极端温度与城市创新活动：来自中国的证据

《Habitat International》：Temperature extremes and urban innovation activities: Evidence from China

　　摘要
本文提出了一个温度创新理论模型，该模型阐明了极端温度抑制城市创新活动的机制，这些机制既包括直接影响创新主体，也包括诱发人口迁移。基于2004年至2021年中国275个地级城市的面板数据的实证分析显示，极端高温和低温都会显著抑制城市创新活动。研究还发现，极端温度导致人口流出，减少了创新人力资本，但政府的财政科技和环境支出可以缓解这一负面影响。此外，研究进一步揭示了极端温度对城市创新活动影响的显著地区异质性和非线性关系。极端高温对中西部地区和较小城市的创新活动抑制作用更明显。温度与创新活动之间存在倒U形关系，大约19摄氏度是城市创新活动的最佳温度范围。这些研究结果加深了我们对极端温度如何影响城市经济活动的理解，为应对气候变化和促进城市创新发展提供了新的视角，并具有某些政策意义。

引言
极端温度通常指空气温度偏离正常值并超过特定阈值的异常天气现象，主要包括极端炎热和极端寒冷。在全球气候变化的背景下，极端温度事件，尤其是高温事件，变得越来越频繁和强烈（政府间气候变化专门委员会，2021年）。同时，随着热浪、洪水和干旱等冲击不断重塑城市发展条件，城市正逐渐成为气候风险最集中的空间单位（联合国人类住区规划署，2024年）。这表明极端温度已逐渐成为影响城市经济和社会运行的重要风险因素。
在中国背景下，极端温度与城市创新活动之间的关系值得特别关注。一方面，从1961年到2024年，中国的年平均地表温度显著上升，平均每十年增加0.31摄氏度，同时极端热事件的频率也在增加，气候风险持续加剧（中国气象局气候变化办公室，2025年）。另一方面，随着人口、产业和基础设施在城市中的不断聚集，城市地区成为气候风险最集中的空间（联合国人类住区规划署，2024年）。最近的研究表明，气候极端事件会削弱城市植被的恢复力，降低城市生态系统抵御干扰和从反复气候冲击中恢复的能力（张等人，2026年）。极端气候还可能破坏城市及其周边农村地区的生态安全，增加城市面临的环境压力，并降低城市发展所依赖的更广泛生态系统的稳定性（顾G等，2026年）。更重要的是，城市创新不是一个普通的经济活动，而是一个涉及企业、大学和研究机构等多重主体的复杂过程，它严重依赖于知识交流、人力资本聚集和基础设施的稳定运行。因此，极端温度可能通过影响劳动条件、人口流动性和更广泛的城市运行环境来影响城市创新，而城市治理、基础设施、土地使用和社会组织的调整可能为气候适应创造机会，并重塑这些传导路径（Egerer等人，2021年）。同时，城市形态和空间规划决定了人们暴露于热应激的程度以及获得舒适工作场所和公共空间的机会，从而为不同地点和人群的日常工作和社交互动创造了不同的条件（Peker等人，2025年）。这些生态和空间压力可能削弱持续工作、知识交流以及吸引和留住创新人才所需的城市条件。现有研究表明，高温暴露会损害认知功能并降低劳动生产率（Cede?o Laurent等人，2018年；LoPalo，2023年；Yin等人，2024年），而极端寒冷可能会扰乱交通和城市流动性，从而影响日常运营（Andersson & Chapman，2011年）。持续的不利气候条件也可能改变迁移模式，重塑人力资本的空间分布（Gray等人，2016年；Chen & Goutte，2025年）。这一渠道也应考虑到中国人口红利从基于年龄的劳动力供应向基于技能的生产力转变的背景，因为气候引发的迁移不仅可能改变城市人口规模，还可能改变创新所依赖的技能型人力资本的空间分布（Gu等人，2026年）。尽管这些研究没有直接考察城市创新，但其实证证据表明，极端温度可能通过影响人力资本分配、要素流动性和城市系统的运作来限制城市创新活动。鉴于创新已成为中国高质量城市发展和绿色转型的重要驱动力，系统地研究极端温度对城市创新活动的影响具有重要的理论和实践意义。

现有研究已经相对全面地讨论了极端温度对经济活动的影响。然而，相关发现主要集中在一般经济表现上，而对创新活动的关注相对有限。总体而言，现有文献可分为两个层次。首先是宏观层面，主要研究温度冲击对产出、就业和经济增长的影响，强调气候条件的变化可能对地区乃至整个国家的整体经济表现产生持久影响（Burke等人，2015年；Dell等人，2012年；Deryugina等人，2014年）。其次是微观层面，主要从劳动生产率、能源消耗、运营成本和生产安排的角度分析极端温度如何影响企业运营（Zhang等人，2018b；Chen和Yang，2019年；Addoum等人，2020年）。总体而言，这些研究有效地揭示了极端温度对一般经济活动的抑制作用。然而，创新活动与普通生产和商业活动并不完全相同。与一般经济活动相比，创新更依赖于认知投入、知识交流、人才聚集和城市系统的稳定运作。因此，极端温度影响创新活动的机制可能更为复杂，不能直接从关于一般经济后果的现有发现中推断出来。
相比之下，关于极端温度与创新活动之间关系的研究仍然相对有限。一方面，现有文献指出创新本身是应对气候变化的重要组成部分，但这些研究更多关注政策激励如何引导技术变革的方向，而不是直接测试极端温度冲击对创新活动的影响（Aghion等人，2016年）。另一方面，少数实证研究开始从创新的角度考察气候冲击的经济后果。例如，现有研究发现在短期内和中期，极端气候事件会抑制制造企业的绿色创新，而且这种抑制作用在低技术产业中更为明显（Agostino & Rondinella，2025年）。在中国背景下，一些研究也表明，高温会减少制造企业的绿色专利申请和绿色研发投资，并抑制上市公司的绿色创新（Su等人，2024年；Zhang等人，2018b）。总体而言，现有文献初步表明，气候冲击会对创新行为产生重要影响。然而，当前的讨论主要关注企业、行业和绿色创新等特定领域，仍有很大的扩展空间来系统研究这一问题。

总体而言，现有文献至少存在三个需要进一步关注的局限性。首先，关于研究对象，现有研究主要关注宏观经济结果、企业行为或特定类型的创新（如绿色创新）（Acemoglu等人，2023年；Burke等人，2015年；Dell等人，2012年；Deryugina等人，2014年；Su等人，2024年；Zhang等人，2018b），而对城市层面的整体创新活动的系统研究仍然不足。因此，现有文献难以全面捕捉极端温度对城市创新的综合影响。其次，关于潜在机制，现有研究主要从劳动生产率、能源消耗和企业运营的角度解释温度冲击的经济后果（Zhang等人，2018b；X. Chen & Goutte，2025年；Addoum等人，2020年）。尽管一些研究表明不利气候条件可能改变迁移模式和重塑人力资本的空间分布（Gray等人，2016年；Chen & Goutte，2025年），但很少有研究将人口迁移、人力资本流动性和地方政府干预等城市层面的因素纳入统一分析框架，以系统地解释极端温度如何通过城市系统影响创新。第三，就研究内容而言，关于温度和创新的研究主要考察了绿色创新的平均影响（Zhang等人，2018b；Su等人，2024年；Agostino & Rondinella，2025年），而对地区异质性、城市规模异质性和温度效应的非线性讨论仍然不足。特别是在像中国这样地区差异显著、城市层级多样且创新发展不一致的大国，系统地考察城市层面的极端温度与创新活动之间的关系不仅可以扩展气候变化和创新文献的分析范围，还能为在气候风险约束下理解高质量城市发展提供更多政策相关的证据。
为了解决这些空白，本文使用2004年至2021年中国275个地级城市的面板数据，系统地研究了极端高温和极端寒冷对城市创新活动的影响。它进一步从人口迁移和政府相关投入两个维度分析机制，同时测试了地区异质性、城市规模异质性和温度效应的非线性特征。本文的边际贡献有三个方面。首先，它将极端温度和创新的研究从宏观经济结果、企业行为和特定类型的创新扩展到城市层面的整体创新活动，从而为识别气候冲击对城市创新系统的影响提供了新的实证证据。其次，它将人口迁移和政府相关投入纳入统一分析框架，通过中介和调节机制来研究极端温度对城市创新活动的影响，从而丰富了对其潜在路径的解释。第三，它进一步测试了极端温度的影响是否因地区和城市规模而异，并识别了温度效应的非线性特征，从而为理解在气候风险约束下的城市创新发展的异质性和复杂性提供了更详细的实证证据。
本文的其余部分安排如下。第2节提出理论分析和研究假设。第3节介绍实证模型、变量定义和数据来源。第4节报告实证结果和稳健性检验。第5节进一步讨论温度与创新之间的非线性关系，并确定最佳温度范围。第6节总结并提供政策建议。

理论分析
极端温度通过多种途径对城市创新活动产生负面影响。高温直接影响创新者的身心健康和工作效率。人体生理功能受损，导致注意力下降、疲劳增加以及创新思维活动减少（Dehais等人，2020年）。同时，在炎热环境中，易怒和焦虑等负面情绪可能加剧，这与模型的设定不符。
在进行极端温度与城市创新活动的实证研究时，我们选择使用面板数据，因为较大的样本量不仅可以提高估计的准确性，还可以显著减少多重共线性的影响（Hsiao，2022年）。本文采用双向固定效应模型进行分析，该方法有许多优点。固定效应估计量可以吸收时间不变的可观测和不可观测遗漏变量的影响，大大减少了误差。

描述性分析
为了直观展示极端温度的时空分布特征，本文绘制了2004年和2021年全国极端高温和极端低温天数分布图（见图2）。2004年，中国出现的极端低温主要集中于北部地区，呈现出从东北地区到华北地区、再向西北地区逐渐明显的分布模式，其中东北地区和内蒙古自治区的情况最为突出。

在先前的分析中，我们已经确认极端温度对城市创新活动有显著的抑制作用，但温度与创新之间的关系仍不明确。在本节中，我们将进一步探讨温度与城市创新活动之间可能存在的非线性关系，并尝试确定最有利于创新活动的温度范围。首先，我们在方程（7）中简化了城市的学习能力……

基于2004年至2021年间中国275个地级城市的面板数据，我们研究了极端温度对城市创新活动的影响。研究结果表明，无论是极高的温度还是极低的温度都显著抑制了城市创新活动，而且这种关系在不同的模型设定下依然成立。通过中介效应分析，我们发现极端温度会引发城市人口外流，从而减少创新人力资本和CRediT作者贡献声明：
张新民：数据整理、调查、方法论、软件开发、验证、可视化、初稿撰写；
王淼：概念构建、资金筹集、方法论、初稿撰写、审稿与编辑；
臧红：数据整理、形式分析、初稿撰写、审稿与编辑；
文修顺：资金筹集、监督、初稿撰写、审稿与编辑。

作者声明：他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益冲突或个人关系。

我们衷心感谢来自中国重庆市研究生研究与创新基金会（项目编号：CYB260002）、国家社会科学基金（项目编号：24FGLB004）、中国博士后科学基金会项目（项目编号：2023M733253）、国家社会科学基金（项目编号：23BGL125）以及中央高校基本科研业务费（项目编号：2024CDJSKJJ33）的财政支持。

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