王弘彥

（遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，遼寧大連116029）

引言

在全球氣候變化背景下，極端天氣氣候事件的頻率和強度在增強，臺風(fēng)、暴雨、干旱、熱浪等帶來的城市極端降水、風(fēng)暴、寒潮、土壤鹽堿化、水體污染等問題與日俱增，對城市環(huán)境造成了明顯的破壞，甚至導(dǎo)致一些城市基礎(chǔ)設(shè)施癱瘓。遼寧省地處歐亞大陸東岸，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，是我國重要的老工業(yè)基地區(qū)，城鎮(zhèn)化率（67.5%）高于全國同期平均水平（58.5%）。在全球氣候變化背景下，近年來，遼寧省極端天氣氣候事件的頻率和強度增加，對城市和人民生命財產(chǎn)安全造成嚴重影響。2017年8月，特大暴雨造成大連、鞍山、丹東、朝陽等7市、22縣受災(zāi)，受災(zāi)人口72.88萬人，3人遇難；交通、通訊、電力中斷，道路、水利等基礎(chǔ)設(shè)施嚴重受損，直接經(jīng)濟損失61.88億元。2018年8月臺風(fēng)溫比亞侵襲遼寧，造成多地的強降雨天氣，使道路積水嚴重，造成了交通堵塞，4座水庫超汛限水位，近四萬群眾被迫轉(zhuǎn)移。同年夏季的極端高溫事件，使以瀝青、混凝土、玻璃和鋼鐵為主的城市中，灼熱的空氣和炙熱的陽光不能及時散去，導(dǎo)致了城市“熱島效應(yīng)”。與此同時，高溫事件導(dǎo)致了電力供應(yīng)的高負荷，僅沈陽市瞬時電力已經(jīng)達到594萬千瓦，突破歷史極值，給城市電網(wǎng)帶來了巨大的壓力。因高溫造成的疾病發(fā)病率升高，導(dǎo)致就醫(yī)人數(shù)大幅度增加，給人民健康造成威脅。極端天氣氣候事件頻發(fā)，在一定程度上加大了城市脆弱性。雖然這類事件在統(tǒng)計學(xué)上屬于小概率事件，但突發(fā)性極強[1]。

城市作為人類發(fā)展與社會進步的主要載體，伴隨著城鎮(zhèn)進程的加快，大量人口和資源涌入城市，導(dǎo)致城市的生態(tài)環(huán)境、社會與經(jīng)濟面臨巨大的壓力。又因遼寧省屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，各地溫度和降水存在差異，所以當(dāng)極端天氣來臨時，城市脆弱性會在一定程度上加強[2]。脆弱性這一概念最初起源于自然災(zāi)害領(lǐng)域[3]，被認為是系統(tǒng)由于災(zāi)害等不利影響而遭受損害的程度或可能性，主要應(yīng)用于自然災(zāi)害和氣候變化等自然科學(xué)研究領(lǐng)域[4]。隨著城市的發(fā)展，脆弱性分析已從對自然災(zāi)害的研究延伸到了多學(xué)科、多領(lǐng)域的研究[5]。國內(nèi)外學(xué)者對城市脆弱性的研究主要集中在單一脆弱性方面，如吳瓊、張曉瑞、沈彥等人主要研究生態(tài)環(huán)境方面[6-8]，黃曉軍、黃建毅等人主要研究社會方面[9，10]，蘇飛、Yoon、Gencer等人主要研究經(jīng)濟方面[11-13]。目前，城市脆弱性是指城市在發(fā)展過程中抵抗生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟、社會發(fā)展等內(nèi)部自然要素和人為要素干擾的應(yīng)對能力和城市在面臨風(fēng)險時的抵抗、承受能力和恢復(fù)能力[14，15]。城市脆弱性已成為近年來的研究熱點，但在極端天氣背景下的城市脆弱性目前還沒有具體的研究。因此，在極端天氣背景下研究遼寧省的城市脆弱性時空變化特征及其驅(qū)動機制，可以豐富城市脆弱性的研究內(nèi)容，對城市適應(yīng)氣候變化，科學(xué)制定防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃，提高城市韌性，實現(xiàn)人居環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和實踐價值。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 指標體系的構(gòu)建

以遼寧省十四個城市為研究對象，從極端天氣、生態(tài)環(huán)境、社會、經(jīng)濟四個視角，建立與之對應(yīng)的23個指標，構(gòu)建遼寧省城市脆弱性綜合測度指標體系。由于遼寧省極端天氣多以暴雨和高溫為主，因此極端天氣視角下選取了暴雨頻率、暴雨強度、高溫頻率、高溫強度4個指標。根據(jù)遼寧省十四個城市在面對極端天氣時所具備的應(yīng)對條件以及極端天氣過后所具備的恢復(fù)條件為標準，在生態(tài)環(huán)境視角下，選取了造林面積等3個指標；在社會視角下選取了城市排水管道密度、各地區(qū)科學(xué)研究和技術(shù)服務(wù)業(yè)在崗職工人數(shù)、六十歲以上老人數(shù)等9個指標；在經(jīng)濟視角下選取了各地區(qū)人均產(chǎn)值、各地區(qū)常住居民人均可分配收入等7個指標，見表1。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文研究的數(shù)據(jù)來源包括《遼寧省統(tǒng)計年鑒》、《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://data.cma.cn/）、《氣候公報》，由于指標中所需的部分數(shù)據(jù)在統(tǒng)計年鑒中沒有直接給出，諸如城市排水管道密度利用城市排水管道長度除以建成區(qū)面積得到。個別數(shù)據(jù)根據(jù)相鄰年份的值插值補齊。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 數(shù)據(jù)標準化處理。首先對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。由于指標體系中各指標性質(zhì)不同，將其分為正、負相關(guān)兩種類型。正相關(guān)按公式（1）處理，負相關(guān)按公式（2）處理：

其中Xij為第i年第j項指標值，xij為第i年第j項指標的標準值。

1.3.2 確定指標權(quán)重。將14個城市的23個指標分別做平均值，將其稱作平均指標，采用客觀賦值法中的熵值法計算各指標權(quán)重：

表1 極端天氣背景下遼寧省城市脆弱性評價指標體系及權(quán)重

①第i年第j個平均指標占第j項所有平均指標的比

②第j個平均指標的熵值：

③第j個平均指標的差異性系數(shù)：

④極端天氣、生態(tài)環(huán)境、社會、經(jīng)濟4個系統(tǒng)的平均指標客觀權(quán)重系數(shù)：

⑤人為規(guī)定第j個平均指標的主觀權(quán)重，綜合權(quán)重為主觀權(quán)重與客觀權(quán)重的平均值。

UVIj為第j個指標的脆弱性，(UVIe)j為第j個指標的標準值，Wj為第j個指標的綜合權(quán)重。將脆弱性當(dāng)作原數(shù)據(jù)，再次求新的脆弱性，步驟如下：

①求新的標準值、比重、熵值、差異性系數(shù)方法與第一次相同。

②求新的指標權(quán)重公式：城市脆弱性的確定公式：

③求新的指標脆弱性方法與第一次相同。

UVI為城市脆弱性指數(shù)，(UVIe)j為第j個新指標的標準值，Wj為第j個新指標的權(quán)重，m為指標個數(shù)。最終求得遼寧省2007～2016年城市綜合脆弱性指數(shù)（見表 2）。

1.3.4 綜合脆弱性劃分。2007～2016年遼寧省城市綜合脆弱性指數(shù)最大值為0.7795，最小值為0.1826，中位數(shù)為0.3593，平均值為0.3891，標準差為0.144，整體呈正態(tài)分布。參考趙銀兵等分類依據(jù)，采用自然斷裂點法將其進行等級劃分[16]。參考安士偉等研究成果[17]，采用五級分類法刻畫遼寧省城市脆弱性（見表3）。

2 結(jié)果分析

2.1 遼寧省綜合城市脆弱性在時間上的動態(tài)分析

根據(jù)圖1，時間序列上，遼寧省城市脆弱性可分為城市脆弱性下降階段（2007～2012年）和城市脆弱性波動階段（2012～2016年）。2007～2012年遼寧省城市綜合脆弱性指數(shù)均在下降是最顯著的趨勢。除了沈陽、大連、營口和葫蘆島四個城市以外，其余城市綜合脆弱性指數(shù)均在2009年有突變性增長。2012～2016年各城市綜合脆弱性指數(shù)呈現(xiàn)不同的變化趨勢?，F(xiàn)將城市脆弱性變化趨勢相同且出現(xiàn)突變性增減的年份相同的城市歸為一類，可分為四類：鞍山、撫順、本溪、丹東、鐵嶺五個城市為第一類，2007～2012年間，除2009年突變性增長以外，城市綜合脆弱性呈下降趨勢，2012～2016年呈波動性變化；遼陽、盤錦兩市為第二類，城市綜合脆弱性指數(shù)除在2009年有突變性增長以外，其他年份均較平穩(wěn)；錦州、阜新和朝陽三市為第三類，城市綜合脆弱性指數(shù)除在2009年有突變性增長以外，還有一次中等幅度增長；沈陽、大連、營口、葫蘆島四市為第四類，突變性增長不發(fā)生在2009年，而是在其他年份。

表2 2007～2016年極端天氣背景下遼寧省城市脆弱性

表3 極端天氣背景下遼寧省城市脆弱性綜合測度分級標準

2.1.1 鞍山、撫順、本溪、丹東、鐵嶺五市綜合分析。鞍山、撫順、本溪、丹東、鐵嶺五個城市變化趨勢大體一致，2012～2016年城市綜合脆弱性指數(shù)呈波動性變化。但鞍山和鐵嶺在2014年發(fā)生突變性增長，撫順、本溪和丹東在2016年發(fā)生突變性增長。

鞍山、鐵嶺兩市城市綜合脆弱性時間變化趨勢更加接近。2007～2013年間，除2009年城市綜合脆弱性指數(shù)有突變性增長外，均呈持續(xù)下降趨勢；2013～2016年間，均呈上升—下降—上升的波動趨勢。兩市城市綜合脆弱性指數(shù)在2009年達到最大值，2013年達到最小值。有所不同的是，兩市城市綜合脆弱性雖變化趨勢相同，但在十年間，鞍山市城市綜合脆弱性指數(shù)從0.4430增長到0.5503，鐵嶺城市綜合脆弱性指數(shù)從0.4915下降到0.3232。鞍山與鐵嶺比較，鞍山適應(yīng)極端氣候天氣的能力較弱。

撫順、本溪、丹東三市城市綜合脆弱性時間變化趨勢更加接近。三市城市綜合脆弱性整體呈下降趨勢，且在2009年和2016年出現(xiàn)了突變式增長。三市的城市綜合脆弱性指數(shù)均在2009年達到最大值，但最小值撫順、本溪、丹東分別出現(xiàn)在2013年、2014年和2015年。

圖1 2007～2016年極端天氣背景下遼寧省各市城市脆弱性變化趨勢

2.1.2 遼陽、盤錦兩市綜合分析。遼陽、盤錦兩市城市綜合脆弱性指數(shù)變化大體一致。遼陽和盤錦城市綜合脆弱性指數(shù)除在2009年有突變性增長以外，其他年份均較平穩(wěn)。

2007～2016年兩市城市綜合脆弱性指數(shù)均有所下降。其中，2007～2013年整體呈下降趨勢。在2009年發(fā)生突變性增長，增長速度達到最大，城市綜合脆弱性指數(shù)達到了最大值，極端天氣脆弱性指數(shù)達到最大值。2013～2016年，遼陽市城市綜合脆弱性指數(shù)逐年緩升，盤錦市則呈波動性變化。值得一提的是，2007～2011年，盤錦城市綜合脆弱性指數(shù)略高于遼陽市。2012～2016年，兩市相差不大，大體相同。

2.1.3 錦州、阜新和朝陽三市綜合分析。錦州、阜新和朝陽城市綜合脆弱性指數(shù)除在2009年有突變性增長以外，還有一次中等幅度增長，錦州發(fā)生在2014年，阜新發(fā)生在2015年和2016年兩年，朝陽發(fā)生在2013年，其余年份均呈下降趨勢。三市城市綜合脆弱性指數(shù)均在2009年達到最大值，最小值錦州、阜新和朝陽分別出現(xiàn)在2016年、2014年和2012年。

2.1.4 沈陽、大連、營口、葫蘆島四市綜合分析。沈陽、大連、營口、葫蘆島四個城市相比較，大連和營口的城市綜合脆弱性指數(shù)較穩(wěn)定，只個別年份有小幅度波動，大連市發(fā)生在2011年，營口市發(fā)生在2013年；沈陽和葫蘆島的城市綜合脆弱性指數(shù)波動較大，變化幅度較大，城市綜合脆弱性不穩(wěn)定，葫蘆島更為顯著。其中，沈陽城市綜合脆弱性指數(shù)在2007～2013年呈下降趨勢，期間有小幅度波動，在2014年發(fā)生突變性增長，在2016年達到最大值；葫蘆島城市綜合脆弱性指數(shù)在2007～2012年呈下降趨勢，在2012～2016年間，升高和下降交替進行大幅度波動，且在2015年達到最大值。

2.2 遼寧省綜合城市脆弱性的空間分布分析

將所得脆弱性數(shù)據(jù)輸入ArcGIS 10.2軟件中，按照自然斷裂點進行分類，分別得出較低脆弱度、低脆弱度、中脆弱度、較強脆弱度和強脆弱度的空間分布格局（見圖 2）。

2.2.1 逐年分析。在城市角度，2007年遼寧省城市脆弱性綜合測度多數(shù)為中脆弱度，朝陽和本溪為強脆弱度，丹東和盤錦為較強脆弱度。2008年遼寧省城市脆弱性綜合測度多數(shù)為中脆弱度，只有丹東為較強脆弱度。2009年遼寧省城市脆弱性綜合測度多數(shù)為強脆弱度，中脆弱度城市只有沈陽、大連、營口和葫蘆島。2010年遼寧省城市脆弱性綜合測度多為中脆弱度，只有大連為較弱脆弱度。2011年遼寧省城市脆弱性綜合測度多為較弱脆弱性，只有遼陽為中脆弱度。2012年遼寧省城市脆弱性綜合測度多為較弱脆弱度，葫蘆島和鐵嶺已達到弱脆弱度。2013年遼寧省城市脆弱性綜合測度多為較弱脆弱度和弱脆弱度，朝陽市為中脆弱度。2014年遼寧省城市脆弱性綜合測度多為較弱脆弱度和中脆弱度，盤錦和葫蘆島為弱脆弱度。2015年遼寧省城市脆弱性綜合測度多為較弱脆弱度，沈陽和鞍山為中脆弱度，葫蘆島為較強脆弱度。2016年遼寧省城市脆弱性綜合測度多為中脆弱度和較強脆弱度，營口為弱脆弱度，撫順為強脆弱度。

圖2 2007～2016年極端天氣背景下遼寧省城市脆弱性空間分布演變圖

在空間角度，2007年強脆弱度城市分布在遼東和遼西，且都為內(nèi)陸城市，較強脆弱度城市均為沿海城市，分布在遼中和遼東。2008年城市脆弱度大體一致，中脆弱度幾乎全省覆蓋。2009年強脆弱度城市分布在遼中、遼西和遼東地區(qū)，中脆弱度城市多分布在遼南沿海城市。2010年城市脆弱度大體一致，中脆弱度幾乎全省覆蓋。2011年空間分布上城市脆弱度以遼陽為中心逐漸向外減弱。2012年空間分布上弱脆弱度分布在遼西沿海城市和遼北內(nèi)陸城市，其他為較弱脆弱度。2013年空間分布上呈現(xiàn)較弱脆弱度包圍弱脆弱度態(tài)勢。弱脆弱度多分布在遼中和遼東北地區(qū)，均為內(nèi)陸城市。2014年空間分布上呈“扎堆式”分布。中脆弱度城市以遼中向遼東北和遼東南擴散，呈“C”形。較弱脆弱度城市分布在遼東、遼西和遼南。2015年空間分布上為較弱脆弱度包圍中脆弱度。2016年空間分布為遼東地區(qū)脆弱度較強，遼西地區(qū)脆弱度較弱。

2.2.2 總體特征。遼寧省城市脆弱性空間分布上呈現(xiàn)日趨均衡集中又日趨多級分散的態(tài)勢。強脆弱度出現(xiàn)在2007年、2009年和2016年。其中2009年高脆弱度幾乎遍布全省。2007～2008年中脆弱度區(qū)域面積不斷擴大，較強脆弱度和強脆弱度區(qū)域面積不斷減小。2009～2013年，中脆弱度區(qū)域面積不斷減小，較弱脆弱度和弱脆弱度區(qū)域面積不斷擴大，逐漸占據(jù)主導(dǎo)，且多分布在遼中和遼東北地區(qū)。2013～2015年，弱脆弱度區(qū)域面積不斷減小，較弱脆弱度和中脆弱度區(qū)域面積不斷擴大，并在2015年出現(xiàn)較強脆弱度。2015～2016年中脆弱度和較弱脆弱度區(qū)域面積不斷減小，較強脆弱度和強脆弱度區(qū)域不斷擴大，不同等級脆弱度分布較分散。

2.2.3 沿海和內(nèi)陸的空間分布特征。沿海地區(qū)與內(nèi)陸地區(qū)相比，沿海地區(qū)城市脆弱度要低于內(nèi)陸地區(qū)，一般為較弱脆弱度和弱脆弱度，個別年份的個別城市會出現(xiàn)較強脆弱度和強脆弱度。而內(nèi)陸地區(qū)因城市發(fā)展進程、城市類型等因素的不同，脆弱度分布較分散，具體脆弱度主要依據(jù)該年極端天氣發(fā)生的頻率與強度。

沿海地區(qū)內(nèi)部比較，東部脆弱度要強于西部，尤以丹東顯著。南部脆弱度要弱于其他地區(qū)，以大連顯著。

內(nèi)陸地區(qū)內(nèi)部比較，多呈“集群式”分布，同一脆弱度的城市分布較密集。且多呈現(xiàn)“包圍式”分布，即相似脆弱度的城市群包圍另一相似脆弱度的城市群。

3 原因分析與討論

綜合時間分析和空間分析，作出如下分析與討論。

3.1 在極端天氣頻發(fā)且強度較大的年份，全省城市綜合脆弱性普遍偏高，如2009年全省大多數(shù)城市都遭受了暴雨的侵襲，城市綜合脆弱性指數(shù)平均值高達0.639，極端天氣脆弱性在整體上對城市綜合脆弱性起主導(dǎo)控制作用。

3.2 隨著城市的發(fā)展與經(jīng)濟的增長，全省經(jīng)濟脆弱性均呈下降趨勢，經(jīng)濟脆弱性平均值在2007年～2016年從0.221下降到0.065，城市抵抗極端天氣的能力與極端天氣過后的恢復(fù)能力都變強，在面臨相似程度的極端天氣時，經(jīng)濟較發(fā)達的城市比經(jīng)濟相對落后的城市脆弱性小。例如，當(dāng)極端天氣發(fā)生時，內(nèi)陸地區(qū)較比沿海地區(qū)城市脆弱性大，資源枯竭型城市比其他類型城市脆弱性大。主要原因為：沿海地區(qū)所受極端天氣的強度較低，且沿海地區(qū)經(jīng)濟相比于內(nèi)陸地區(qū)更為發(fā)達；資源枯竭型城市多元化產(chǎn)業(yè)少，經(jīng)濟較落后。因此可以得出，極端天氣雖在整體上對城市綜合脆弱性指數(shù)起主導(dǎo)控制作用，但城市綜合脆弱性與城市各方面的發(fā)展情況密不可分，其中經(jīng)濟因素最為重要。

3.3 當(dāng)極端天氣脆弱性呈下降趨勢時，個別城市綜合脆弱性并未同極端天氣脆弱性一起下降，而是出現(xiàn)了增長的趨勢。分析各三級指標脆弱性變化趨勢可得，在該情況下影響城市綜合脆弱性的主要因素為造林面積和城市綠化面積減少，科學(xué)研究、技術(shù)服務(wù)和地質(zhì)勘查業(yè)在崗人員數(shù)和水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)在崗人員數(shù)的減少和失業(yè)率增長。從事科研方面等人員的減少以遼陽市最為典型。如遼陽市科學(xué)研究、技術(shù)服務(wù)和地質(zhì)勘查業(yè)在崗人員數(shù)脆弱性在十年間從0.079上升至0.153；水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)在崗人員數(shù)脆弱性從0.056上升至0.083?？梢姡瑥氖屡c極端天氣相關(guān)工作的人員數(shù)的波動在一定程度上影響了城市脆弱性。造林面積和城市綠化面積的減少以沈陽市最為典型：十年間造林面積脆弱性在從0.533上升至0.636；城市綠化面積脆弱性從0.208上升至0.253。隨著城市的不斷發(fā)展，建成區(qū)面積不斷擴大，導(dǎo)致城市造林面積與綠化面積不斷減小，進而加大了城市脆弱性。因此，城市發(fā)展進程的快慢不能反應(yīng)城市脆弱性的大小，城市的發(fā)達并不意味著城市脆弱性小。

4 結(jié)論

4.1 時間序列上，遼寧省城市脆弱性可分為城市脆弱性下降階段（2007～2012年）和城市脆弱性波動階段（2012～2016年）。極端天氣對城市脆弱性的變化起主導(dǎo)作用，城市抵抗極端天氣的能力和極端天氣過后的恢復(fù)能力均有所提高。

4.2 空間序列上，遼寧省所受極端天氣的頻率和強度越大，脆弱性分布越分散；所受極端天氣的頻率和強度越小，脆弱性分布越密集。城市脆弱性多呈“集群式”和“包圍式”分布，且沿海地區(qū)脆弱性要小于內(nèi)陸地區(qū)，且內(nèi)陸地區(qū)城市脆弱性空間分布與經(jīng)濟水平空間分布基本吻合。

4.3 城市發(fā)展進程快并不意味著城市脆弱性小。若城市的發(fā)展導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)遭受破壞，該城市抵抗極端天氣的能力和極端天氣過后的恢復(fù)能力均會有所減弱，導(dǎo)致城市脆弱性減小。例如沈陽市，應(yīng)增加造林面積和城市綠化面積，以增強城市應(yīng)對極端天氣的抵抗能力，使城市更加適應(yīng)氣候變化，提高城市韌性。

4.4 對于經(jīng)濟發(fā)展相對落后的城市，如遼陽市，應(yīng)增加從事科研、環(huán)境方面的在崗人數(shù)，如科學(xué)研究、技術(shù)服務(wù)、水利、環(huán)境、公共設(shè)施管理方面等。以有效科學(xué)制定防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃，實現(xiàn)人居環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展。