城市蔓延對城市能耗影響的實(shí)證分析——江淮論壇

如前文的理論模型所述，城市空間過度擴(kuò)張將影響居民的行為模式，從而影響城市的能源消耗。本部分將通過對220個(gè)地級市的實(shí)證分析，進(jìn)一步研究城市蔓延對居民交通行為能耗和居家行為能耗的影響，為USEM模型提供實(shí)證依據(jù)。
（一）主要指標(biāo)選取
城市密度：城市密度可以用來描述城市空間的擴(kuò)張程度[29]，城市密度的變化反映了不同的城市發(fā)展模式。城市密度降低則說明城市空間過度擴(kuò)張，城市發(fā)展模式是蔓延式發(fā)展，如前文所述的鄂爾多斯、深圳、蘇州、武漢等城市；反之，城市密度上升則說明城市發(fā)展模式是緊湊性發(fā)展，如前文所述的東莞、南通、廣安、汕尾等城市。因此，本文使用城市密度這一指標(biāo)來表示城市蔓延的程度，以此研究城市蔓延對城市能耗的影響。
行為能耗：本文只研究城市蔓延對居民的交通行為和居家行為能耗的影響。交通行為包括交通工具的選擇以及出行距離、出行時(shí)間和出行頻率等，本文所研究的交通行為能耗是指私人汽車的能耗；居家行為包括居住地點(diǎn)的選擇、居住空間的選擇（是偏好大空間還是偏好通達(dá)性）、家用加熱-制冷-照明設(shè)備的選擇、設(shè)備的使用頻率和時(shí)間等，本文所研究的居家行為能耗包括家庭電力能耗和燃?xì)饽芎摹?
居民行為模式不僅受到城市空間的影響，還與其他的社會經(jīng)濟(jì)變量有關(guān)。[30]本文分別以人均交通能耗、人均居家能耗作為被解釋變量，以城市密度、市轄區(qū)面積、市轄區(qū)人口、人均住房面積、平均每戶家庭人口數(shù)、職工平均工資、從業(yè)人口比重、城市7月平均氣溫作為解釋變量。
（二）研究假設(shè)
城市密度影響交通模式選擇，城市密度越高，城市公共交通的效率和競爭力越強(qiáng)，人們傾向于選擇公共交通出行[31]；城市越緊湊，平均出行距離越短[32]；Newman（2008）實(shí)證結(jié)果表明城市密度提高一倍，個(gè)人交通能耗會減少一半。
另外隨著城市蔓延、城市低密度化發(fā)展，人們傾向于在城市邊緣選擇較大的居住空間，制冷制熱的需求增強(qiáng)，這會導(dǎo)致居家能耗增加。根據(jù)以上分析，提出兩個(gè)研究假設(shè)：
假設(shè)1：人均交通行為的能耗與城市密度負(fù)相關(guān)。
假設(shè)2：人均居家行為的能耗與城市密度負(fù)相關(guān)。
（三）數(shù)據(jù)預(yù)處理
剔除不完整的數(shù)據(jù)項(xiàng)，選擇220個(gè)地級市2008年的截面數(shù)據(jù)作為研究樣本。但除前文已經(jīng)列舉了部分解釋變量之外，還有其他因素也與行為模式有關(guān)。這些信息無法做到完全窮舉，某些信息具有很強(qiáng)的地域特性，所以需要提煉出城市的一般共性特征。自組織特征映射（Self-Organizing Feature Map，SOFM）具有抽取輸入信號模式特征的能力，可以用于提取實(shí)際城市數(shù)據(jù)的一般共性特征，即生成理想城市數(shù)據(jù)。本文采用SOFM進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理。
在SOFM中，競爭層神經(jīng)元即理想城市的結(jié)構(gòu)設(shè)為12×12，Kalteh提出迭代次數(shù)至少為神經(jīng)元個(gè)數(shù)乘以500，本文進(jìn)行45000次迭代。在SOFM分析的基礎(chǔ)上，提取144個(gè)競爭層神經(jīng)元的權(quán)值，即144個(gè)理想城市的相應(yīng)維度數(shù)據(jù)，并利用這些更具有一般性的城市數(shù)據(jù)建立回歸模型，分析城市密度對交通行為模式和居家行為模式的影響。
（四）實(shí)證分析結(jié)果
1.城市密度對交通行為模式的影響
從多重共線性統(tǒng)計(jì)可以看出（表2），容忍度（Tolerance）均超過陳希孺等提出的0.1的最小臨界值標(biāo)準(zhǔn)，方差膨脹因子（VIF）最大為3.913，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于10的標(biāo)準(zhǔn)，且最大條件指數(shù)（condition index）未超過Stewart等人提出的30臨界水平。表明自變量間不存在近似的線性關(guān)系，即不存在多重共線性問題。
在0.05顯著性水平下，人口密度顯著，且與用于描述交通行為模式的交通能耗負(fù)相關(guān)，假設(shè)1成立。即城市蔓延將影響居民的交通行為模式，導(dǎo)致高能耗交通行為模式的形成。
2.城市密度對居家行為模式的影響
回歸結(jié)果表明（表3），變量間不存在多重共線性。用于描述居家行為模式的居家能耗與人口密度負(fù)相關(guān)，假設(shè)2成立，且與人均住房面積正相關(guān)。這進(jìn)一步證明，城市蔓延影響了居民的居家行為模式，也導(dǎo)致高能耗居家行為模式的形成。
綜上分析可知，城市蔓延式發(fā)展對居民行為模式產(chǎn)生了顯著影響，并最終導(dǎo)致城市的人均能源負(fù)荷增加。就交通行為而言，城市蔓延導(dǎo)致交通網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)相對分散且獨(dú)立，居民的交通行為呈分散化趨勢，這會降低公共交通的規(guī)模效應(yīng)。另外，通勤距離增加，將使得人們對私人小汽車的依賴程度增強(qiáng)，出行的距離也更長。就居家行為而言，在低密度城市，人們住房面積更大，對采暖、制冷、照明的要求更高，對相應(yīng)能源設(shè)備的依賴更強(qiáng)?？傊鞘新訉?dǎo)致了高能耗行為模式的形成。并且，城市空間邏輯一旦確定，將會形成強(qiáng)大的行為路徑依賴，對行為模式產(chǎn)生持續(xù)性的、難以逆轉(zhuǎn)的影響，甚至能源技術(shù)創(chuàng)新也難以抵消這些影響。因此，需要轉(zhuǎn)變城市的發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)城市的緊湊性發(fā)展。