吉林省人居环境自然适宜性评价

吉林省人居环境自然适宜性评价

0研究区域的尺度选择人类生活环境是人类生活的地方，也是人类使用自然改造自然的主要场所。就内容而言,人居环境包括自然、人类、社会、居住和支撑5大系统。进行人居环境自然适宜性评价,对整个人类社会和生态环境实现可持续方向发展有着重要的指导意义。人居环境研究主要目的在于为区域的人口发展功能分区,人口空间优化分布,协调人口、资源、环境之间的关系提供参考。遥感和地理信息系统技术的发展,为定量表达区域人居环境要素,以此来指导区域发展规划提供了可能,对人居环境的研究可以选择不同层次的研究范围,把重点放在某个系统、某个领域中进行。目前的研究主要集中于宏观尺度即国家层面的人居环境适宜性分析,以及微观尺度即以单个城市为研究对象的人居环境评价。而在我国的行政区划中,省一级的行政区占有重要地位,研究省级行政区内部的人居环境更有其现实意义。因此,本文以中观尺度的省级行政区为研究对象。本研究以吉林省为研究区,把自然系统作为研究的重点来评价人居环境的适宜性,将地形、水文、气候、土地覆盖作为4个评价因子,基于遥感影像、DEM、气象、水文等相关数据,运用RS和GIS技术定量地评价人居环境自然适宜性,建立人居环境指数(humansettlementsenvironmentIndex,HEI)加权模型,对吉林省43个县的人居环境自然适宜性进行综合评价和等级划分,在中观尺度上为吉林省区域人口居住和流动的生态环境改善提供决策参考。1丘陵区气候特点吉林省地处北温带,界于E121°~131°,N41°~46°之间。全省地貌形态差异明显,地势由东南向西北倾斜,呈现明显的东南高、西北低的特征。以中部大黑山为界,可分为东部山地和中西部平原两大地貌区。东部山地分为长白山中山低山区和低山丘陵区,中西部平原分为中部台地平原区和西部草甸、湖泊、湿地、沙地区。吉林省地处世界闻名的黑土带。自然植被分带属于针阔混交林带,东部以森林为主,西部则为森林草原和草原。吉林省位于中纬度欧亚大陆的东侧,属于温带大陆性季风气候。从东南向西北由湿润气候过渡到半湿润气候再到半干旱气候,全省气温、降水、温度、风以及气象灾害等都有明显的季节变化和地域差异。冬季平均气温在-11℃以下,夏季平原平均气温在23℃以上。年平均降水量为400~600mm,但季节和区域差异较大,80%集中在夏季,东部降雨量最为丰沛。2011年全省城镇居民人均可支配收入17796.57元,农村居民人均纯收入达到7509.9元,城镇人均住房建筑面积28.88m2,农村人均居住住房面积24.4m2,吉林省人均生活水平在我国处于中等偏上水平。2学习方法2.1dasimagity数据本研究地形条件评价选用吉林省DEM图像;土地条件适宜性评价的数据为2008年7个波段的TM图像(空间分辨率28.5m),利用ERDASImagine9.1对其进行了波段组合、拼接和融合等预处理;气候条件适宜性评价数据来自中国气象科学数据共享网,主要有吉林省气候区域划分、平均温度、相对湿度等气象数据,在ArcGIS中运用梯度距离平方反比法对平均温度、运用普通克里格法对相对湿度进行空间内插;水文条件适宜性评价以降水量数据和水资源量数据为采样点,运用样条法对降水量和水资源量进行空间内插,求出各未知点的数据,进行标准化计算得到。2.2模型建立和确定地形因子是对地形特征的具体的数字描述,地形制约着地表物质和能量的再分配,影响着土壤和植被的形成和发育过程,决定着土地利用的方式和土地质量的优劣,进而也决定着人类居住环境的适宜性。本研究以地形起伏度(reliefdegreeoflandsurface,RDLS)作为地形条件的评价指标。该指标描述和反映了地形表面较大区域内地形的宏观特征。根据中国人居环境评价工作所定义的地形起伏度计算公式得到吉林省地形起伏度的总体情况。式中:Max(H)和Min(H)分别为某一栅格区域内的最高和最低海拔,m;P(A)为某一栅格区域内的平地面积;A为某一栅格区域的总面积,m2。以1∶50万的吉林省行政区划图为地理地图,在ArcGIS9.2中进行图像配准和矢量化处理,得到吉林省以县域为单位的研究区域。计算中以1km×1km的区域为网格统计单元,参考封志明教授的方法,本文确定的判断标准为A=1km2×1km2内的最大高差小于等于30m即为平地。按式(1)的计算结果,根据地形条件对人居环境适宜性的影响,将地形起伏度划分为5个等级(表1)。地形起伏度越大,人居适宜性越低。利用ArcGIS9.2的邻域分析(neighborhoodstatistic)和表面分析(surfaceanalysis)提取研究区的坡度值,对每个相关图层进行运算,编制了地形起伏度图(图1)。2.3土地利用方式和土地覆被特征的指数指数土地条件主要指的是地表的土壤和植被状况,而土壤、植被在宏观上反映为土地利用方式和植被覆盖的程度,两者统一于土地覆盖。土地覆盖的变化可以引起许多自然现象和生态过程的变化,如土壤和水分的变化、地表径流的侵蚀等以及下垫面性质的变化等。因此,土地利用方式和土地覆盖的变化对人居环境的适宜程度有着重要的影响。土地覆被特征用植被指数表示,植被指数是描述植被数量、质量、植被长势和生物量等的指标参数。本研究选择归一化植被指数(normalizeddifferencevegetationindex,NDVI)作为评价土地覆被特征的指标。考虑已有研究成果以及数据获取的可能性,选择植被覆盖度作为评价土地条件适宜性的评价模型,即2.4评价模型的建立气候主要由气压、气温、湿度、风力、日照和降水等要素组成,其中气温、日照、湿度和风力是人体最为敏感的气候要素,尤以温度和湿度两个要素为最。本研究选择温湿指数模型作为评价模型。温湿指数(temperature-humiaityindex,THI)由Thom于1959年提出,其物理意义是经湿度订正以后的温度,综合了气温、相对湿度对人体舒适度的影响,即式中:t为月平均温度,℃;f为月均空气相对湿度,%。根据多数人的感觉,将温湿指数划分为9个等级(表3),计算得到吉林省温室指数分布图(图3)。2.5水文条件评价模型目前使用较多的水文指数模型采用了体现天然条件下自然给水能力的降水量和表征区域集水和汇水能力的水域面积的比重,能够较好地表征区域水资源的丰缺程度。为此,本研究选取水文指数模型来评价吉林省人居环境的水文条件适宜性,即式中:WRI为水文指数;P为归一化的降水量(最大值为1,最小值为0);W为归一化的水域面积(最大值为1,最小值为0);α,β分别为降水量和水域面积比重的权重值,考虑到降水量是区域水资源的重要来源,确定权重α=0.8,β=0.2。将水文指数划分为5个等级(表4),在ArcGIS软件中计算得到吉林省水文指数评价图(图4)。3人类住区的自然适应性综合评价3.1人居环境自然适宜性评价模型在得到地形起伏度、植被覆盖度、温湿指数和水文指数的基础上(图1—图4),本研究建立了人居环境指数(humansettlementsenvironmentindex,HEI)评价模型,以此对人居环境自然适宜性进行综合评价,即3.2宜以上区域运算地形条件、土壤植被条件、气候条件和水文条件的自然适宜性共同决定了人居环境的自然适宜性,上述4个要素只要有一个因子的评价结果为不适宜,则该区域即定为不适宜区。因此,首先提取4个单要素的不适宜区,对于其他临界适宜以上区域,在ArcGIS9.2中进行图层加权求和,最终对临界适宜以上区域和不适宜的区域进行运算。研究结果可知,吉林省西部的白城市市区、镇赉县、大安市、洮南市、通榆市、乾安市、郭尔罗斯蒙古族自治县、长岭县和扶余县属于不适宜区,这主要是因为这些县、市属于降水量小于400mm的区域,处于干旱地区,而且部分地区的盐碱化程度较严重,影响了农业的生产和人居生活;东南部的长白朝鲜族自治县,由于年平均气温低,使人感觉较寒冷,不适合长期居住,属于不适宜区;吉林省中西部的榆树县、九台市、德惠市、农安县、公主岭市、长春市市区、梨树县和双辽市,中部的磐石市、吉林市市区、梅河口市、东丰县、永吉县,东北部的抚松县、汪清县、安图县、敦化市、龙井市和珲春市属于临界适宜区,其面积占到了全省面积的一半以上;四平市市区、双阳区、伊通满族自治县、东辽县、辽源市市市区、通化市、白山市市区、靖宇县、辉南县、桦甸市、蛟河市、延吉市和龙市属于一般适宜区;集安市属于中度适宜区;由于吉林省整个省的年均温均较低,所以没有高度适宜区。4研究区域自然单因子指数及权重的确定1)吉林省人居环境自然适宜性分布总体呈现出东、中、西分异的格局,中部地区地势平缓,交通便利,省内的人口、城镇、经济等都集聚在这里,成为全省发展的重要承载地区;东部则多为山地,森林等生态保护区,森林资源、野生动植物资源、水资源、矿产资源和旅游资源丰富;西部多是湿地、草原等生态脆弱区,以农牧经济为主,城市化水平低。2)人居环境是一个复杂系统,研究对吉林省人居环境系统的分析具有较强的科学性,能够比较真实地反映人居环境系统的内部结构。因此,吉林省发展经济的同时必须注重人居环境自然适宜性的差异,通过生态环境保护和人口合理布局来促进区域经济健康协调发展。式中:f为空间单元植被覆盖度;NDVI为空间单元归一化植被指数;NDVImax和NDVImin分别为研究区域最大和最小NDVI值。将植被覆盖度与植被指数的等级进行划分(表2),计算得到吉林省植被覆盖度评价图(图2)。式中:HEI为人居环境指数;NRDLS为标准化地