城市化气候效应对社会经济影响的研究述评 城市化对气候的影响

　　 摘 要：城市化气候效应及其对区域社会系统的影响是客观存在的，而由于气候和社会经济系统的极其复杂性，明确识别和评估城市化气候效应及其对社会经济的影响是非常困难的。目前学术界在城市化气候效应及其影响和解决途径方面的研究已经取得了诸多成果，但大都基于总体或区域气候变化及其影响的研究，而针对城市化这一特定要素变化所引致的气候效应影响的科学研究工作开展得非常不足。文章在梳理和总结现有研究的基础上，提出了未来研究的方向和需要解决的若干问题。
　　 关键词：城市化 气候效应 影响
　　
　　 城市化对气候影响，气候变化对社会、环境经济的影响是极其复杂的。IPCC在1995年的气候变化第二次评估中指出：在今后几十年中，明确地检测出在大部分生态和社会系统中气候引起的变化会是极为困难的。这是因为这些系统是极其复杂的，而且它们之间有许多非线性反馈及其对众多同时继续发生变化的气候和非气候因子的敏感性。目前此问题的研究取得了一定的进展。
　　 1.城市化气候效应研究
　　 城市气候的研究是伴随着世界城市化进程而出现和发展的。而真正系统地研究城市气候，是自19世纪初期英国的Luke Howard(1772-1864)的《伦敦气候》一书开始。继Howard之后，法人E.Renon(1815-1902)对法国巴黎城市气候作了有价值的研究。
　　 在19世纪，城市气候研究多以气温为主，只有少数文献涉及雾和降水。到了20世纪，城市气候研究的要素越来越多。Schmidt（1919）对城市内部不同景观地区的小气候进行研究，于1927年首创利用汽车装备气象观测仪器做流动观测。与此同时，Schmass（1927）研究慕尼黑城市对降水的影响，认识到城市下风方向降水有增多的现象。KratZer（1937）总结了20世纪30年代以前的城市气候研究工作，著出了世界上第一部以描述城市气候的特征和现象为主的通论性的城市气候著作《城市气候》，此书在世界城市气候研究史上具有承上启下的作用。
　　 第二次世界大战之后，城市气候研究的广度、深度和方法都有显著的发展。到60年代末，其进展速度更快，陆续发表了不少关于城市气候研究的论著。1968年联合国世界气象组织气候学委员会在比利时首都布鲁塞尔召开了第一次国际性的城市气候会议“城市气候和建筑气候学讨论会”。此次会议之后，“METROMEX”（1970）开始制定和实施，它标志着城市气候研究的新发展。
　　 进入80年代之后，城市气候的研究更有了显著的进展。Landsberg在1981年发表的《城市气候》一书，这是继KratZer(1956)之后，对世界特别是发达国家城市气候研究工作的总结，系统地分析了城市和郊区气候的差异及其形成原因。周淑贞、张超（1985）的《城市气候学导论》是我国第一部城市气候专著。这两部专著的问世对推动世界和我国城市气候的研究起到了很大的促进作用。
　　 我国城市气候的研究起步较晚，1980年夏中国气象学会气候学术会议在庐山召开。1982年9月中国地理学会在福建厦门召开了第一次中国城市气候学术会议，会后出版了论文集《城市气候与城市规划》，这是我国第一部城市气候论文集。我国国家教委科技司为了促进我国高等院校城市气候研究工作的开展和协作，于1985年12月在上海举行了城市气候学术研讨会，并成立了“全国高校城市气候研究中心”。此后，该中心分别于1987年4月和1990年6月在上海和广州举行了第二次和第三次城市气候学术研讨会。
　　 我国城市气候研究主要在城市环境特征及其应用、城市的大气质量和污染、城市气候与城市规划等方面，但分析较多的是城市热岛和逆温等问题。张一平，何云玲（2002）探讨了昆明城市热岛效应呈立体空间分布特征。何萍，李宏波（2003）找出了我国不同城市热岛强度分布特征，发现城市热岛强度的变化规律。郑祚芳等（2007）研究了近30年来城市化进程对北京区域气温的影响，认为城市化带来的热岛效应是导致局地增暖的主要因子。任春艳等（2006）研究了西北地区城市化对城市气候环境的影响，证明西北地区城市发展对气候的影响不完全符合库次涅茨曲线特征。以上研究有助于深入探讨城市化对区域气候的影响机制。
　　 随着现代技术的突飞猛进，也相应出现了一些先进的有关气候的观测仪器，这更加利于气象学专家及学者开展城市气候研究。在此期间，城市气候研究得到了长足的发展。通过研究也取得一些结论：城市热岛、逆温、风和降水对大气污染有明显的影响，而大气污染对太阳辐射、透明度也有明显影响（李星敏，白爱娟，2009;白美兰，2006;赵晶等，2001）。除了研究上述这些城市对城市气候产生的影响外，随着人们对城市气候的认识逐步深入，研究的焦点逐渐转移到气候变化影响的研究。
　　 2.气候变化影响的研究
　　 刘惠民和邓慧平（1999）认为目前针对气候变化影响的基本研究方法有：（1）未来气候情景。主要有四类：一是假设的情景；二是用古气候、历史气候和现代气候资料推测的气候情景；三是根据大气环流模式(GCMs)CO2倍增数值试验结果产生的气候情景；四是综合气候资料时间序列分析法推测的未来气温、降水变化和GCMs预测的温室效应引起的气候变化生成的气候情景。（2）专业-气候模式，是指在影响研究中，被气候变化影响的对象，可分为经验统计模式、动力模式以及介于两者之间的统计-动力模式。
　　 受人为活动干扰较弱的自然生态系统，其地理分布、物种的物候学特性以及灭绝等变化主要受气候因素的影响。因此，可将其作为指示性指标，评估气候变化对自然生态系统的影响（IPCC WGII，2001a)。近年来，国际上已经开发了多种方法鉴别气候变化对非生物和生物系统的影响，如利用青蛙、蝴蝶等作为检测指示性物种识别对气候变化的响应，推测气候变化对自然系统的影响。
　　 丁一汇（2009）认为对于农业、水资源等社会经济系统，由于受气候变化和其他因素的共同作用，难以分离气候变化对这些系统的单独影响。在农业影响评估上，20世纪90年代应用GCM预估气象要素月均值，作为作物模型的输入进行站点上的影响评估。21世纪初，利用PRECIS进行降尺度分析，构建高分辨率的气候变化情景，与空间CERES作物模型嵌套（熊伟，2004）。对于生态系统的影响评估的主要方法有：（1）实验室模拟和野外观测实验法；（2）历史相似或类比法；（3）数值模拟和预测的方法。对于水资源的影响评估主要集中在敏感性分析上（扬华庭和王芳，1996)。
　　 社会经济影响评价模型包括：经济损失值、生计损失值和经济风险值3部分。评价方法采用IPCC的通用方法。近年来，国内许多学者在建立自然灾害变异指标(如震级、干早指数、风浪等级等)、自然灾害损失评价指标(包括直接经济损失和间接经济损失)、自然灾害分级标准等方面做了有益的探索(马宗晋，1988;高庆华，1991;王雪臣，王守荣，2004)。
　　 目前评估气候变化影响、脆弱性和适应性的方法大多通过构建未来社会经济变化的情景，利用气候模式对未来人类活动引起的气候变化进行情景预估。但情景分析不同于预测，并不力图描绘被研究对象未来最可能发生的情况。 2000年出版的IPCC《排放情景特别报告〉提出了4种全球未来可能的社会经济发展框架，通过对相关假设和特征的量化，衍生出多种温室气体排放情景，是评估未来气候变化可能影响的基础。在SRES所构建的社会经济情景中，社会经济发展的主要驱动因素包括人口、经济增长、技术变化、能源、土地利用、社会公平性、环境保护和全球一体化。
　　 中国进行气候变化情景构建经历了三个主要阶段：(1)增量情景。(2)CO2倍增情景。(3)渐进递增情景。
　　 中国为应用区域气候模式（RCM）发展气候情景作了大量探索性工作，并应用于气候变化的影响评估中。国家“九五”科技利用RegCM2(高学杰等，2003）模拟了CO2倍增情境下中国的区域气候情景；2002年，中国科学家引进英国Hadley气候中心的RCM-PRECIS，将HadAM3H的预测结果降尺度分析到50km的水平格点上，构建了中国的区域SRES气候情景，并已应用于农业、水资源、自然生态系统的影响评估研究中（许吟隆等，2003；2006）。
　　 目前进行气候变化影响研究工作只能根据各种方法，研究制定未来气候构想或称未来气候情景(Scenario)（Gleick PH.），近年来有些影响研究已采用相互作用方法和集成方法（Norman JR，Pierre RC，Kenneth DF，et al.，1993；Dowlatabadi H，Morgan MG，1993）。
　　 随着全球化和信息化的迅速发展、生产的全球重构与转移以及交通网络基础设施完善，现有城市群将加快发展，城市下垫面性质改变以及热释放、大气污染、水污染而导致城市区域淡水短缺、环境污染、生态退化等问题日趋显现，城市热岛效应加强。气候变化背景下，这些问题可能强化甚至恶化，沿海城市群未来面临的环境和灾害问题可能更趋于复杂（董锁成，2010）。李刚（2010）通过研究发现皖江城市群的生态占用是生态供给的近4倍，可持续发展能力欠缺。郑斌（2008）认为城市群的环境问题的成因首先是地理气候的因素造成污染物的转移，其次城市群对于资源利用的同质性造成环境污染的叠加效应。
　　 3.解决途径研究
　　 为解决上述城市化发展带来的气候负面影响，须提倡低碳经济，而碳交易市场是整个低碳经济的基础和关键。钟劲松（2010）认为碳交易的基本原理是，通过承认碳排放的所有权，合同一方通过支付另一方获得温室气体减排额，将购得的减排额用于减缓温室效应，从而实现其减排目标。
　　 有关排污权交易的理论研究方面，国外研究已经比较深入，主要集中在以下几个方面：
　　 3.1排污权交易内容的界定。Stavins (1994) 认为，一个完整的排污权交易制度应包括以下八项要素:总量控制目标；排污许可；分配机制；市场定义；市场运作；监督与实施；分配与政治性问题；与现行法律及制度的整合。
　　 3.2排污权拍卖的问题。Hahn (1984) 指出，在不完全竞争的市场中，排污权的初始分配会影响排污权交易制度的效率。因此，选择合适的排污权初始分配方案是至关重要的。1990 年美国国会在关于《清洁大气法修改方案》的辩论中，提出了三种初始分配方案:公开拍卖、固定价格出售和免费分配。
　　 3.3排污权交易中的市场势力问题。Burniaux (1999) 认为，在排污权交易市场，通常存在两种类型的市场势力:一是成本最小化操作，也称为利润最大化操作；二是排他性操作。Hahn (1984) 研究了排污权交易市场上，当一个企业具有市场势力，其他企业都是竞争性企业(价格接受者) 的情况下，市场均衡是如何变化的。Tietenberg(1991) 认为，市场势力使得新排污企业偏重污染的治理; Godby(2000) 则从实验经济学的角度，检验了上面两种类型的市场势力的存在性。（4）排污权交易中的交易成本问题，Stavins (1995) 认为，交易成本在市场中无所不在，因而排污权的初始分配是决定治理效率的重要因素。Cason (2003) 用实验方法验证了Stavins 的观点。
　　 3.4排污权交易中的企业监督问题，Malik (1990) 认为，企业的违规行为降低了排污权交易市场的效率。因此，在设计排污权的交易机制时，必须考虑企业的违规行为。Stranlund(1999) 研究了排污权交易体系的外部监督和实施问题，并研究了管制者应如何分配资源来监督和处罚违规企业。
　　 中国关于排放权交易的研究和实践相对较少。中国的碳排放权交易主要在境外展开，绝大部分是通过清洁发展机制（Clean Development Mechanism，CDM）的形式进行的（钟劲松，2010）。目前，国内碳交易制度，碳交易场所和碳交易平台刚刚起步，既没有碳证券、碳基金、碳期货、碳掉期交易等类型的碳金融衍生产品，也没有科学合理的利益补偿机制（郭清马，2010）。
　　 有关排污权交易市场的建立顺序方面，我国的排污权交易市场呈现出政府热心推动，产权交易机构热心筹建，企业冷眼观望的“两热一冷”现象（武汉光谷联合产权交易所，2010）。但尹敬东（2010）认为全国各地能源消费和能源效率差异较大，再加上行业的条条分割， 缺少一个严格的基于全国统一的碳排放配额制度，没有配额的限制，没有排放的基准，企业没有购买碳排放的积极性，市场主体缺位，使得各地能源的生产和使用之间不相匹配。
　　 我国国内区域间碳交易市场研究和实践也比较少。截止2009年底，全国已有八个省、市先后建立了排污权交易市场。目前对于碳交易的研究主要集中在区域内的交易机制建设上，如陈万灵（2010）分析了广东构建碳交易市场的定位与对策，揭建成(2010)提出了完善浙江省排污权交易制度的对策建议。鲜开林(2010)论证了辽宁沿海经济带排污权交易的内涵界定。蒋运多等（2010）构建了城市群资源、环境与经济系统协调发展的综合评价指标体系。李清雅等（2010）认为未来的排污权交易应采用以流域管理为基础，考虑污染物影响范围创建排污权交易新市场。黄德春等（2010）从经济基础、环保水平及法律保障三个角度分析了长三角地区建立排污权交易市场可行性。D.Y.C. Leung等（2008）认为区域间的排放交易的依赖于交易的公平、透明、成本控制、政策配套、市场特征、交易主体的利益诉求等多个因素。杨志等（2010）和Oberndorfer（2007）认为“欧盟排放交易体系”(EU Emission Trading System，EU ETS)可以作为中国设计区域以及全国的“碳交易”市场很好的借鉴。而陈波等（2010）认为美国碳交易市场的多样性发展方式尤其值得中国借鉴。
　　 4.目前研究简评
　　 目前的研究大都基于总体或区域气候变化及其影响的研究，取得了诸多成果，而针对城市化这一特定要素变化所引致的气候效应影响的科学研究工作开展得非常不足。目前的气候变化影响评估方法和结果主要还是一般性的讨论，存在很大的不确定性。首先，由于影响机制的不同，目前主要沿用经济学领域的城市化概念及其指标来研究气候层面的影响显然不合理。其次，城市化气候效应的识别和量化评估方法的缺乏，不同尺度上模型验证的不充分、未来气候情景预估和社会经济情景构建的不完善。绝大部分气候变化影响、适应性和脆弱性评估模型是以定量的气候和非气候情景(包括社会经济和环境情景)作为输入参数，因而，气候变化影响评估最主要的不确定性来源之一就是各种情景假设的不确定性。城市化气候效应致使区域气候变化更加复杂，气候情景更具不确定性，主要是因为气候模式的不完善和未来温室气体排放情景的不确定。后者主要来源于不能准确地描述未来几十、上百年城市社会经济、环境变化、土地利用变化和技术进步等非气候情景。同样，理论界在社会经济研究中仍然没有将城市化气候效应纳入变量范畴。
　　 而对于排污权相关理论的研究，通过市场机制解决污染问题已经成为全球共识，但如何建立起适合不同地区不同层次的交易市场和交易制度是一个复杂的工程。我国目前国内的研究主要集中于区域内的碳排放交易研究，即通过采取相关措施，在城市群内通过建立起排污权交易体系，可以起到有效控制污染的作用。城市群之间，特别是东部沿海跨越行政区划的区域间，东西部不同区域间的交易市场应当如何建立，目前处于摸索阶段，虽然广东和香港间进行过类似探索，但经验对于东西部城市带之间的跨区域市场是否具有借鉴意义也值得思考。在城市带发展过程中，受到本地区气候效应影响的前提条件下，又当如何建立起跨区域的排污权交易市场，排放配额如何在不同区域间分配以及采取何种方式，哪些排放物是可以交易的，多个地方行政力量的作用当如何协调，区域间的排放权交易所如何建立等等诸如此类问题尚需要大量的研究工作。
　　 显然，城市化气候效应及其影响的研究尚有诸多需要解决的理论与技术问题，需要跨学科的系统研究。就其发展的趋势来看，目前至少须在以下几方面获得进展：
　　 4.1城市化气候效应的认识还存在不确定性。气候层面的“城市化”概念及其指标如何界定和修正？城市化到底对气候产生了怎样的影响？区域气候系统对城市群温室气体等强迫的敏感性如何？目前所认识的城市化气候的“五岛效应”在漫长的气候变化趋势中到底处于什么样的位置？城市化气候效应与一般气候过程差异及反馈，城市化气候效应与一般气候变化分离及其估算。诸如此类基本问题尚存争议和处理上的难度。
　　 4.2城市化气候变化影响评价科学方面存在不确定性。需要在推进（1）的基础上开展区域城市群不同尺度上气候变化与社会经济发展相关性研究。同时，评价方法的单一和评价指标的不完善也是气候变化影响研究领域需要解决的重要问题。不同的行业对气候变化具有不同的敏感性，需对其域值进行研究和界定并进一步构建城市化气候效应综合影响的评估指标体系。
　　 4.3加强东部城市群区域碳循环的研究。进行城市群温室气体和气溶胶排放情景的分析和预测，研究城市群社会经济活动及物理和化学过程对区域大气中二氧化碳浓度的影响，城市群区域土地利用和城市群生态系统对碳循环的影响。分析东部城市群区域的温室气体浓度变化、传输过程、聚集方式、分布特点、发展趋势及其对区域气候变化驱动。
　　 4.4从城市功能布局、产业布局和人口布局等角度研究城市化模式对城市化气候效应的影响，在此基础上探讨城市化战略；
　　 4.5将城市化气候效应纳入经济系统，考察涵盖城市化气候因素的区域经济变化规律；
　　 4.6把碳交易和期权契约等政策工具和思想引入城市化气候效应解决机制中，探讨诸如东部、中部和西部不同地区的城市化气候效应分担解决机制的可行性和具体路径。
　　
　　 基金项目：973项目(2010CB428506)和教育部人文社会科学基金青年项目（10YJC790241）。
　　
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　　作者简介：
　　 童中文（1973-），男，安徽舒城人，南京师范大学副教授，应用经济学博士后，研究方向为金融工程。