基于ARCGIS與層次分析法的塞罕壩林區建設對周邊環境和北京沙塵暴天氣的影響評價分析

宗帥　李霄

摘要：塞罕壩在抗風沙、保護環境、維護生態平衡穩定等方面發揮著重要作用，本文選擇合適的指標，收集相關數據，構建塞罕壩對生態環境影響的評價模型，以便量化評價塞罕壩修復后對周邊環境和北京沙塵暴天氣的影響，即比較分析塞罕壩修復之前的環境條件以及塞罕壩修復后對周邊地區環境的影響。

關鍵詞：ARCGIS空間分析方法;層次分析法;克里金插值法

河北省林區建設前后林地面積、水域面積和草地面積的數據為基礎，然后根據相關公式計算了生物豐度指數、植被覆蓋指數、水網密度指數、土地退化指數、污染負荷指數等評價指標。通過CRITIC方法和層次分析法對各指標賦權重，通過計算得出最終評價生態環境的各項指標。結合克里金插值法，利用ARCGIS的空間分析方法，對塞罕壩林區建設前后河北地區生態環境狀況指數進行變量分析。

一、生態環境指標的建立

首先，給出了衡量我國各省區生態狀況的5個評價指標的具體定義。最后，構建了中國生態環境狀況指數。通過五個指標比較不同區位各指標的具體影響，得出我國哪些地區需要建立生態保護區的結論。

（ 1 ）生物豐度指數（Abio）

定義：生物豐度指數= （ 0.5×林區 + 0.3×水域 + 0.15×草地面積 + 0.05×其他面積 ） /面積

（ 2 ）植被復蓋指數

植被復蓋指數= （ 0.5×林地面積 ×生長期 + 0.3×草地面積 ×生長期 + 0.2×農田面積 ×生長期 ） /面積

（ 3 ）水網密度指數

水網密度指數= Ariv×河流長度/面積+ Alak×湖泊（近海）面積/面積+ Ares×水資源/面積

（ 4 ）土地退化指數

土地退化指數= （ 0.05×輕度侵蝕區 + 0.25×中度侵蝕區 + 0.7×重度侵蝕區 ）×區域面積

（ 5 ）污染負荷指數

污染負荷指數= （ 0.4×二氧化硫負排放 + 0.2×固體廢物排放 + 0.4×二氧化碳排放 ） /區域降水量

運用CRITIC方法綜合衡量企業生產重要性五個指標的客觀權重。利用ARCGIS構建空間分析評價模型。

四、 Arcgis空間分析模型的建立

根據克里格插值法和CRITIC法計算得到的權重，我們利用ARCGIS軟件制作了河北地區生態環境指數的空間分布圖。

根據上圖，我們可以清楚地看到，塞罕壩建成前后，河北生態環境發生了明顯變化，承德市及其周邊城市生態環境得到進一步改善。所以我們可以得出，塞罕壩在修繕期前后對環境的影響有較為明顯的促進作用。56年來，幾代塞罕壩人探索改革，深刻詮釋了“青山綠水是金山銀山”的發展觀。今天的塞罕壩已從綠色發展到綠色、茂密的森林海洋，成為發展林場、改善工人生活、減輕周圍群眾貧困的“綠色銀行”。

假設北京地區承受沙塵暴天氣的主要原因是樹木面積較少，我們選取沙塵暴發生頻率、沙塵暴嚴重程度、北京空氣污染指數、北京霧霾數作為參考指標，通過分析存在的問題，我們通過層次分析法建立各個參數對目標事件的權重比例，采用克里金插值法，將北京地區所取的賽罕壩相關樣本點擴展到平面上，并采用加權平均法整合各個指標的數據。利用ARCGIS空間分析方法制作了北京的空間分布圖，并通過2000年和2020年的數據進行對比分析，從而定量評價塞罕壩對北京抗沙塵暴的影響。

（1）建立比較矩陣

通過對問題的分析，我們建立了5個指標，即生物豐度指數、植被覆蓋指數、水網密度指數、土地退化指數和污染負荷指數。基于互聯網上查找和收集到的數據，我們綜合考慮并利用九點標定原理表建立了如下矩陣：

（ 2 ）計算特征向量

然后利用MATLAB軟件進行分析計算，準則層的特征向量分別為沙塵暴頻率0.375;沙塵暴嚴重度0.243;北京的空氣污染北京的霧霾數為0.167。

使用MATLAB軟件檢查一致性。經過Matalb計算，得到Ci = 0.03457;查上表可知RI = 0.89，而經過計算CR = CI / RI = 0.03884，很容易得到CR < 0.1，因此這一層次的分析通過了一致性檢驗。

（ 3 ） ARCGIS空間分析模型

利用收集的2000年和2020年北京沙塵暴指數資料，運用ARCGIS軟件、克里格插值算法和加權平均算法，得到了2000年和2020年北京沙塵暴天氣的空間模型。

對比上述結果可以看出，2020年北京沙塵暴天氣的各項指標都有明顯的降低。在河北賽罕壩，112萬畝防沙林的種植，使其成為世界上最大的人工林。正是由于塞罕壩地區林業建設，北京每年的沙塵暴天氣從60天降至現在的3天。因此，塞罕壩林區建設與北京沙塵暴天氣呈正相關，說明塞罕壩地區環境狀況的變化對北京環境污染有積極影響。

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