与城市建设的相关系数⑦
年均总人
口数
建设用地绿地工业排放
道路面
积建成区面
积
建成区占
比
绿地面
积
绿化覆盖
率
SO2排放
量
粉尘排
放量
可吸收颗粒物浓度Pearson相关性0.363 0.248 -0.14 0.503 0.821** -0.055 -0.077 0.574 显著性（双侧）0.273 0.463 0.7 0.115 0.002 0.88 0.832 0.106 N 11 11 10 11 11 10 10 9
空气良好天数Pearson相关性-0.433 -0.548 -0.349 -0.459 -0.767* -0.189 -0.123 -0.584 显著性（双侧）0.244 0.127 0.358 0.214 0.016 0.626 0.752 0.099 N 9 9 9 9 9 9 9 9
数据来源：编者计算整理得出
根据表3-4可知，济南市吸入颗粒年均浓度与年均人口、城市建设用地面积的相关系数为0.36、0.25为低度线性相关；济南市吸入颗粒年均浓度与道路面积的相关系数为0.57，为显著相关，表明城市道路面积越大，汽车通行量越大，则排放的汽车尾气较多，在一定程度上加剧了可吸入颗粒物的浓度。

济南市空气良好以上天数与年均人口的相关系数为-0.44，为显著线性相关，人口数量的增多，在某种意义上表明需求和排放量的增多，加剧了城市气候的变化；济南市空气良好以上天数与绿地面积、建成区绿化覆盖率的相关系数为-0.46、-0.76，呈显著相关性，绿化面积的增加在一定程度上有利于改善空气质量；济南市空气良好以上天数与工业SO2排放量、工业粉尘排放量的相关系数为-0.63、0.75为显著相关，工业废气的排放加剧了城市空气的污染。

4.规划对策和措施
由上述结论可以得出，根据分析结果得出：城市人口的增加和建成区面积的扩张影响城市温度的升高；城市绿地能有效改善城市空气质量；城市道路面积影响城市风速等，再次分⑦**在0.01水平（双侧）上显著相关；*0.05水平（双侧）上显著相关
析验证了“城市建设是引发各类城市气候问题的主要因素”。

城市建设过程中采取何种措施能减少对城市气候的影响，是现在城市规划过程中值得探讨的一个重要议题。

从能源供应和使用的角度分析，减缓气候变化的城市规划响应措施可分为三个方面，一是在能源使用端减排，通过土地的紧凑使用和混合使用及倡导公共交通等手段减少能源使用;二是在能源供应端减排，通过采用新型的清洁能源减少温室气体排放;三是增加碳汇，通过加强城市绿化提高城市环境的碳汇能力。

[10]
下面分别从土地利用、产业集群、交通出行、绿化系统、建筑节能五个方面，探讨减缓对气候变化的几大策略。

图1：城市建设与气候变化关系示意图
图片来源：编者自绘4.1合理的土地利用
城市建设活动最直接的影响就是土地的开发利用，而城市土地是否合理利用直接影响到城市的发展，这也是城市气候问题产生的关键之所在。

结合我国地少人多的国情，强化城市用地合理组织，使得有限的空间能够满足更多对建筑以及场地的需求。

所以，合理有效的土地利用不仅能够保证城市有效运转而且也能有效减缓城市气候变化。

通过以下几个方面来促进城市土地合理有效的利用。

第一，应规划确定好城市空间增长边界，形成紧凑的城市空间形态，避免无序的城市扩张，以保证城市周边的农业等其他自然生态的用地。

⑧第二，应该鼓励旧城开发，提高土地利用效率，以保证土地的开发强度。

第三，通过提高土地使用兼容性，鼓励功能混合，以及合理有效的城市功能布局，以减少城市
⑧于静．规划蓝天-紧凑城市与轻松呼吸[M]．北京：中国建筑工业出版社，2014：244-245
不必要的通勤。

第四，以最少流通耗费原理为基础，衡量选择各类城市用地的布局，从而城市土地利用的合理高效性。

第五，提倡多中心的城市发展模式，以及新城建设中的职住平衡，减少分散式交通。

[11]
4.2高效的产业集群
城市人口密度较高，同时也是二、三产业的集聚地，城市产业集群是否合理高效的布置是城市是否高效运行，资源是否合理利用以及城市气候问题能否有效缓解的关键所在。

通过以下几方面促进城市产业集群的合理布置：
第一，充分发挥城市产业的“集聚效应”，合理有效的集聚能够有效地节约城市内部企业在总生产成本上，提高资源利用效率，并且可以维系城市土地的集中开发。

第二，通过合理引导城市产业的升级、转行，提高产业的现代化水平，从而营建高效的产业集群。

第三，通过加强管控企业生产过程中的温室气体及污染物的排放，从而减少产业的负外部效应，提高城市环境质量。

4.3绿色的交通出行
城市交通系统是温室气体排放的一个重要来源，也是产生城市问题的一个重要方面。

绿色的交通出行方式是缓解交通问题的关键，也是缓解城市问题的一个重要方面。

可以通过下面几个对策发展绿色交通出行：
第一，建立城市土地利用相耦合的交通体系，鼓励公交导向下的城市土地开发模式，从根本上解决城市交通问题。

第二，倡导公交优先的城市交通模式，优化城市公共交通体系，构建舒适的、以人为本的慢行交通网络。

第三，加强交通系统的现代信息网络建设，实施有效的交通拥堵管理，并提高静态交通设施的使用效率。

第四，鼓励使用清洁能源，加强清洁能源的配套设施建设和管理，减少交通设施的负外部效应。

4.4完善的绿化系统
将城市比作一个有机体，那么绿化就是城市的肺，完善的城市绿化系统可以帮助城市调节局部小气候，改善城市空气质量，抵抗高温热浪。

通过以下几个方面构建完善的绿化系统：第一，控制和保护现有的城市绿地，保护城市郊区及外围的绿化。

第二，利用河流、湖泊、现有绿化等构建城市绿色廊道，作为城市通风廊道，也可以提高城市生态环境。

第三，城市绿化采用点线面相结合的布局方式，连接成一个整体，共同优化调节城市环境。

第四，
倡导建筑立体绿化、屋顶绿化等，在有限的空间里提高城市绿化面积，减缓城市气候变化。

4.5低碳的绿色建筑
城市的建筑密度和开发强度较高，建筑作为人类生活和工作的必要物质空间，是城市必不可少的有机组成部分之一，也是解决城市气候问题的重要方面。

随着城市人口的不扩张，人们对建筑的需求也与日俱增，低碳绿色环保的建筑是时代发展的需求，也是缓解城市气候问题的重要手段。

通过下面几种措施建造低碳的绿色建筑：
第一，通过营造建筑良好的自然采光和通风条件，来减少人工照明和通风，从而达到节能的目的。

第二，充分利用太阳能等清洁能源，为建筑内部提供能源。

第三，改变建筑物顶层的建筑材料，储蓄雨水，打造屋顶花园。

第四，建造智能化、信息化管理系统，提高建筑管理系统，减少人力物力损耗。

5.结语
在全球气候变化的大背景下，中国也面临着日趋严重的气候问题，灾害多发、环境污染、易受气候影响已成事实，现在应该加强对气候变化的一系列研究，提高对气候变化的应对能力。

城市不合理的城市建设是城市气候发生变化的原因，也是易受气候变化影响的“重灾区”，而城市规划作为引导城市建设和发展的重要手段，应该从技术和政策等方面加强城市应对气候变化的能力。

城市规划部门应尽早整合规划与气候变化之间的关系，考虑到土地的合理利用来减缓和适应城市气候变化，并及时采取新的措施，应对气候变化带来的不利影响。

应对城市气候变化需要城市规划部门和其他学科和部门协作，突破现有的学科局限性，借助其他学科领域的理论和技术方法，向多学科融合的科学化方向发展。

同时，应利用现有的信息技术，如大数据、信息平台等技术手段为城市规划部门提供监测、评估等，更科学应对气候变化变化。

“海绵城市”是现在倡导一种“弹性规划”，能更好地适应气候变化，提高城市的抗灾能力。

海绵城市为城市未来建设提供了一种新的、科学的、弹性的发展模式。

应对气候变化的城市规划任重而道远，本文就城市的土地利用、产业布置、交通出行、绿化系统、建筑节能五个方面提出应对、改善城市气候的规划对策和措施。

未来如何应对和整合城市气候变化是城市规划后续研究的重点内容。

参考文献
[1]政府间气候变化专门委员会．IPPC 气候变化 2007 年综合报告［Ｒ］．政府间气候变化专门委员会， 2007
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作者简介
张贝贝，山东建筑大学，在读研究生。