基于主成分分析法和地理探測(cè)器的城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及驅(qū)動(dòng)力分析

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；主成分分析法；地理探測(cè)器；驅(qū)動(dòng)力；香格里拉市中圖分類(lèi)號(hào)：X826 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）07-0050-04DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.014

Urban Ecological Environment Quality Assessment and Driving Force Analysis Based on Principal Component Analysis and Geographical Detector

-TakingShangri-La Cityasan Example

WEN Shiya

（The Third Institute of Surveying and Mapping of Guizhou Province，Guiyang55oooo， China）

Abstract：Shangri-LacityisoneoftheregionsinAsia withabundantfloraandfaunaresources，anditisalso the establishmentareaofChina'sfirstnationalforestprotectionpark.Theruggedterrainfragileroadetwork，largetemprature difference betweendayandnight，andunique tourism developmentinthisareahavehadacertain impactonthequality of theecologicalenvironment.Therefore，takingintoaccountnaturalfactorssuchasterrin，soil，andhydrologythis study incorporates human factors such as populationdensityand Gross Domestic Product （GDP）density into the research evaluation index system.Principal componentanalysis is used toevaluatetheecological environment qualityof ShangriLacityin2Oo5，2010，and2O15，andcombinedwithgeographicdetectorstoevealdrivingfactors.Theresultsshowthat the ecological environment quality of Shangri-La city is gradually improving，with about 50% of the areas having strong ecological environmentqualityand increasedecologicalcarryingcapacity.Theareaswith poorecologicalenvironment qualityare mainlyconcentratedinthesouthwestregion，andtheannualtotalprecipitationhasthegreatestimpactonits ecological environment quality.

Keywords：ecologicalenvironmentquality;principalcomponentanalysis;geographicaldetectordrivingforce;Shangri-Lacity

生態(tài)自然環(huán)境是人類(lèi)賴以生存的基礎(chǔ)。近年來(lái)，在全球氣候變暖和人類(lèi)活動(dòng)的雙重干擾下，土地荒漠化、溫室效應(yīng)、海洋污染、生物多樣性喪失等環(huán)境問(wèn)題涌現(xiàn)，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)自身恢復(fù)能力和自凈能力不斷減弱[]。生態(tài)環(huán)境與人類(lèi)密切相關(guān)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量作為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，不僅能夠揭示某個(gè)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，而且能為該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境修復(fù)及保護(hù)提供合理科學(xué)依據(jù)[2]。NGUYEN等[3]利用層次分析法和地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem，GIS）技術(shù)，對(duì)越南中北部沿海地區(qū)進(jìn)行了生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)。DAS等[4通過(guò)建立壓力-狀態(tài)－響應(yīng)（Pressure-State-Response，PSR）模型來(lái)評(píng)估印度西孟加拉邦穆?tīng)栁鬟_(dá)巴德區(qū)濕地的生態(tài)健康狀況。中國(guó)對(duì)于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的研究晚于西方國(guó)家，主要以建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和計(jì)算權(quán)重來(lái)研究全國(guó)或某一區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[5]。

為研究動(dòng)植物資源較為豐富的地區(qū)在建立保護(hù)區(qū)前后生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化情況，以香格里拉市為案例，采用主成分分析法客觀評(píng)價(jià)2005年、2010年、2015年其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化特征，并利用地理探測(cè)器探究其特征形成的驅(qū)動(dòng)因子。

1研究區(qū)概況

香格里拉市地理坐標(biāo)為東經(jīng) 99^o 20^′ ～100^° 19^′ ，北緯 26^° （204 52^′～28^° （ 52^′ ，是云南省迪慶藏族自治州下轄市之一，總面積為 11613km² ，位于云南省西北部，是云南省、四川省及西藏自治區(qū)交匯處，也是“三江并流”世界自然遺產(chǎn)腹地，有納帕海、哈巴雪山、碧塔海3個(gè)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)和普達(dá)措國(guó)家保護(hù)公園，擁有豐富的水資源、礦產(chǎn)資源、動(dòng)植物資源，森林覆蓋率高達(dá) 74.99% 。香格里拉市年溫差較小，全年無(wú)夏，平均氣溫為 5.5^°C ，氣溫日較差大，干季氣溫日較差可達(dá) 30% ，因地處高海拔低緯度地帶，氣候隨海拔升高而變化，依次出現(xiàn)6個(gè)氣候帶，屬典型的“立體農(nóng)業(yè)氣候”。

2數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)分類(lèi)及處理

根據(jù)研究區(qū)環(huán)境特征，從自然因素和人為因素兩個(gè)方面建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，一共12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。自然因素包括年均氣溫、年總降水量、數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）、坡度、坡向、地形起伏度、植被覆蓋度、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地利用以及土壤侵蝕評(píng)價(jià)指標(biāo)。人為因素包括人口密度、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GrossDomestic Product，GDP）密度等評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)指標(biāo)分為正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)，評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理主要采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法。

2.2生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

2.2.1 主成分分析法

主成分分析法是一種以降維的方式，將多個(gè)指標(biāo)信息線性變換為少數(shù)指標(biāo)信息的技術(shù)。使用主成分分析法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化后的12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，選取累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到 85% 以上的主成分作為綜合評(píng)價(jià)對(duì)象。2005年、2010年和2015年，GDP、年總降水量、坡度、植被覆蓋度、土地利用等5個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率均在 85% 以上，能夠代表絕大多數(shù)指標(biāo)信息。

2.2.2生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

計(jì)算生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)（EcologicalEnvironmentQualityIndex，EQI）可以在一定程度上客觀地反映研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的好壞，EQI值以離散型數(shù)值來(lái)量化生態(tài)環(huán)境質(zhì)量程度。EQI數(shù)值越大，表示生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況越差，反之?dāng)?shù)值越小，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況越好。將2005年、2010年、2015年的EQI值歸一化處理后，采用ArcGIS軟件中的自然斷點(diǎn)法將EQI分為5類(lèi)，經(jīng)局部調(diào)整，將香格里拉環(huán)境質(zhì)量分為極強(qiáng)（ 0.0～0.4 、較強(qiáng)（ 0.4～0.5 ）、中等（ 0.5～0.6 ）、較弱（ 0.6～0.7 ）、極弱（ 0.7～1.0 ）。

2.3地理探測(cè)器

地理探測(cè)器是由王勁峰等開(kāi)發(fā)出來(lái)的用于探測(cè)單因子或多因子之間的空間分異性和一致性的一種工具，可以分為因子探測(cè)器、交互作用探測(cè)器、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)探測(cè)器以及生態(tài)探測(cè)器4個(gè)探測(cè)器。本研究使用因子探測(cè)器來(lái)分析影響香格里拉市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)因子。為避免保護(hù)措施不一致帶來(lái)的模型混雜，研究將香格里拉分為保護(hù)區(qū)和非保護(hù)區(qū)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因子探測(cè)。

3生態(tài)環(huán)境質(zhì)量結(jié)果分析

3.1香格里拉市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化特征分析

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)分布結(jié)果如圖1所示，由此統(tǒng)計(jì)出不同生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)所占面積百分比。2005—2015年，香格里拉市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐漸改善。

2005年，中等質(zhì)量區(qū)域面積占比最高為28.85% ，主要分布在中部、東北部地區(qū)；質(zhì)量較弱和極弱地區(qū)面積占比分別為 16.82% 、 9.00% ，主要在西南部和中南部地區(qū)，呈帶狀分布；質(zhì)量極強(qiáng)和較強(qiáng)地區(qū)面積占比相近，分別為 25.14% 、 20.19% ，主要在北部、南部、東部地區(qū)集中分布。

圖1香格里拉市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)分布

2010年，質(zhì)量較弱和極弱區(qū)域面積所占比例分別由2005年的 16.82%.9.00% 下降到 10.24%，8.56% ，主要呈帶狀集中分布于西南部地區(qū)；中等質(zhì)量區(qū)域面積占比為 20.10% ，與2005年相比下降了 8.75% ，主要在中西部呈片狀集中分布，在西南部呈帶狀集中分布；質(zhì)量極強(qiáng)和較強(qiáng)區(qū)域面積占比分別為 36.21% 、24.89% ，主要在北部、中部、東部地區(qū)集中分布。

2015年，香格里拉市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，質(zhì)量極強(qiáng)和較強(qiáng)區(qū)域面積所占比例總和達(dá)到了65.04% ，主要在北部、中部及南部呈片狀集中分布；中等質(zhì)量區(qū)域面積占比為 14.62% ，主要在中南部呈片狀集中分布，在西南部呈帶狀集中分布；質(zhì)量較弱區(qū)域所占面積比為 12.81% ，從2005年到2015年呈現(xiàn)先降后升的情況，由 16.82% 下降到 10.24% 在上升到 12.81% ，主要在西南、南部地區(qū)呈帶狀集中分布。

質(zhì)量極弱地區(qū)面積占比為 7.53% ，主要在西南地區(qū)呈帶狀集中分布。

3.2 驅(qū)動(dòng)力分析

因子探測(cè)器結(jié)果如表1所示，因子值表示自變量對(duì)因變量空間分異性的解釋程度，因子值越大，自變量對(duì)因變量的影響程度越大，反之則越小。2005年，年總降水量、年均氣溫、DEM是影響香格里拉生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要驅(qū)動(dòng)因子。2010年，年總降水量、坡度、年均氣溫是影響香格里拉保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要驅(qū)動(dòng)因子，而年總降水量、人口密度、年均氣溫則是影響香格里拉非保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要驅(qū)動(dòng)因子。2015年，年總降水量、坡度、DEM是影響香格里拉保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要驅(qū)動(dòng)因子，而年總降水量、人口密度、GDP密度則是影響香格里拉非保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要驅(qū)動(dòng)因子。

4結(jié)論

研究分析香格里拉市多年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化2005一2015年，香格里拉市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷增強(qiáng)，保護(hù)區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量大幅提升，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量增強(qiáng)。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差、質(zhì)量較低的區(qū)域主要從西部到南部呈帶狀集中分布，該地區(qū)受人類(lèi)活動(dòng)干擾，導(dǎo)致生態(tài)承載能力較差抗外界干擾能力有所下降，是香格里拉市未來(lái)生態(tài)保護(hù)和生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)考慮區(qū)域。驅(qū)動(dòng)力分析結(jié)果顯示，2005—2015年，影響香格里拉市保護(hù)區(qū)和非保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要驅(qū)動(dòng)因子是年總降水量、年均氣溫、DEM、人口密度和GDP密度。對(duì)于區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的研究，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取及建立是研究中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本研究提到的12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)是在前人的研究基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲取性及數(shù)據(jù)處理的可操作性等因素而選擇的，尤其是人為因素僅考慮了人口密度和GDP密度，部分因素沒(méi)有考慮，未來(lái)需進(jìn)一步提升指標(biāo)選取的全面性。

表1因子探測(cè)結(jié)果

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