城市形态作为杠杆：降低住宅天然气依赖的关键路径与伊朗大都市区实证研究

本研究针对住宅天然气消费研究不足的现状，以伊朗八大都市区为案例，通过多水平模型分析城市形态对住宅天然气消费的影响。研究发现人口密度、建筑指数(NDBI)与天然气消费呈负相关，植被指数(NDVI)与供暖需求正相关，揭示了紧凑型城市发展对降低天然气依赖的作用，为可持续城市能源政策制定提供了科学依据。

　　

在全球能源转型和 decarbonization（脱碳）的背景下，住宅部门的能源消费模式正受到广泛关注。然而，现有研究大多聚焦于电力消费，对天然气这一重要能源的关注明显不足。尽管天然气相比其他化石燃料碳排放较低，但它仍无法成为实现可持续发展目标（SDGs）的最终解决方案。特别是在伊朗这样的国家，天然气在住宅能源消费中的占比高达80%，远超美国42%的水平，这种高度依赖天然气的能源结构不仅影响气候变化应对，还涉及能源安全和经济韧性等多重问题。

更值得注意的是，现有关于住宅天然气消费的研究存在明显空白：一方面，多数研究将天然气与其他能源合并分析，未能揭示其独有特征；另一方面，少数专注于天然气的研究往往得出相互矛盾的结论，特别是在城市形态变量（如人口密度、城市化率）的影响方向上存在显著分歧。这种不确定性主要源于研究方法局限性和案例研究范围的狭窄。

为了填补这一研究空白，来自德国多特蒙德工业大学的Sina Narimani Abar博士及其合作者在《Sustainable Cities and Society》发表了最新研究成果，以伊朗全部八大都市区为案例，深入探讨了城市形态变量对住宅天然气消费的影响机制。

研究人员采用了多源数据融合的分析策略。主要数据来源包括：从爱荷华环境中尺度网（IEM）获取的微观温度数据，用于计算供暖度日数（HDD）；从伊朗福利数据库（IWD）获取的邮政区码尺度的家庭社会经济特征和天然气消费聚合数据；通过Google Earth Engine获取的COPERNICUS卫星数据，用于提取归一化建筑指数（NDBI）和归一化植被指数（NDVI）。研究采用多水平模型（MLM）来处理数据的层次结构特征，其中邮政区码区域嵌套在八大都市区内，有效解决了观察值独立性的假设违反问题。

3.2.1. 因变量

研究发现住宅天然气消费呈现明显的季节性特征，冬季由于供暖需求出现消费高峰。不同城市间的消费差异显著，气候寒冷的城市如大不里士（Tabriz）平均日消费量较高，而气候炎热城市如阿瓦士（Ahvaz）消费量较低。这种差异主要归因于供暖需求的差异，突显了气候条件在能源消费中的决定性作用。

3.2.2. 气候特征

通过精密的气温数据插值处理，研究团队成功计算出每个邮政区码区域的HDD值。这种方法不仅考虑了日平均温度，还精确计算了18摄氏度阈值与每日温度变化之间的面积，为准确估计供暖需求提供了可靠基础。研究显示，伊朗八大都市区的HDD平均值达到1457.82度，标准差为460.63，反映了显著的气候多样性。

3.2.3. 城市形态变量

人口密度作为核心城市形态变量，显示了与天然气消费的负相关关系。NDBI作为建筑密集度的代理指标，同样显示负向关联，而NDVI作为绿化程度指标，则与供暖需求呈正相关。这些发现为紧凑城市发展策略提供了实证支持，表明高密度、低建筑覆盖率的城市形态有助于降低天然气消费。

3.2.4. 社会经济特征

家庭补贴分位数（SD）与天然气消费呈现正相关且非线性的关系，经济状况较好的家庭消费更多天然气。家庭规模与人口密度存在显著的交互效应，表明人口密度的负向影响随着家庭规模的增大而减弱甚至逆转。

3.2.5. 模型设定

通过计算组内相关系数（ICC），研究发现城市间差异解释了年度天然气消费变异的63%，供暖消费变异的82%，证实了采用多水平模型的必要性。模型最终解释了年度消费变异的40.94%（固定效应）和82%（总效应），其中城市形态变量单独贡献了6%的解释力。

3.2.6. 多重共线性处理

通过方差膨胀因子（VIF）检验，所有变量的VIF值均低于4.97，表明模型不存在严重的多重共线性问题。变量经过中心化或标准化处理，确保了模型估计的稳定性。

研究结论显示，城市形态变量对住宅天然气消费具有显著影响。人口密度每增加一个标准差，年度和供暖天然气消费分别下降约5%。NDBI同样显示负向关联，而NDVI则与供暖需求正相关，这主要是由于经济条件较好的家庭倾向于居住在绿化较好的区域，且消费更多天然气。

特别值得注意的是人口密度与家庭规模的交互作用：在家庭规模较小的地区，人口密度的负向影响更加明显，这表明紧凑城市发展策略在单身或小家庭为主的地区效果更为显著。这一发现为差异化城市政策制定提供了重要依据。

研究还发现，不同城市间存在显著的消费差异。阿瓦士和设拉子的邮政区码区域消费水平明显较低，而大不里士的观测值比平均水平高出近两个标准差。这种差异突显了气候条件、经济发展水平和生活方式因素的综合影响。

从政策含义来看，研究支持通过紧凑城市发展来降低住宅部门对天然气的依赖。然而，这种策略的有效性取决于当地的家庭结构特征。在家庭规模较大的地区，可能需要辅以其他措施，如提高设备能效、推广可再生能源等。

该研究的重要意义在于首次系统性地揭示了伊朗大都市区住宅天然气消费与城市形态的关联机制，为发展中国家类似情境下的能源政策制定提供了重要参考。研究结果表明，通过合理的城市规划，可以在不降低生活质量的前提下显著减少化石能源消费，为实现SDG7（经济适用的清洁能源）和SDG11（可持续城市和社区）目标提供了一条可行路径。

未来研究需要扩展更多样化的案例范围，涵盖不同国家和地区，以验证研究结论的普适性。同时，需要进一步探索电力与天然气消费的协同关系，以及城市形态对能源贫困的影响机制，为全面实现能源公正和可持续城市发展提供更完善的科学基础。