張明潔， 李文韜， 張京紅， 張亞杰

（1.海南省氣候中心，?？?570203； 2.海南省氣象局，海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海口 570203）

?？谑惺巧鷳B(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，屬于熱帶季風海洋性氣候，氣象災害頻發(fā)，氣候變化下臺風、強降水、高溫等極端氣候災害引起的城市內(nèi)澇、風暴潮、干旱等次生災害對該市的社會發(fā)展和人民生活造成了嚴重影響，如2008年初的寒潮、2014年的超強臺風“威馬遜”、2015年5月中旬—6月下旬歷史同期罕見的高溫天氣過程等.

氣候承載力是氣候系統(tǒng)對可持續(xù)發(fā)展的承載能力，指在一定的時間和空間范圍內(nèi)，氣候資源（如光、溫、水、風等）對社會經(jīng)濟某一領(lǐng)域（如農(nóng)業(yè)、水資源、生態(tài)系統(tǒng)、人口、社會經(jīng)濟規(guī)模等）乃至整個區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的支撐能力［1］. 關(guān)于氣候承載力，國內(nèi)外學者也做過相應研究，閆勝軍等［2］、盧燕宇等［3］、吳翔等［4］、岳溪柳等［5］從天然氣候資源、氣候壓力、適應和應對能力等方面各有側(cè)重的選取評價指標，建立評估模型，分別對上海、皖江城市帶、南昌市、北京地區(qū)等內(nèi)陸城市的氣候承載力進行了評價分析，但總體上對氣候承載力的研究還處于起步階段，在評價體系的建立、評估指標、技術(shù)方法以及研究區(qū)域上還有待進一步深入、完善和擴展.

另一方面，由歐洲環(huán)境局制定的DPSIR（Driving forces-Pressure-State-Impact-Response）模型［6］，將一個系統(tǒng)的評價指標分為驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響力和響應等5種類型體系，每種類型體系又分成若干種指標，并且涵蓋自然資源利用、環(huán)境保護和社會經(jīng)濟發(fā)展等多個領(lǐng)域，具有內(nèi)容全面、邏輯性強等優(yōu)點，已被廣泛應用于城市、土地、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展等諸多領(lǐng)域并取得了一定的研究成果［7-10］. 該模型可以將城市氣候安全及相關(guān)的環(huán)境問題、社會經(jīng)濟發(fā)展狀況、政府政策導向等方面按照因果順序有機的整合在一起，為評估城市氣候承載力提供了較好的研究思路，具有很強的指導作用.

基于氣候承載力評估研究中評估指標構(gòu)建、評估方法選取存在的差異，借鑒已有的研究成果，在DPSIR概念模型（圖1）指導下，結(jié)合對海口市的氣候特征、社會經(jīng)濟發(fā)展狀況的分析，對?？谑袣夂虺休d力進行評估研究. DPSIR框架下的城市氣候承載力評估以城市氣候資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展為基礎(chǔ)，保障人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟、社會、交通等城市系統(tǒng)內(nèi)部要素協(xié)調(diào)發(fā)展，能夠探索發(fā)現(xiàn)制約城市氣候承載力均衡發(fā)展的“木桶效應”［11］. 本文從驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響力和響應能力等角度出發(fā)，建立了一套由一系列既具有層次性和結(jié)構(gòu)性，又相互聯(lián)系、相互獨立的指標構(gòu)成的城市氣候承載力評價指標體系，并采用主客觀相結(jié)合的方法賦予各指標權(quán)重，在此基礎(chǔ)上建立?？谑袣夂虺休d力綜合評估指數(shù)，開展?？谑袣夂虺休d力評估研究.

圖1 城市氣候承載力DPSIR概念模型Fig.1 DPSIR conceptual model of urbanclimate carrying capacity

1 數(shù)據(jù)來源

研究過程中評價指標的原始數(shù)據(jù)主要包括氣象數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性，氣象數(shù)據(jù)來源于海南省氣象局數(shù)據(jù)庫2000—2017年氣溫、降水、相對濕度、日照時數(shù)、風速等氣象觀測數(shù)據(jù)；人口密度、耕地面積、國民生產(chǎn)總值等統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于2000—2017年的《海南省統(tǒng)計年鑒》和《?？谑薪y(tǒng)計年鑒》.

2 研究方法

2.1 評價指標體系的建立

根據(jù)前文的分析，針對城市氣候承載力評價的要求，按照全面性、代表性、科學性和可獲得的原則，在DPSIR框架模型指導下，從驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響力和響應能力等角度出發(fā)，歸納選取反映城市氣候承載力的各項指標. 并運用因子分析、征詢有關(guān)專家意見等對指標進行取舍，建立了氣候承載力評價指標體系，以期能全面反映?？谑袣夂虺休d力狀況.

2.1.1 驅(qū)動力 系城市氣候承載力發(fā)生變化的潛在原因，主要指人類經(jīng)濟社會活動狀況及氣候自然變化規(guī)律等. 研究過程中通過對比分析，選擇能夠代表影響氣候承載力的人類活動和氣候指標作為驅(qū)動力的評價因子.

2.1.2 壓力 系驅(qū)動力作用帶來的結(jié)果，是直接施加于氣候承載力并能夠促使其發(fā)生變化的原因. 人類活動和社會經(jīng)濟生產(chǎn)活動給氣候系統(tǒng)帶來的壓力直接反映了人類生存環(huán)境的質(zhì)量和社會經(jīng)濟發(fā)展中存在的問題. 因此選用?？谑谐鞘泻蜕鐣?jīng)濟發(fā)展方面的指標作為壓力評價因子.

2.1.3 狀態(tài) 系氣候承載力基于上述壓力下所處的狀況，主要表現(xiàn)為氣候資源及其對經(jīng)濟社會發(fā)展的支撐力水平. 選擇能夠反映城市氣候狀況的指標作為狀態(tài)的評價因子.

2.1.4 影響力 系城市氣候承載力所處的狀態(tài)對社會經(jīng)濟發(fā)展和自然資源環(huán)境的影響，選擇能夠代表這種影響的社會經(jīng)濟統(tǒng)計指標和災害統(tǒng)計指標作為影響的評價因子.

2.1.5 響應力 系針對狀態(tài)和影響中具體指標的變化趨勢所采取的對策和制定的積極政策，受社會經(jīng)濟發(fā)展水平、經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)、科技發(fā)展創(chuàng)新、生活環(huán)境改善等多種因素影響. 因此，從這幾個方面選擇污染治理、環(huán)境投資、科技投入等作為評價因子.

以上具體選擇的各項指標見表1.

表1 海口市氣候承載力評價指標體系及其權(quán)重Tab.1 The evaluation index system and weight of climate carrying capacity of Haikou

2.2 復合指標的計算

評價指標中的復合指標氣候生產(chǎn)潛力和綜合舒適度指數(shù)的計算方法如下：

2.2.1 氣候生產(chǎn)潛力 氣候生產(chǎn)潛力指一個地區(qū)光、熱、水等要素的數(shù)量及其配合協(xié)調(diào)程度，本文采用Thomthwaite Memorial 模型計算氣候生產(chǎn)潛力. 該模型以實際蒸散量為變量，綜合了光、溫、水等氣候因子，是代表性較強的綜合氣候指標［12-13］，計算公式如下：

2.2.2 綜合舒適度指數(shù) 采用基于溫濕指數(shù)和風效指數(shù)建立的綜合舒適度指數(shù)作為計算?？诰幼…h(huán)境舒適度的評價指標：R=0.65×H+0.35×K［14］. 其中，H和K分別代表溫濕指數(shù)和風效指數(shù)，計算方法見《人居環(huán)境氣候舒適度評價》（GB/T 27963—2011）［15］.

2.3 權(quán)重的確定

評價指標的權(quán)重既是其在評價體系中重要程度和貢獻大小的體現(xiàn)，也直接影響到評估結(jié)果的精度、客觀和公正. 采用熵權(quán)法和層次分析法分別確定客觀權(quán)重和主觀權(quán)重，并將二者相結(jié)合得到的綜合權(quán)重作為評價指標的權(quán)重，可以更加全面、準確地反映評價指標的重要程度.

為了消除指標量綱不同帶來的不利影響，首先采用離差標準化方法對指標進行歸一化處理［11］.

正向指標：

逆向指標：

式中：Xi為無量綱化處理后第i個指標的均一化值，范圍0～1；Xmax和Xmin分別為該指標的最大值和最小值.

然后分別采用層次分析法和熵權(quán)法對評價指標進行主觀和客觀賦權(quán).

1）層次分析法. 城市氣候承載力評價指標體系分3個層次（表1），根據(jù)專家對各指標兩兩比較后按照1～9比率標度法進行打分，分別構(gòu)造準則層對目標層的判斷矩陣和指標層對準則層的判斷矩陣，參考文獻［16-17］的方法，計算得到各指標的權(quán)重.

2）熵權(quán)法. 熵權(quán)法利用評價對象在某項指標上值的差異大小來確定權(quán)重，是一種客觀的綜合評價方法. 根據(jù)熵的特性，通過計算熵值來判斷某個指標的離散程度，離散程度越大，該指標對綜合評價的影響越大，則其權(quán)重越大［23-25］. 步驟如下：

①假設(shè)有n個評價對象，每個評價對象有m個指標，計算第i項指標的信息效用值di：

3）綜合權(quán)重. 參考文獻［7］的方法計算評價指標的綜合權(quán)重：

由此得到各評價指標的綜合權(quán)重（表1），在評價指標體系的33 個指標中，權(quán)重排在前25%的指標依次是：第三產(chǎn)業(yè)占比、民用汽車擁有量、貨物周轉(zhuǎn)量、城鎮(zhèn)化率、年降水量、竣工房屋面積、旅客周轉(zhuǎn)量、人均糧食產(chǎn)量. 這個排序結(jié)果與進入21世紀以來海口市的經(jīng)濟發(fā)展、人口問題、旅游業(yè)發(fā)展、第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展、國際旅游島建設(shè)、國家“一帶一路”倡議帶動等密不可分. 進一步分析發(fā)現(xiàn)，各分系統(tǒng)中權(quán)重較大的指標分別是城鎮(zhèn)化率、貨物周轉(zhuǎn)量（區(qū)位優(yōu)勢重要）、年降水量、人均糧食產(chǎn)量、第三產(chǎn)業(yè)占比，說明這5個指標是影響?？谑袣夂虺休d力的關(guān)鍵因素，也是未來相關(guān)政策措施的主要作用點.

2.4 評估模型的建立

基于DPSIR概念模型，利用城市氣候承載力的驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響和響應5個因子，構(gòu)建定量化的評估模型：

其中：Y表示城市氣候承載力；D、P、S、I、R分別表示5個因子；W1、W2、W3、W4、W5分別為5個因子權(quán)重.

根據(jù)建立的?？谑袣夂虺休d力評價指標體系（表1），采用加權(quán)指數(shù)求和的方法得到驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、響應和影響5個指數(shù)，見式（7）～（11）：

式中：Di和di分別代表表征驅(qū)動力水平的評價指標及其權(quán)重（表1）；Pi和pi分別代表表征壓力水平的評價指標及其權(quán)重；Sk和sk分別代表表征氣候承載力狀態(tài)水平的評價指標及其權(quán)重；Ia和ia分別代表表征影響水平的評價指標及其權(quán)重；Rb和rb分別代表氣候承載力響應水平的評價指標及其權(quán)重.m、n、l、q、t分別為驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、響應和影響5個方面的指標個數(shù).

3 結(jié)果分析

將各指標標準化后的值及其權(quán)重代入氣候承載力定量評估模型式（6）～（11），得到2000—2017 年海口市氣候承載力的評估值（圖2）.

圖2 2000—2017年?？谑袣夂虺休d力及其指標值變化Fig.2 The climate carrying capacity of Haikou and its sub-index change from 2000 to 2017

1）驅(qū)動力. 由圖2 可以看出，2000—2017年海口市氣候承載力的驅(qū)動力指數(shù)先微弱上升，從2001 年開始下降，2003 年后開始穩(wěn)定上升，在2014年達到峰值后出現(xiàn)下降，2016年又開始上升，總體上驅(qū)動力指數(shù)處于逐年緩慢上升狀態(tài). 從指標層面分析，除耕地面積在波動中下降外，其余指標總體上均處于上升態(tài)勢，但波動情況差異較大. 人均地區(qū)生產(chǎn)總值和城鎮(zhèn)化率增長較快，分別是研究初期（2000年）的4.23倍和1.15倍，特別是人均地區(qū)生產(chǎn)總值，在驅(qū)動力系統(tǒng)中所占權(quán)重較大，且處于穩(wěn)定上升狀態(tài)，成為影響驅(qū)動力水平的主要因素. 驅(qū)動力水平的上升狀態(tài)也表明?？谑袣夂虺休d力的驅(qū)動力系統(tǒng)狀態(tài)良好，是氣候承載力水平不斷增長的重要保障.

2）壓力. 隨著驅(qū)動力的增強，?？谑袣夂虺休d力所承受的壓力總體上呈現(xiàn)快速上升趨勢，具體可分為3個階段：2000—2008年逐年穩(wěn)定上升階段，并在2008年局部達到最大值. 此后，在2009年明顯下降后又回歸波動上升態(tài)勢. 壓力指數(shù)的變化是由于?？谑凶鳛楹Ｄ鲜〉恼?、經(jīng)濟、科技、文化中心和國家“一帶一路”倡議支點城市，區(qū)位優(yōu)勢特殊，隨著國際旅游島建設(shè)加快，其城市化快速發(fā)展. 由于科技水平的提高和生產(chǎn)技術(shù)的革新，單位GDP能耗不斷下降，隨著人口增長和社會發(fā)展，城市竣工房屋面積、民用汽車擁有量、旅客周轉(zhuǎn)量急劇增加，分別是研究初期2000年的12.01倍、19.31倍、5.02倍. 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市廢水、廢氣和工業(yè)固體廢物排放量也不斷增長，這些因素相互疊加導致城市下墊面性質(zhì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的改變，也增加了大氣中二氧化碳等溫室氣體的含量，同時人為釋放熱量也不斷增加，這些都給城市氣候造成較大壓力. 也就是說，城市的發(fā)展是在氣候資源承受較大壓力的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，城市經(jīng)濟發(fā)展對海口市的氣候承載力造成了一定的負面影響.

3）狀態(tài). 在驅(qū)動力和壓力持續(xù)增強的情況下，城市氣候承載力的狀態(tài)指數(shù)呈現(xiàn)出在波動中緩慢增長的趨勢，且波動幅度較大. 這是由于在氣候變化背景下，?？谑械臉O端天氣氣候事件增多，如登陸海南島的熱帶氣旋強度增強、極端強降水事件增多、城市熱島效應增加等，導致海口市年降水量、年極大風速等年際間波動較大，又由于這些指標在氣候承載力的狀態(tài)系統(tǒng)中所占權(quán)重較大，導致狀態(tài)水平波動幅度較大.

4）影響. 影響指數(shù)是承載力狀態(tài)對城市各方面發(fā)展影響程度的反映，海口市在這方面處于小幅波動但無明顯上升或下降趨勢的狀態(tài)，原因一是?？谑胁粩嗉涌焐鷳B(tài)保護和建設(shè)，持續(xù)推進植樹造林，改善森林質(zhì)量，嚴格保護森林和濕地等重要生態(tài)資源，保護海洋生態(tài)環(huán)境；二是強化城市規(guī)劃引領(lǐng)，開展創(chuàng)建“全國文明城市和國家衛(wèi)生城市”工作，科學規(guī)劃城市生命線系統(tǒng)、加強排水防澇，提升城市綜合適應能力；三是統(tǒng)籌優(yōu)化水資源管理，加強水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加快水土流失治理，健全防汛抗旱應急工程體系，加強水源地建設(shè)保護，加大節(jié)水型社會建設(shè)力度；四是強化科技支撐，堅持氣象部門應對氣候變化的基礎(chǔ)性科技部門的戰(zhàn)略定位，加強監(jiān)測、預警、影響評估，構(gòu)建全市適應氣候變化網(wǎng)絡體系. 以上這些政策措施有效地支撐了海口市適應氣候變化的能力.

5）響應. 響應指數(shù)具有明顯的上升趨勢，波動幅度很小，表明?？谑姓诔鞘锌焖侔l(fā)展過程中制定和采取了積極的環(huán)境治理保護對策和措施、完善城市基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、加大科技投入，且具有穩(wěn)定性和延續(xù)性，特別是“綠化寶島大行動”、水環(huán)境治理、大氣治理等一批重大環(huán)境保護工程以及海綿城市、綠色建筑、地下管廊、積水改造等一系列城市基礎(chǔ)設(shè)施工程的大力開展成效明顯，有效地緩解了城市氣候資源壓力，促使城市氣候承載力水平不斷提升.

6）氣候承載力. 在驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響和響應5個分指數(shù)的綜合疊加下，?？谑袣夂虺休d力水平總體上呈現(xiàn)波動中不斷上升的趨勢，且上升趨勢與響應指數(shù)一致，說明?？谑械恼叽胧夂虺休d力水平的提升起到了積極的推動作用. 但在城市氣候壓力水平持續(xù)不斷增加的作用下，再加上?？谑袣夂虺休d力本身的脆弱性，使得該市氣候承載力水平提高的難度加大. 近些年來，?？谑胁粩嘧⒅貜馁Y源、環(huán)境、經(jīng)濟和社會發(fā)展多方面采取措施，適應和減緩城市氣候承載力的壓力，提升響應能力，這已經(jīng)并將持續(xù)對提升海口市的氣候承載力產(chǎn)生積極作用.

4 結(jié)論與討論

1）由于氣候資源與城市社會經(jīng)濟發(fā)展之間相互作用十分復雜，很難用一個或幾個指標的簡單組合來量化氣候承載力對城市社會經(jīng)濟發(fā)展的影響. 本文結(jié)合城市氣候承載力發(fā)展的內(nèi)涵和?？谑谐鞘邪l(fā)展現(xiàn)狀，基于DPSIR框架模型建立了氣候承載力的概念模型，為綜合分析和描述城市氣候承載力中資源、環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系提供了一個基本框架. 從驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響和響應5個方面構(gòu)建的城市氣候承載力評價指標體系，蘊含了“為什么發(fā)生、發(fā)生了什么、如何應對”的因果關(guān)系，具有全面、層次和靈活的特點.

2）在利用層次分析法和熵權(quán)法分別對評價指標進行主觀賦權(quán)和客觀賦權(quán)的基礎(chǔ)上，對所得結(jié)果進行科學組合計算出指標的綜合權(quán)重，提高了評價結(jié)果的精確性、客觀性和科學性. 在上述研究基礎(chǔ)上，計算得到氣候承載力評估綜合指數(shù)，并利用其對2000—2017年?？谑袣夂虺休d力水平進行了系統(tǒng)評估和分析. 結(jié)果表明，?？谑袣夂虺休d力綜合評估指數(shù)和5個分指數(shù)均呈波動上升趨勢，其中，壓力指數(shù)快速上升且波動幅度最大，表明氣候?qū)Τ鞘薪?jīng)濟發(fā)展的制約作用越來越明顯，綜合評價指數(shù)的上升趨勢與響應指數(shù)一致，說明?？谑械恼叽胧夂虺休d力水平的提升起到了積極的推動作用.

3）由本文研究結(jié)果可知，雖然?？谑袣夂虺休d力水平呈逐年上升狀態(tài)，但氣候?qū)？谑猩鐣?jīng)濟發(fā)展水平的制約作用十分明顯. 未來有必要在海口城市氣候承載力、氣候變化脆弱性科學研究和影響評估的基礎(chǔ)上，結(jié)合城市定位，完善城市規(guī)劃和法規(guī)政策，開展城市水資源、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境、旅游等重點領(lǐng)域氣候變化適應技術(shù)研究，提高城市適應氣候變化的能力，改善?？谑挟斚录拔磥淼臍夂虺休d力水平，減輕氣候變化對經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活的不利影響.