干旱咒语，城市膨胀：分析干旱导致的撒哈拉以南非洲城市扩张

11099 干旱期，城市洪涝 分析干旱引发的城市扩张在撒哈拉以南非洲 Rafael Van der Borght Oscar A. Ishizawa Jean Thuret Joaquin Muñoz 城市、灾害风险管理、弹性与土地全球部门 2025年4月 一个为本论文验证的可重复性包可在http://reproducibility.worldbank.org获取，点击这里用于直接访问。 政策研究工作论文 11099 摘要 干旱越来越多地被提及为撒哈拉以南非洲城市化的推动因素，然而，关于它们在塑造城市空间扩张中所起的作用知之甚少。本研究结合了1984-2015年的建设区域卫星图像和气候数据，实证检验了干旱是否以及多大程度上影响了非洲城市空间扩张。它进一步调查了这些影响在不同城市和国家中的异质性。研究发现，极端干旱显著加速了城市建成区增长速度，而更频繁但程度较轻的干旱影响微乎其微。重要的是，这些影响在不同城市中差异很大。最极端的1%的干旱事件将一个国家最大城市周边新定居点出现的平均速度提高了75%，但它们并没有改变…… 小型城市和城镇的扩张。这些由干旱引起的效应加剧了最大城市的蔓延，并具有重要的政策意义。极端干旱给最大城市（往往人口过剩）增加了额外压力，可能会加剧拥堵效应。它们还导致城市在洪水易发地区的扩张速度加快，从而放大城市洪水风险。随着气候变化，该地区极端干旱和极端降雨事件的频率预计将增加，加剧了未来最大城市因干旱而扩张的可能性，并恶化了城市洪水风险前景。这些发现呼吁在城市和农村地区采取紧急且定制的风险降低措施。 本文是城市、灾害风险管理、韧性和土地全球部门的研究成果。它是世界银行旨在为其研究提供开放获取并贡献于全球发展政策讨论更大努力的一部分。政策研究工作论文也发布在http://www.worldbank.org/prwp上。作者可通过atoishizawa@worldbank.org联系。本文的经过验证的可重复性包可在http://reproducibility.worldbank.org获取，点击这里用于直接访问。 《政策研究工作报告系列》传播正在进行的科研工作的成果，以鼓励关于发展的思想交流问题。本系列的一个目标是快速发布研究结果，即使报告的展示不够完美。论文包含作者姓名应相应引用。本文中表达的研究发现、解释和结论完全属于作者本人。作者的观点。它们不一定代表国际复兴开发银行/世界银行的看法。其附属机构，或世界银行执行董事或他们所代表的政府。KP我ANPG 干旱期与城市膨胀：分析撒哈拉以南非洲干旱引发的都市扩张 拉斐尔·范德博格特、奥斯卡·伊西哈瓦、让·图雷和豪阿金·穆尼奥斯 JEL 分类：Q54, 018, 013, R11 关键词：干旱、城市范围、气候风险、地球观测、非洲 我们感谢Megha Mukim就这篇手稿先前版本提出的宝贵意见，以及Romain Fourmy和Jin Rui Yap在处理本研究中使用的一些数据时提供的支持。本工作由撒哈拉以南非洲灾害风险分析计划（Sub-SaharanAfrica Disaster Risk Analytics Program）资助，该计划由全球灾祸减少与恢复设施（Global Facility forDisaster Reduction and Recovery, GFDRR）提供资金。作者（们）可通过以下方式联系： 1. 背景 城市化是非洲大陆在21世纪将经历的最为深刻的变革之一。st世纪2020年，59%的人口居住在农村地区，撒哈拉以南非洲（SSA）的城市化进程仍然处于初期阶段。然而，自2000年以来，居住在城市地区的人口已增加一倍多，预计在未来三十年内将以每十年40%的速度持续增长。1全球城市化速度最快的地区现在是SSA，预测表明到2050年，另外7.5亿人可能居住在城市地区。预计的城市人口增长超过了印度的当前城市人口（约5亿）以及拉丁美洲和加勒比地区的人口总和（约6.6亿）。这股庞大的新城市居民潮将重新配置城市系统，为塑造非洲城市未来提供一个独特的机遇窗口。2 非洲南部和东部地区（SSA）的未来城市化将在不断变化的气候中展开，但关于极端天气事件对城市动态的影响知之甚少。3在过去的几十年里，SSA地区的城市化与别处观察到的经济发展并不相关（见图1）。这一显著差异表明，SSA地区城市化的驱动因素可能与别处观察到的不同。长期文献已关注增长与城市化之间的脱节，强调了在贫穷国家中，城市化可能越来越由推动因素所驱动，这些因素使人们离开农村地区，而不是由吸引他们进入城市的拉力因素所驱动（Lipton，1977；Bairoch，1988；Fay和Opal，2000；Bloom等，2008；Glaeser，2014；Jedwab和Vollrath，2015；Castells-Quintana和Wenban-Smith，2020）。在SSA地区的农村地区，这里集中了82%生活在极端贫困中的人口。 区域内的贫困以及生活手段高度依赖天气条件（Beegle和Christiaensen，2019），居民确实可能会因为天气冲击而“被推离”城市，就如同他们可能被吸引到城市一样。在气候变化的情况下，这些动态可能会因为极端天气事件的频发而加剧，从而强化了更好地理解恶劣自然事件如何影响撒哈拉以南非洲城市发展必要性的需求。 现有文献表明，缓慢发生的自然灾害，如干旱，有可能加速全国范围内的城市化进程，但这些影响在城市层面的理解仍然不足。先前研究传统上使用迁移数据来展示不利的自然灾害如何导致人口从农村向城市地区迁移（Marchiori等，2012针对撒哈拉以南非洲地区；Strobl和Valfort，2013针对乌干达；Joseph和Wodon，2013针对也门共和国）。更多近期的调查使用城市化率或遥感数据对建成区进行了研究，并证实更干燥的气候条件会增加城市化或建成区增长率（Henderson等，2017针对撒哈拉以南非洲地区；Castells-Quintana等，2021；Chlouba等，2022在全球范围内）。这些研究还强调了严重干旱以及与之相关的事件，如荒漠化，对城市化动态产生的显著影响，而洪水或其他快速的不利自然事件则无法产生明确或不一致的冲击。然而，关于干旱对城市空间范围影响的经验证据非常有限。更好地理解不同干旱期（就严重程度而言）如何影响这一空间范围，对于设计能够适应气候变化模式和城市人口同时变化的土地利用政策至关重要。此外，干旱诱导效应的性质和程度在不同城市类别中可能高度异质，尽管对这些差异化影响的全面调查仍然缺乏。这一知识空白限制了为我们提供基于证据的政策建议，这些建议能够塑造撒哈拉以南非洲地区城市及其城市系统未来的发展。 在此背景下，本文实证检验了干旱对城市空间扩展的影响程度及其是否产生影响。为此，构建了一个包含1984年至2015年期间42个SSA国家702个城市的独特数据集。基于国际统一的城镇定义，我们利用遥感数据，通过城镇建成区增长率的细化水平来衡量城市扩张。地球观测用于客观地描绘农村地区的干旱情况。然后，我们通过固定效应计量经济学方法，评估干旱加剧城市扩张的程度，并探究这种影响在城市和国家之间的异质性。固定效应的使用允许我们隔离干旱从其他因素（例如冲突或疾病）中的影响，并且对于在估计系数上做出因果性假设至关重要。 研究结果表明，极端干旱显著加速了各国最大城市的空间扩张，但对较小城市和城镇的影响可以忽略不计。然而，频繁但温和的干旱产生的效果难以察觉，而1%最极端的干旱预计将使后续年份最大城市的平均扩张率提高75%。这意味着极端干旱显著加速了各国最大城市周边新定居点的出现，从而加剧了城市扩张。此外，干旱的边际影响在平均降雨量非常低的国家（例如毛里塔尼亚或尼日尔）中往往更为明显。总之，尽管干旱经常被提及是该地区城市化的主要驱动因素，但所提出的分析揭示出：（i）只有极端干旱显著加速了城市扩张的速度；（ii）这些影响在城市体系或国家之间并不均匀。它们对各国最大城市的空间扩张产生了重大影响，但不会影响较小城市和城镇的扩张。 这些结果提供了对干旱在塑造SSA城市空间扩张中所起作用的深入理解，强调了未来SSA城市面临的两项关键政策挑战。首先，鉴于 极端干旱对大城市产生显著影响，但对小城市和城镇影响微乎其微。它们加剧了大城市基础设施和资源压力，可能进一步恶化已经影响它们的拥堵效应（例如，拥挤的公共基础设施和道路、生活成本和经营成本增加，以及其他污染问题）。其次，极端干旱之后的建成区快速扩张放大了大城市扩展带来的挑战。具体而言，在风险信息化的土地使用规划和分区法规较弱和/或执法不力的情况下，大城市因干旱引发的土地扩张转化为容易发生洪水区域的建成区更快扩张。利用高分辨率洪水图，我们估计，当SA城市建成区扩大10%时，它们暴露于极端洪水中的建成区份额增加1.3%，对首要城市的影响更为显著。尽管这种演变在城市间高度异质，但它突出了干旱引起的大城市扩张如何最终增加对极端洪水的暴露。 随着气候变化的加剧，预计温度的上升以及更不规则的降雨模式可能会导致极端干旱发生的频率增加，并加剧其对撒哈拉以南非洲城市的影响。更频繁的尾部事件会增加最大城市扩张加剧的可能性，这在拥堵效应和洪水暴露方面可能产生重要后果。同时，在高升温气候情景下，该地区预计将出现更频繁的极端降雨事件，这将进一步加剧这些暴露城市的城市洪水风险。这可能导致一个恶性循环，其中极端干旱加剧城市洪水风险，使未来可持续发展的前景面临风险。因此，需要迅速采取并整合以下行动：(i)提高城市规划能力，以容纳新的城市居民，并更好地利用与高密度相关的集聚经济；(ii)识别和投资于降低洪水风险并促进气候适应的城镇基础设施；(iii)加强农村地区的气候抗灾能力。 本文的剩余部分结构如下：第2节描述了我们数据集中的数据和主要事实；第3节提出了实证框架；第4节讨论了结果。第5节得出结论，并反思了这项工作的部分政策含义。 2.干旱和撒哈拉以南非洲城市空间扩张：数据和典型事实 本节阐述了收集关于（i）干旱和（ii）城市级扩张信息的资料来源和方法。 2.1. 旱灾预示 将干旱定义为水资源短缺，在客观量化其持续时间、强度和空间范围方面带来了挑战。干旱的影响取决于多种因素，这些因素超出低于正常水平的降水量，包括当地温度、土地利用的普遍性或灌溉和农业实践——以及其他因素。此外，水资源的利用存在很大的差异，干旱可以指河流排放和水库蓄水量低于正常水平，或者是土壤水分或地下水的不足。不同水资源累积水分短缺的时间尺度差异显著：河流排放和土壤水分短缺可能出现在几周后，而地下水短缺可能需要几年才能显现（McKee等，1993）。因此，干旱是一种多尺度的现象，根据所考虑的水资源，可以将其分为水文干旱、环境干旱或农业干旱。 基于农业文献，本研究采用标准降水蒸散指数（SPEI）来表征干旱条件。然而，纯降水量指标如标准降水量指数（SPI，McKee等，1993）可以精确捕捉与长期平均值的降水偏差，但它们没有考虑到温度对干旱状况的影响。更高的温度增加了农作物和植被的水需求，加剧了蒸散量，并使农业干旱程度加剧（Breshears等，2005；Ciais等，2005；Lobell等，2011；Rebet等，2006）。在撒哈拉以南非洲地区（SSA），该区域的平均温度在1985年至2015年间已经上升了0.7°C，因此SPEI可能比纯降水量指标更准确地描述干旱影响。4SPEI 是从气候-水分平衡方程中推导出来的，计算为降水量和潜在蒸散量之间的差值，而潜在蒸散量本身是空气温度、海拔和风速的函数（详见 Vicente- Serrano 等人，2010 年的详细讨论）。我们承认，更近期的土壤湿度或“叶绿素含量”（例如 SMADI、SWDI、EVI、NDVI）数据集也已用于以更高空间分辨率表征干旱（例如，Pablos 等人，2018 年）。然而，这些数据集在本研究中被忽略，因为它们仅可提供过去 20 年或更少的记录，限制了在我们采用国家-双年度