山东半岛城市群空间结构演化的大气环境效应研究

彭梦杰 柳力玮 周毓文 刘晓莉

摘要：在城市群发展进程中，其空间结构演化带来的大气环境效应受到广泛的关注。以中心度、集散度、空间紧凑度和交通通达度为城市群空间结构的研究维度，以二氧化硫排放量为大气环境的研究指标，借助SPSS软件，对城市群空间结构的研究维度与二氧化硫排放量进行相关分析和回归分析。研究发现：城市群多中心化、城市群空间紧凑度及交通通达度与大气环境质量存在显著的正向相关关系，而城市群的集散度对大气环境质量有着显著的负向影响。

关键词：山东半岛城市群;空间结构;大气环境

中图分类号：X321 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）05-000-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.004

Study on the atmospheric environmental effect of the spatial structure evolution of Shandong peninsula urban agglomeration

Peng Mengjie，Liu Liwei，Zhou Yuwen，Liu Xiaoli

（School of Geography and Environment，Shandong Normal University，Jinan Shandong 250358，China）

Abstract：During the development of urban agglomerations， the atmospheric environment effect brought by the evolution of its spatial structure has been widely concerned.Taking centrality， distribution， space compactness，and traffic accessibility as the research dimensions of the urban agglomeration spatial structure，and using sulfur dioxide emissions as the research indicators of the atmospheric environment，with the help of SPSS software， the research dimensions of the urban agglomeration spatial structure and sulfur dioxide emissions perform correlation analysis and regression analysis.The study found that the urban agglomeration， space compactness，and traffic accessibility have significant positive correlations with the atmospheric environmental quality， while the urban agglomeration degree has a significant negative impact on the atmospheric environmental quality.

Key words：Shandong peninsula urban agglomeration;Spatial structure;Atmospheric environment

城市群的空间结构是经济结构、社会结构、规模结构等组合结构在空间上的表现形式，城市群的空间结构随着城市群的发展而变化，因此研究城市群的空间结构是研究城市群发展状况的重要切入点和研究领域。国内关于城市群空间结构的研究始于陆大道提出的“点-轴”模式[1]。随着我国城市化进程的快速发展以及对城市群发展的关注，近年来，学者们多从定性和定量两方面研究城市群空间结构的演化[2]。韦亚平和赵民从定性方面，分析了形成“多中心”空间结构的必要条件和空间结构的绩效测度方法[3]。在定量方面，陈睿建立了城市群空间结构测度的综合指标体系，为都市圈的空间规划与调控以及政策制定提供了理论和经验依据[4]。近几年，越来越多的学者借助GIS等相关平台，对城市结构进行测度。邓棋、罗丹等运用统计分析与GIS分析方法，从人口空间结构、城市规模分布、交通网络结构、经济空间结构四个方面测度城市群空间结构[5]。

大气环境的质量影响着人类生活的方方面面。大气污染物浓度的增加会影响人们身体健康，提高呼吸系统疾病的死亡率[6]。同时大气环境质量的下降，也会增加健康经济损失和环境经济损失[7]。并且人类活动对大气环境同样产生影响，例如生态文明建设可以包括生态经济文明建设、生态社会文明建设、生态环境文明建设，生态经济文明和生态环境文明可以使碳排放强度降低，生态社会文明在一定程度上可以提高碳排放强度[8]。因此，可以把人类活动和大气环境之间的相互作用纳入人地系统的框架下进行综合分析，把人类活动和大气环境之间的关系视为一个特殊的子系统[9]。

目前，大多数城市群空间结构的相关研究主要集中在测度空间结构的方法、技术与演化过程方面，而在城市群空间演化过程对大气环境的影响方面的研究比较欠缺。本文就山东半岛城市群空间结构演化的大气环境效应展开研究，分析城市群空间演化对大气环境的作用机制，以期增加此方面的研究内容，为城市群大气环境质量的提高提供空间结构方面的理论支撑。

1 研究方法

以中心度、集散度、空间紧凑度和交通通达度作为城市群空间结构演化的研究维度，以二氧化硫排放量作为大气环境研究指标，运用SPSS对空间结构演化的四个维度分别与二氧化硫排放量进行相关分析与回归分析，得出城市群中心度、集散度、空间紧凑度和交通通达度四个维度与二氧化硫排放量之间的因果关系，并对其影响机理进行分析，以实现2001-2017年山东半岛城市群空间结构演化对大气环境效应研究。文章中所采用的数据来源于相关社会经济统计资料，主要包括山东省17地市的社會经济统计资料和统计年鉴。

2 结果与分析

2.1 中心度的影响

中心度为我们测度城市群空间结构提供了新的维度，城市群的中心度作为衡量城市群空间结构的一个重要指标，对大气环境效应的测定具有重要意义。对城市多中心指数和二氧化硫排放量进行相关分析，具体结果如表1所示。其中得出双侧检验中显著性P=0.043，小于0.05，相关系数r= -0.4963，说明城市群多中心指数与二氧化硫排放量存在比较显著的负向相关关系。

由此再对山东半岛城市群2001-2017年城市群多中心指数与二氧化硫排放量进行回归分析，其中城市群多中心指数为自变量，二氧化硫排放量为因变量，得出表2。据表2可知，在F检验中，显著性水平小于0.05，回归方程的存在是有意义的。得到回归方程：y=808.3009-667.9340x，可以得出城市群多中心指数越大，二氧化硫排放量越小。在一定范围内，城市群空间结构越趋于多中心化，大气环境质量越好。

由此可知，城市群内部的人口和经济分布情况对大气环境质量有着显著的影响。城市群内部人口分布较为均匀，以二氧化硫为代表的大气污染物排放量则会相对偏低。区域内经济发展多中心化的过程，也是产业布局多中心化和产业转型升级的过程。随着产业布局和产业结构的不断优化调整，大气环境污染物的排放量呈下降趋势，大气环境质量有所改善。因此，城市群空间结构多中心化对大气环境质量有着较为显著的正向影响。

2.2 集散度的影响

从表3可得，2001-2017年，山东半岛城市群人口集散度和二氧化硫排放量的相关性系数为0.707，为正相关。且二者的显著性为0.002，小于0.01，说明二者在0.01的水平上显著，即山东半岛城市群人口集散度和二氧化硫排放量有显著的相关性。

2001-2017年山东半岛城市群的人口集散度与二氧化硫排放量呈现出“S”形曲线变化，整体上，人口分散分布会在一定程度上导致大气污染的加剧。之后以集散度为自变量，二氧化硫排放量为因变量，对两者进行曲线估算，从表4中可得，二次和三次函数的R2同样高，高达0.778，趋近于1，说明二次和三次曲線的拟合效果较好。同时，Sig为0，说明显著程度高。因此选择二次函数进行非线性回归分析，最终得到下式：S=-3576.3P2+4672.6-1340.8。

二氧化硫的污染源主要包括含硫燃料（煤、石油等）的燃烧、含硫矿石的冶炼、化工和硫酸厂等的生产过程，主要表现为工业来源的污染。而人口和经济活动的集聚会对单位国民生产总值的工业污染排放起到显著的抑制作用[10]，因此人口的集聚对大气污染具有缓和的作用。2001-2017年，山东半岛城市群的人口正在由分散分布逐渐趋向集聚分布，这在一定程度上会对城市群二氧化硫的排放量起到抑制作用。但是，随着人口集聚程度的提高，最终也会出现集聚污染，导致大气污染的加剧，因此说明城市群的人口集聚水平应该保持适度的水平。

2.3 空间紧凑度的影响

城市群空间紧凑度作为城市群空间结构演变中一个重要的衡量指标，对于研究城市群空间结构演化带来的大气环境效应具有重要作用，具体表现为对具体大气指标的影响。

运用SPSS软件对2001-2017年山东半岛城市群空间紧凑度与二氧化硫排放量数据进行相关分析，如表5所示，得出双侧检验中显著性P=0.002，明显小于0.01，相关系数r=-0.695，城市群空间紧凑度与二氧化硫排放量存在显著的负向相关关系。对曲线估计结果分析可得，当建立二次模型时，R2存在最大值为0.665。因此对2001-2017年山东半岛城市群空间紧凑度与二氧化硫排放量进行非线性回归分析，在3次模型评估和2次导数评估之后，系统停止运行，得到最优解，得出非线性模型表达式为Y=-982.467+165.988t-5.888t2。

山东半岛城市群空间紧凑度总体处于增长阶段，其中经济、人口和交通等因素对其重要影响。随着人口的不断增长，人口密度在不断上升，同时也促进了城镇的进一步发展，使得城镇密度得到提升。朴珠希在研究中指出，随着人口密度增加，机动车平均交通能耗以及人均机动车保有量皆有所减少[11]。山东半岛城市群公共交通等基础服务设施在不断完善，对于大气环境的改善存在影响，同时由于经济的快速发展，产业部门进行规划调整，大气污染物排放量受到管控，有所下降。

2.4交通通达度的影响

将铁路通车里程r、公路通车里程m和内河通航里程l求和与山东省的面积S的比值的值，即山东省历年的交通通达度T。将得出的数据与相应年的二氧化硫的排放量利用SPSS进行相关分析，在二者呈显著相关的基础上，进行回归分析，研究城市群空间结构网络化程度与大气环境质量的作用机理。

在SPSS中对数据进行曲线估算发现，二次模型的拟合程度较其他模型来说较好，由于在线性变换过程可能会使原模型失去残差平方和最小的意义，因此对其进行优化，在经过四次模型迭代过程后，残差平方和已有了较大改善，缩小为4287.483，如表6。

根据表7，可以得出城市群空间结构网络化程度与大气环境质量的关系如下：Y=-119787.032X2+12370.985X-134.355。

随着交通通达度的提高，大气环境污染指数呈明显的下降趋势。近年来，山东省的交通网络逐步完善，交通通达度显著提高，根据上述数据可知，2017年的交通通达度的数值是2001年的两倍。在铁路运输方面，山东省“一环双核”高速铁路网结构的日益完善，不但使得城市间连通性持续增强，而且高铁所具有的高效新能源利用率和“以电代油”的环保优势[12]，一定程度上减少了交通运输过程对于空气的污染。就公路建设方面来说，当下交通堵塞已经成为严重的城市顽疾，既浪费大量的时间和金钱，降低整个社会效率，增加能源消耗，又加重空气污染[13]，目前，山东省基本实现乡村公路发展规模、路网结构、保障水平位居全国前列[14]。同时，交通拥堵问题得到有效治理，公共交通和新能源汽车得到大力推广，使得山东半岛城市群在私家车保有量日益增多的情况下，空气质量仍可以得到较好的保障。

3 总结

通过研究山东半岛城市群2001-2017年空间结构演化对大气环境产生的效应，对城市群空间演化对大气环境的影响及其作用机制进行分析，为山东半岛城市群大气环境整治策略的提出与制定提供参考依据与研究基础，为山东半岛城市群发展战略的制定提供指导借鉴。

本文从中心度、集散度、空间紧凑度和交通通达度四个维度对山东半岛城市群空间结构进行综合测度，分析各维度对于大气环境的影响，数据研究表明：2001-2017年，山东半岛城市群空间结构多中心化的过程中伴随着产业布局的多中心化和产业的转型升级，有利于改善大气环境，实现人与自然可持续发展;城市群空间紧凑度增强提升了资源利用效益，实现区域联合管控，有利于降低污染物排放量，大气质量趋于好转;交通网络的完善与新能源交通的开发利用，交通污染减少使得大气污染物排放量下降，大气环境质量得到保障。人口分布愈分散，大气污染愈严重，适度的人口集聚使大气环境得到改善，但随着山东半岛城市群人口集聚程度的提高，将会出现集聚污染，加剧大气污染，大气环境质量有所下降。

参考文献

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收稿日期：2020-03-16

基金项目：大学生创新创业训练计划项目：山东半岛城市群空间结构演化的大气环境效应研究（201910445062）

作者简介：彭梦杰（1998-），女，汉族，本科学历。