基于格網的廣州市蘿崗區人居環境適宜性評價*

蘇 華王云鵬陳永品沈 奎楊靜學馬躍良

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

基于格網的廣州市蘿崗區人居環境適宜性評價*

蘇 華1，2王云鵬1陳永品3沈 奎3楊靜學1，2馬躍良1

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

采用《國家人口發展功能區技術導則》確定的指標體系，在250米格網下，計算了全區的人居環境指數(HEI)，并進行了空間格局及空間異質性的比較和分析。結果表明:蘿崗區的人居環境指數介于24.32～86.06之間，平均人居環境指數為69.27，總體上屬于比較適宜區(HEI范圍61～80，占88%)，局部地區處于一般適宜區(HEI范圍24～60，占11%)，局部地區屬于高度適宜區(HEI范圍81～90，占1%)。研究發現人居環境指數高的地方人口密度也相對較大。HEI指數從大到小順序為:東區街＞夏港街＞永和街＞九龍鎮＞蘿崗街＞聯和街。蘿崗區人居環境適宜度整體分布態勢是:從西向東呈帶狀遞增，從低山、丘陵向臺地、平原、河谷遞增。

人居環境適宜性;HEI;空間異質性;格網數據;廣州市蘿崗區

人居環境作為人類居住、生活和生產的主要場所，關系到人類的身心健康和社會的可持續發展，同時也是城市規劃和產業布局所要考慮的首要因素，因此，國內外學者對人居環境科學理論體系開展了深入研究［1－10］，并應用各種調查和模擬方法對區域人居環境開展了評價［11－18］。

近年來，有學者利用RS＆GIS技術，通過模型計算和可視化，從空間角度對人居環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建立了中國人居環境指數模型，并通過建立公里格網做了全國范圍的適宜性定量評價，揭示了中國人居環境的自然格局與地域特征［11］。郝慧梅等基于柵格數據的省級尺度的適宜性評價，直觀展現了陜西省人居環境自然適宜程度空間格局［12］。王德輝等基于縣級行政單元的省級范圍的人居環境評價，揭示了廣東省各縣人居環境的空間分布格局［13］。Dengsheng Lu等利用多源遙感數據，結合DMSP－OLS和NDVI兩個參量，反演了華東地區的人居環境指數［16］。Laras Tursilowati和S.YILMAZ研究了土地利用與土地覆蓋與人居環境中的溫濕指數之間的關系［17－18］。但是，利用遙感和GIS技術時，評價對象的空間尺度一般都是國家級或者省級，這種大范圍評價由于受數據精度和氣象臺站等條件的限制，評價的結果相對比較粗糙，精度也比較粗略，很難反映出小區域內部人居環境的空間分布細節及空間異質性，只能實現大尺度的估算、分析和評價，揭示其人居環境的自然格局和地域特征。而利用高分辨率的柵格數據對一個自然特征和地域特征差異不顯著的縣區級小空間尺度的人居環境評價，對氣象數據及其它專題數據的精度要求較高，因而評價的精度高，效果好，空間細節特征突出，空間異質性明顯，評價的結果對該區域的規劃和建設都很有參考意義。

為了準確把握蘿崗區人居環境的內部細節特征，突出其空間異質性，本文基于250*250m的格網對蘿崗全區進行人居環境適宜性定量評價和空間展示，不僅有助于了解全區生態宜居狀況，而且對全區生態城的規劃和建設也具有重要的參考價值，可為促進蘿崗區域協調可持續發展提供有效的依據。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區概況

蘿崗區位于廣州市中心城區的東北部，總面積約395km2，總人口約32萬人，地處珠江三角洲的中心地帶，具有很強的輻射帶動作用。蘿崗區屬山地丘陵地帶，生態資源豐富，森林覆蓋率達50%以上，是典型的“山水型綠色城區”和特色的亞熱帶嶺南景觀區。

1.2 數據描述

基礎數據包括蘿崗區街道(鎮)級別行政區劃矢量圖以及250*250m的蘿崗矢量格網數據;用于地形起伏度提取的蘿崗30m分辨率的DEM數據;用于氣候適宜性評價的廣州市10個氣象臺站的月均溫度與月均空氣相對濕度觀測數據(其中6個是蘿崗區的氣象臺站);用于水文指數計算的蘿崗區年均降水量數據與水系分布矢量數據;蘿崗區地被指數數據。

1.3 工作流程

上述所有要素的數據，經過配準和投影變換、空間插值及柵格化等處理過程，得到空間參考系統一致的250* 250m的柵格要素圖層。具體的評價工作流程如下:①數據的收集與準備(DEM數據、氣象數據等);②數據的處理(失量轉柵格、Zonal statistics as Table等);③指數的計算(地形起伏度、人居環境指數等);④GIS空間分析(人居環境適宜性空間格局及空間異質性分析等)。

1.4 評價模型

《國家人口發展功能區工作技術導則》指出:“影響人居環境適宜性的自然因素眾多，但最為根本且起主導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的人居環境指數(HEI)模型。該模型要求在地形起伏度、氣候適宜度、水文指數和地被指數等單因素評價的基礎上，對人居環境適宜性進行綜合評價，從空間角度綜合反映區域人居環境的自然適宜程度，并討論研究其空間格局和空間異質性。

國家人口發展功能區工作技術導則給出的人居環境指數(HEI)模型為:

式中:HEI為人居環境指數，介于0－100之間; NRDLS為標準化地形起伏度;NTHI為標準化溫濕指數; NWRI為標準化水文指數;NLCI為標準化地被指數。

α，β，χ和δ分別為地形起伏度、溫濕指數、水文指數和地被指數對應的權重。蘿崗區屬于華南地區，α，β，χ和δ分別取0.33，0.32，0.16，0.19［11］，前兩個因子起主導作用。

在標準化過程中，對于正向指標如水文指數和地被指數采用最大效果標準化;對于逆向指標如地形起伏度采用最小效果標準化;對于中心化指標如溫濕指數采用中心效果標準化，具體標準化公式如下:

式中:Nindexi指第i個柵格單元的某一指數的標準化值;xi指第i個柵格的某一指數原始數值;xmax和xmin分別表示所有柵格中某一指數的最大和最小值;xm表示所有柵格中某一指數的最適宜值。

1.5 模型指標

1.5.1 地形起伏度(RDLS)［16］

不過，這只是一個傳說而已。實際情況是，飛魚有趨光的習性，漁民在捕捉飛魚時，會在太陽出來之前，在漁船上點亮燈光，等待飛魚覓光而來，自投羅網。如果你在海邊等待日出時，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為某區域的平均海拔高程(m);Max(H)和Min(H)分別為該區域內的最高與最低海拔(m);P(A)為區域內的平地面積(km2)，A為區域總面積(km2)。這里定義250*250m格網里相對高差不超過30m的為平地。

1.5.2 溫濕指數(THI)［11，15］

式中:t為月均溫度(℃);f為月均空氣相對濕度(%)。

1.5.3 水文指數(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重，蘿崗地區α和β都取0.5。

1.5.4 地被指數(LCI)

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

2 結果與分析

根據蘿崗區地形起伏度、溫濕指數、水文指數和地被指數，應用式(1)可以求得蘿崗全區的人居環境指數(HEI)，并進行人居環境適宜度和空間異質性評價(見圖1)。

為了研究蘿崗區人居環境自然適宜性的空間格局和空間差異，對蘿崗區二級行政區的人居環境指數進行分區統計，結果見表1。

圖1 蘿崗區人居環境適宜度和空間異質性示意圖

為了研究蘿崗區人口數量及人口密度與人居環境指數(HEI)的關系，利用廣州市2005年統計年鑒對蘿崗區二級行政區的人口及人口密度進行了統計，結果見表2。

(1)蘿崗區的人居環境指數介于24.32-86.06之間，平均人居環境指數為69.27。整體分布態勢是:從西向東呈帶狀遞增，從低山、丘陵向臺地、平原、河谷遞增。

表1 蘿崗區二級行政區人居環境適宜性指數統計表

表2 蘿崗區二級行政區人口及人口密度統計表

(2)按照中國人居環境自然適宜性評價標準，蘿崗區總體上處于比較適宜區，局部地區由于受自然條件的限制處于一般適宜地區，少量地區自然條件優越處于高度適宜區。

(3)人居環境指數和人口數及人口密度不存在很強的線性回歸關系(表1和表2)，這可能是因為蘿崗區僅是一個縣區行政級別，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境指數高的地方人口密度也相對較大，這是因為自然條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境的相關性，將蘿崗區按人居環境自然適宜性程度由高到低分為Ⅰ－Ⅴ級不同類型區［14］:

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

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

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

Ⅳ級區:人居環境指數介于51－60之間，占5.0%，屬于一等一般適宜區，存在一定的自然限制性。該級區呈南北帶狀走向分布在蘿崗的西部和聯和的中部。

Ⅴ級區:人居環境指數介于24－50之間，占6.3%，屬于二等一般適宜區，自然條件限制性偏大。該級區片狀分布在蘿崗的西部和聯和的北部。

從六個二級行政區的統計結果(表1)對比來看，東區、夏港、永和及九龍的人居環境指數(HEI)較高，平均值都超過了70，屬于高度適宜區與一等比較適宜區，是蘿崗區居住自然環境最好的地區，一方面地勢較為平坦，起伏度不大，夏季盛行東南季風攜帶水汽容易到達;另一方面臨近珠江，池湖點綴，魚米相映，水域面積較大，水文條件好且溫濕適宜，人口密度也相對較大(表2)。其次是蘿崗和聯和，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。主要原因是該地區山地多且地形起伏較大，夏季盛行東南季風攜帶水汽受到一定阻攔;同時沒有臨江，水域面積較小，溫濕指數和水文指數相對偏低，自然環境相對遜色，人口密度也相對較小(表2)。

3 結論與討論

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

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

(3)縣區級小范圍區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據進行評價能夠很好的突出內部細節特征和空間異質性，評價的結果合理，精度高，效果好，對該區域的規劃和建設有很好的實際指導意義。

(4)研究表明，人居環境適宜性評價模型還有改進的余地。一方面，需要對人居環境指數評價模型中的部分指標(如反映氣候適宜度的溫濕指數等)做進一步的修正或者增加其它必要的評價指標［13］(如生態敏感性和生態脆弱性系數等)，使評價的結果更客觀更合理;另一方面，需要補充環境污染因素。加入環境污染的評價因子可使人居環境指數更加符合客觀實際，為科學界定人口發展功能區及做好生態城科學規劃，促進蘿崗區協調可持續發展提供更加有力的依據。

(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，主要研究方向為環境遙感。

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