蘇 華王云鵬陳永品沈 奎楊靜學(xué)馬躍良

(1.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣東 廣州 510640;2.中國科學(xué)院研究生院，北京 100049; 3.廣州市蘿崗區(qū)政策研究室，廣東廣州510730)

基于格網(wǎng)的廣州市蘿崗區(qū)人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)*

蘇 華1，2王云鵬1陳永品3沈 奎3楊靜學(xué)1，2馬躍良1

(1.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣東 廣州 510640;2.中國科學(xué)院研究生院，北京 100049; 3.廣州市蘿崗區(qū)政策研究室，廣東廣州510730)

采用《國家人口發(fā)展功能區(qū)技術(shù)導(dǎo)則》確定的指標(biāo)體系，在250米格網(wǎng)下，計(jì)算了全區(qū)的人居環(huán)境指數(shù)(HEI)，并進(jìn)行了空間格局及空間異質(zhì)性的比較和分析。結(jié)果表明:蘿崗區(qū)的人居環(huán)境指數(shù)介于24.32～86.06之間，平均人居環(huán)境指數(shù)為69.27，總體上屬于比較適宜區(qū)(HEI范圍61～80，占88%)，局部地區(qū)處于一般適宜區(qū)(HEI范圍24～60，占11%)，局部地區(qū)屬于高度適宜區(qū)(HEI范圍81～90，占1%)。研究發(fā)現(xiàn)人居環(huán)境指數(shù)高的地方人口密度也相對(duì)較大。HEI指數(shù)從大到小順序?yàn)?東區(qū)街＞夏港街＞永和街＞九龍鎮(zhèn)＞蘿崗街＞聯(lián)和街。蘿崗區(qū)人居環(huán)境適宜度整體分布態(tài)勢是:從西向東呈帶狀遞增，從低山、丘陵向臺(tái)地、平原、河谷遞增。

人居環(huán)境適宜性;HEI;空間異質(zhì)性;格網(wǎng)數(shù)據(jù);廣州市蘿崗區(qū)

人居環(huán)境作為人類居住、生活和生產(chǎn)的主要場所，關(guān)系到人類的身心健康和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)也是城市規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)布局所要考慮的首要因素，因此，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)人居環(huán)境科學(xué)理論體系開展了深入研究［1－10］，并應(yīng)用各種調(diào)查和模擬方法對(duì)區(qū)域人居環(huán)境開展了評(píng)價(jià)［11－18］。

近年來，有學(xué)者利用RS＆GIS技術(shù)，通過模型計(jì)算和可視化，從空間角度對(duì)人居環(huán)境及其影響因素做了一些定量的探索［11－18］。封志明等基于GIS建立了中國人居環(huán)境指數(shù)模型，并通過建立公里格網(wǎng)做了全國范圍的適宜性定量評(píng)價(jià)，揭示了中國人居環(huán)境的自然格局與地域特征［11］。郝慧梅等基于柵格數(shù)據(jù)的省級(jí)尺度的適宜性評(píng)價(jià)，直觀展現(xiàn)了陜西省人居環(huán)境自然適宜程度空間格局［12］。王德輝等基于縣級(jí)行政單元的省級(jí)范圍的人居環(huán)境評(píng)價(jià)，揭示了廣東省各縣人居環(huán)境的空間分布格局［13］。Dengsheng Lu等利用多源遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合DMSP－OLS和NDVI兩個(gè)參量，反演了華東地區(qū)的人居環(huán)境指數(shù)［16］。Laras Tursilowati和S.YILMAZ研究了土地利用與土地覆蓋與人居環(huán)境中的溫濕指數(shù)之間的關(guān)系［17－18］。但是，利用遙感和GIS技術(shù)時(shí)，評(píng)價(jià)對(duì)象的空間尺度一般都是國家級(jí)或者省級(jí)，這種大范圍評(píng)價(jià)由于受數(shù)據(jù)精度和氣象臺(tái)站等條件的限制，評(píng)價(jià)的結(jié)果相對(duì)比較粗糙，精度也比較粗略，很難反映出小區(qū)域內(nèi)部人居環(huán)境的空間分布細(xì)節(jié)及空間異質(zhì)性，只能實(shí)現(xiàn)大尺度的估算、分析和評(píng)價(jià)，揭示其人居環(huán)境的自然格局和地域特征。而利用高分辨率的柵格數(shù)據(jù)對(duì)一個(gè)自然特征和地域特征差異不顯著的縣區(qū)級(jí)小空間尺度的人居環(huán)境評(píng)價(jià)，對(duì)氣象數(shù)據(jù)及其它專題數(shù)據(jù)的精度要求較高，因而評(píng)價(jià)的精度高，效果好，空間細(xì)節(jié)特征突出，空間異質(zhì)性明顯，評(píng)價(jià)的結(jié)果對(duì)該區(qū)域的規(guī)劃和建設(shè)都很有參考意義。

為了準(zhǔn)確把握蘿崗區(qū)人居環(huán)境的內(nèi)部細(xì)節(jié)特征，突出其空間異質(zhì)性，本文基于250*250m的格網(wǎng)對(duì)蘿崗全區(qū)進(jìn)行人居環(huán)境適宜性定量評(píng)價(jià)和空間展示，不僅有助于了解全區(qū)生態(tài)宜居狀況，而且對(duì)全區(qū)生態(tài)城的規(guī)劃和建設(shè)也具有重要的參考價(jià)值，可為促進(jìn)蘿崗區(qū)域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供有效的依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

蘿崗區(qū)位于廣州市中心城區(qū)的東北部，總面積約395km2，總?cè)丝诩s32萬人，地處珠江三角洲的中心地帶，具有很強(qiáng)的輻射帶動(dòng)作用。蘿崗區(qū)屬山地丘陵地帶，生態(tài)資源豐富，森林覆蓋率達(dá)50%以上，是典型的“山水型綠色城區(qū)”和特色的亞熱帶嶺南景觀區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)描述

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括蘿崗區(qū)街道(鎮(zhèn))級(jí)別行政區(qū)劃矢量圖以及250*250m的蘿崗矢量格網(wǎng)數(shù)據(jù);用于地形起伏度提取的蘿崗30m分辨率的DEM數(shù)據(jù);用于氣候適宜性評(píng)價(jià)的廣州市10個(gè)氣象臺(tái)站的月均溫度與月均空氣相對(duì)濕度觀測數(shù)據(jù)(其中6個(gè)是蘿崗區(qū)的氣象臺(tái)站);用于水文指數(shù)計(jì)算的蘿崗區(qū)年均降水量數(shù)據(jù)與水系分布矢量數(shù)據(jù);蘿崗區(qū)地被指數(shù)數(shù)據(jù)。

1.3 工作流程

上述所有要素的數(shù)據(jù)，經(jīng)過配準(zhǔn)和投影變換、空間插值及柵格化等處理過程，得到空間參考系統(tǒng)一致的250* 250m的柵格要素圖層。具體的評(píng)價(jià)工作流程如下:①數(shù)據(jù)的收集與準(zhǔn)備(DEM數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等);②數(shù)據(jù)的處理(失量轉(zhuǎn)柵格、Zonal statistics as Table等);③指數(shù)的計(jì)算(地形起伏度、人居環(huán)境指數(shù)等);④GIS空間分析(人居環(huán)境適宜性空間格局及空間異質(zhì)性分析等)。

1.4 評(píng)價(jià)模型

《國家人口發(fā)展功能區(qū)工作技術(shù)導(dǎo)則》指出:“影響人居環(huán)境適宜性的自然因素眾多，但最為根本且起主導(dǎo)作用的則主要包括地形地貌特征、水熱氣候條件和水文狀況，以及綜合反映區(qū)域自然條件的土地利用/土地覆蓋特征”，并建立了基于GIS的人居環(huán)境指數(shù)(HEI)模型。該模型要求在地形起伏度、氣候適宜度、水文指數(shù)和地被指數(shù)等單因素評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)人居環(huán)境適宜性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從空間角度綜合反映區(qū)域人居環(huán)境的自然適宜程度，并討論研究其空間格局和空間異質(zhì)性。

國家人口發(fā)展功能區(qū)工作技術(shù)導(dǎo)則給出的人居環(huán)境指數(shù)(HEI)模型為:

式中:HEI為人居環(huán)境指數(shù)，介于0－100之間; NRDLS為標(biāo)準(zhǔn)化地形起伏度;NTHI為標(biāo)準(zhǔn)化溫濕指數(shù); NWRI為標(biāo)準(zhǔn)化水文指數(shù);NLCI為標(biāo)準(zhǔn)化地被指數(shù)。

α，β，χ和δ分別為地形起伏度、溫濕指數(shù)、水文指數(shù)和地被指數(shù)對(duì)應(yīng)的權(quán)重。蘿崗區(qū)屬于華南地區(qū)，α，β，χ和δ分別取0.33，0.32，0.16，0.19［11］，前兩個(gè)因子起主導(dǎo)作用。

在標(biāo)準(zhǔn)化過程中，對(duì)于正向指標(biāo)如水文指數(shù)和地被指數(shù)采用最大效果標(biāo)準(zhǔn)化;對(duì)于逆向指標(biāo)如地形起伏度采用最小效果標(biāo)準(zhǔn)化;對(duì)于中心化指標(biāo)如溫濕指數(shù)采用中心效果標(biāo)準(zhǔn)化，具體標(biāo)準(zhǔn)化公式如下:

式中:Nindexi指第i個(gè)柵格單元的某一指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化值;xi指第i個(gè)柵格的某一指數(shù)原始數(shù)值;xmax和xmin分別表示所有柵格中某一指數(shù)的最大和最小值;xm表示所有柵格中某一指數(shù)的最適宜值。

1.5 模型指標(biāo)

1.5.1 地形起伏度(RDLS)［16］

不過，這只是一個(gè)傳說而已。實(shí)際情況是，飛魚有趨光的習(xí)性，漁民在捕捉飛魚時(shí)，會(huì)在太陽出來之前，在漁船上點(diǎn)亮燈光，等待飛魚覓光而來，自投羅網(wǎng)。如果你在海邊等待日出時(shí)，看到船頭亮著一盞明燈的小船，那多半是在等待飛魚“上鉤”的漁船。

式中:ALT為某區(qū)域的平均海拔高程(m);Max(H)和Min(H)分別為該區(qū)域內(nèi)的最高與最低海拔(m);P(A)為區(qū)域內(nèi)的平地面積(km2)，A為區(qū)域總面積(km2)。這里定義250*250m格網(wǎng)里相對(duì)高差不超過30m的為平地。

1.5.2 溫濕指數(shù)(THI)［11，15］

式中:t為月均溫度(℃);f為月均空氣相對(duì)濕度(%)。

1.5.3 水文指數(shù)(WRI)

式中:P為歸一化的降水量;Wa為歸一化的水域面積;α和β分別為降水與水域比例的權(quán)重，蘿崗地區(qū)α和β都取0.5。

1.5.4 地被指數(shù)(LCI)

式中:NDVI為歸一化的植被指數(shù);LTi為各土地利用類型的權(quán)重系數(shù)。土地利用類型基于2007年遙感影像解譯獲得，各類型的權(quán)重參考封志明等的研究［11］。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)蘿崗區(qū)地形起伏度、溫濕指數(shù)、水文指數(shù)和地被指數(shù)，應(yīng)用式(1)可以求得蘿崗全區(qū)的人居環(huán)境指數(shù)(HEI)，并進(jìn)行人居環(huán)境適宜度和空間異質(zhì)性評(píng)價(jià)(見圖1)。

為了研究蘿崗區(qū)人居環(huán)境自然適宜性的空間格局和空間差異，對(duì)蘿崗區(qū)二級(jí)行政區(qū)的人居環(huán)境指數(shù)進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。

圖1 蘿崗區(qū)人居環(huán)境適宜度和空間異質(zhì)性示意圖

為了研究蘿崗區(qū)人口數(shù)量及人口密度與人居環(huán)境指數(shù)(HEI)的關(guān)系，利用廣州市2005年統(tǒng)計(jì)年鑒對(duì)蘿崗區(qū)二級(jí)行政區(qū)的人口及人口密度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。

(1)蘿崗區(qū)的人居環(huán)境指數(shù)介于24.32-86.06之間，平均人居環(huán)境指數(shù)為69.27。整體分布態(tài)勢是:從西向東呈帶狀遞增，從低山、丘陵向臺(tái)地、平原、河谷遞增。

表1 蘿崗區(qū)二級(jí)行政區(qū)人居環(huán)境適宜性指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表2 蘿崗區(qū)二級(jí)行政區(qū)人口及人口密度統(tǒng)計(jì)表

(2)按照中國人居環(huán)境自然適宜性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，蘿崗區(qū)總體上處于比較適宜區(qū)，局部地區(qū)由于受自然條件的限制處于一般適宜地區(qū)，少量地區(qū)自然條件優(yōu)越處于高度適宜區(qū)。

(3)人居環(huán)境指數(shù)和人口數(shù)及人口密度不存在很強(qiáng)的線性回歸關(guān)系(表1和表2)，這可能是因?yàn)樘}崗區(qū)僅是一個(gè)縣區(qū)行政級(jí)別，研究的空間范圍小，自然條件及人口分布的特征差異不是很明顯所致。但基本上亦遵循人居環(huán)境指數(shù)高的地方人口密度也相對(duì)較大，這是因?yàn)樽匀粭l件好或者自然條件限制性小的地方最有吸引力，也是人類居住的首選地。

(4)參考地域特征與自然環(huán)境的相關(guān)性，將蘿崗區(qū)按人居環(huán)境自然適宜性程度由高到低分為Ⅰ－Ⅴ級(jí)不同類型區(qū)［14］:

Ⅰ級(jí)區(qū):人居環(huán)境指數(shù)介于81－90之間，占1.1%，屬于高度適宜區(qū)，是蘿崗區(qū)人居環(huán)境自然適宜度最高的區(qū)域，基本不受自然因子限制，自然條件最好，最適宜人類居住。該級(jí)區(qū)主要分布在東區(qū)與蘿崗交界的南北兩側(cè)以及永和的南部地區(qū)。

Ⅱ級(jí)區(qū):人居環(huán)境指數(shù)介于71－80之間，占63.8%，屬于一等比較適宜區(qū)，自然限制性非常小，也非常適宜人類居住。該級(jí)區(qū)呈南北片狀走向，連片分布在蘿崗區(qū)東部的大部分地區(qū)，包括夏港、東區(qū)、永和和九龍的大部分地區(qū)以及蘿崗的南部地區(qū)。

Ⅲ級(jí)區(qū):人居環(huán)境介于61－70之間，占23.8%，屬于二等比較適宜區(qū)，部分受到自然條件的限制。該級(jí)區(qū)呈南北帶狀走向，主要分布在蘿崗區(qū)中部，包括永和和蘿崗的北部，聯(lián)和的南部，以及九龍的東北部和西南部。

Ⅳ級(jí)區(qū):人居環(huán)境指數(shù)介于51－60之間，占5.0%，屬于一等一般適宜區(qū)，存在一定的自然限制性。該級(jí)區(qū)呈南北帶狀走向分布在蘿崗的西部和聯(lián)和的中部。

Ⅴ級(jí)區(qū):人居環(huán)境指數(shù)介于24－50之間，占6.3%，屬于二等一般適宜區(qū)，自然條件限制性偏大。該級(jí)區(qū)片狀分布在蘿崗的西部和聯(lián)和的北部。

從六個(gè)二級(jí)行政區(qū)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)對(duì)比來看，東區(qū)、夏港、永和及九龍的人居環(huán)境指數(shù)(HEI)較高，平均值都超過了70，屬于高度適宜區(qū)與一等比較適宜區(qū)，是蘿崗區(qū)居住自然環(huán)境最好的地區(qū)，一方面地勢較為平坦，起伏度不大，夏季盛行東南季風(fēng)攜帶水汽容易到達(dá);另一方面臨近珠江，池湖點(diǎn)綴，魚米相映，水域面積較大，水文條件好且溫濕適宜，人口密度也相對(duì)較大(表2)。其次是蘿崗和聯(lián)和，平均值大約分別是68和54，屬于二等比較宜居和一等一般宜居。主要原因是該地區(qū)山地多且地形起伏較大，夏季盛行東南季風(fēng)攜帶水汽受到一定阻攔;同時(shí)沒有臨江，水域面積較小，溫濕指數(shù)和水文指數(shù)相對(duì)偏低，自然環(huán)境相對(duì)遜色，人口密度也相對(duì)較小(表2)。

3 結(jié)論與討論

(1)蘿崗區(qū)人居環(huán)境指數(shù)介于24.32－86.06之間，總體上處于比較適宜區(qū)(占88%)，局部地區(qū)處于一般適宜區(qū)(占11%)，小部分地區(qū)屬于高度適宜區(qū)(占1%)，并且總體上人居環(huán)境指數(shù)高的地方人口密度也相對(duì)較大，這主要取決于自然條件的適宜性和限制性。

(2)東區(qū)、夏港、永和及九龍的人居環(huán)境指數(shù)(HEI)較高，平均值都超過了70，屬于高度適宜區(qū)與一等比較適宜區(qū)，是蘿崗區(qū)居住自然環(huán)境最好的地區(qū)。其次是蘿崗和聯(lián)和，平均值大約分別是68和54，屬于二等比較宜居區(qū)和一等一般宜居區(qū)。HEI從大到小排列順序?yàn)?東區(qū)街＞夏港街＞永和街＞九龍鎮(zhèn)＞蘿崗街＞聯(lián)和街。

(3)縣區(qū)級(jí)小范圍區(qū)域自然特征和地域特征差異不顯著，采用高分辨率的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)能夠很好的突出內(nèi)部細(xì)節(jié)特征和空間異質(zhì)性，評(píng)價(jià)的結(jié)果合理，精度高，效果好，對(duì)該區(qū)域的規(guī)劃和建設(shè)有很好的實(shí)際指導(dǎo)意義。

(4)研究表明，人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)模型還有改進(jìn)的余地。一方面，需要對(duì)人居環(huán)境指數(shù)評(píng)價(jià)模型中的部分指標(biāo)(如反映氣候適宜度的溫濕指數(shù)等)做進(jìn)一步的修正或者增加其它必要的評(píng)價(jià)指標(biāo)［13］(如生態(tài)敏感性和生態(tài)脆弱性系數(shù)等)，使評(píng)價(jià)的結(jié)果更客觀更合理;另一方面，需要補(bǔ)充環(huán)境污染因素。加入環(huán)境污染的評(píng)價(jià)因子可使人居環(huán)境指數(shù)更加符合客觀實(shí)際，為科學(xué)界定人口發(fā)展功能區(qū)及做好生態(tài)城科學(xué)規(guī)劃，促進(jìn)蘿崗區(qū)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供更加有力的依據(jù)。

(編輯:李琪)

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AbstractAdopting the“Technical Guideline of National Population Developmental Function Area”，to the paper calculated the human environment index(HEI)，then comparatively discussed and analyzed the spatial pattern and spatial heterogeneity of HEI in the size of 250m grids.Our results showed that the HEI in Luogang ranged from 24.32 to 86.06，with an average index value of 69.27.Most of the whole are belonged to a more suitable area(HEI:61－80，accounting for 88%);some parts of the area belonged to the general suitable area(HEI:24－60，accounting for 11%);a few parts of the areas belonged to the highly suitable area(HEI:81－90，accounting for 1%).Basically，the parts with large HEI are correlatied with high population density.The streets of HEI in luogang in descending order is:Dongqu＞Xiagang＞Yonghe＞Jiulong＞Luogang＞Lianhe.The features of the HEI distribution in Luogang show a stepped－pattern from west to east，ascending from the low mountains and hills to the plateaus，plains and valleys.

Key wordsnatural suitability for human settlement;HEI;spatial heterogeneity;grid data;Luogang

Evaluation of Nature Suitability for Human Settlement Based on Grid Data in Luogang，Guangzhou

SU Hua1，2WANG Yun-peng1CHEN Yong-pin3SHEN kui3YANG Jing-xue1，2MA Yue-liang1
(1.Guangzhou Institute of Geochemistry，CAS，Guangzhou Guangdong 510640，China;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China;3.Bureau of Policy Study of Luogang District，Guangzhou Guangdong 510730，China)

X 196

A

1002－2104(2010)05專－0107－04

2010-06-16

蘇華，博士生，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境遙感。

*國家863重大專項(xiàng)(2006AA06A306)，廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(8151064004000013)及廣州市蘿崗區(qū)政策研究室科技項(xiàng)目資助。