基于格网的广州市萝岗区人居环境适宜性评价*

苏 华王云鹏陈永品沈 奎杨静学马跃良

(1.中国科学院广州地球化学研究所，广东 广州 510640;2.中国科学院研究生院，北京 100049; 3.广州市萝岗区政策研究室，广东广州510730)

基于格网的广州市萝岗区人居环境适宜性评价*

苏 华1，2王云鹏1陈永品3沈 奎3杨静学1，2马跃良1

(1.中国科学院广州地球化学研究所，广东 广州 510640;2.中国科学院研究生院，北京 100049; 3.广州市萝岗区政策研究室，广东广州510730)

采用《国家人口发展功能区技术导则》确定的指标体系，在250米格网下，计算了全区的人居环境指数(HEI)，并进行了空间格局及空间异质性的比较和分析。结果表明:萝岗区的人居环境指数介于24.32～86.06之间，平均人居环境指数为69.27，总体上属于比较适宜区(HEI范围61～80，占88%)，局部地区处于一般适宜区(HEI范围24～60，占11%)，局部地区属于高度适宜区(HEI范围81～90，占1%)。研究发现人居环境指数高的地方人口密度也相对较大。HEI指数从大到小顺序为:东区街＞夏港街＞永和街＞九龙镇＞萝岗街＞联和街。萝岗区人居环境适宜度整体分布态势是:从西向东呈带状递增，从低山、丘陵向台地、平原、河谷递增。

人居环境适宜性;HEI;空间异质性;格网数据;广州市萝岗区

人居环境作为人类居住、生活和生产的主要场所，关系到人类的身心健康和社会的可持续发展，同时也是城市规划和产业布局所要考虑的首要因素，因此，国内外学者对人居环境科学理论体系开展了深入研究［1－10］，并应用各种调查和模拟方法对区域人居环境开展了评价［11－18］。

近年来，有学者利用RS＆GIS技术，通过模型计算和可视化，从空间角度对人居环境及其影响因素做了一些定量的探索［11－18］。封志明等基于GIS建立了中国人居环境指数模型，并通过建立公里格网做了全国范围的适宜性定量评价，揭示了中国人居环境的自然格局与地域特征［11］。郝慧梅等基于栅格数据的省级尺度的适宜性评价，直观展现了陕西省人居环境自然适宜程度空间格局［12］。王德辉等基于县级行政单元的省级范围的人居环境评价，揭示了广东省各县人居环境的空间分布格局［13］。Dengsheng Lu等利用多源遥感数据，结合DMSP－OLS和NDVI两个参量，反演了华东地区的人居环境指数［16］。Laras Tursilowati和S.YILMAZ研究了土地利用与土地覆盖与人居环境中的温湿指数之间的关系［17－18］。但是，利用遥感和GIS技术时，评价对象的空间尺度一般都是国家级或者省级，这种大范围评价由于受数据精度和气象台站等条件的限制，评价的结果相对比较粗糙，精度也比较粗略，很难反映出小区域内部人居环境的空间分布细节及空间异质性，只能实现大尺度的估算、分析和评价，揭示其人居环境的自然格局和地域特征。而利用高分辨率的栅格数据对一个自然特征和地域特征差异不显著的县区级小空间尺度的人居环境评价，对气象数据及其它专题数据的精度要求较高，因而评价的精度高，效果好，空间细节特征突出，空间异质性明显，评价的结果对该区域的规划和建设都很有参考意义。

为了准确把握萝岗区人居环境的内部细节特征，突出其空间异质性，本文基于250*250m的格网对萝岗全区进行人居环境适宜性定量评价和空间展示，不仅有助于了解全区生态宜居状况，而且对全区生态城的规划和建设也具有重要的参考价值，可为促进萝岗区域协调可持续发展提供有效的依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

萝岗区位于广州市中心城区的东北部，总面积约395km2，总人口约32万人，地处珠江三角洲的中心地带，具有很强的辐射带动作用。萝岗区属山地丘陵地带，生态资源丰富，森林覆盖率达50%以上，是典型的“山水型绿色城区”和特色的亚热带岭南景观区。

1.2 数据描述

基础数据包括萝岗区街道(镇)级别行政区划矢量图以及250*250m的萝岗矢量格网数据;用于地形起伏度提取的萝岗30m分辨率的DEM数据;用于气候适宜性评价的广州市10个气象台站的月均温度与月均空气相对湿度观测数据(其中6个是萝岗区的气象台站);用于水文指数计算的萝岗区年均降水量数据与水系分布矢量数据;萝岗区地被指数数据。

1.3 工作流程

上述所有要素的数据，经过配准和投影变换、空间插值及栅格化等处理过程，得到空间参考系统一致的250* 250m的栅格要素图层。具体的评价工作流程如下:①数据的收集与准备(DEM数据、气象数据等);②数据的处理(失量转栅格、Zonal statistics as Table等);③指数的计算(地形起伏度、人居环境指数等);④GIS空间分析(人居环境适宜性空间格局及空间异质性分析等)。

1.4 评价模型

《国家人口发展功能区工作技术导则》指出:“影响人居环境适宜性的自然因素众多，但最为根本且起主导作用的则主要包括地形地貌特征、水热气候条件和水文状况，以及综合反映区域自然条件的土地利用/土地覆盖特征”，并建立了基于GIS的人居环境指数(HEI)模型。该模型要求在地形起伏度、气候适宜度、水文指数和地被指数等单因素评价的基础上，对人居环境适宜性进行综合评价，从空间角度综合反映区域人居环境的自然适宜程度，并讨论研究其空间格局和空间异质性。

国家人口发展功能区工作技术导则给出的人居环境指数(HEI)模型为:

式中:HEI为人居环境指数，介于0－100之间; NRDLS为标准化地形起伏度;NTHI为标准化温湿指数; NWRI为标准化水文指数;NLCI为标准化地被指数。

α，β，χ和δ分别为地形起伏度、温湿指数、水文指数和地被指数对应的权重。萝岗区属于华南地区，α，β，χ和δ分别取0.33，0.32，0.16，0.19［11］，前两个因子起主导作用。

在标准化过程中，对于正向指标如水文指数和地被指数采用最大效果标准化;对于逆向指标如地形起伏度采用最小效果标准化;对于中心化指标如温湿指数采用中心效果标准化，具体标准化公式如下:

式中:Nindexi指第i个栅格单元的某一指数的标准化值;xi指第i个栅格的某一指数原始数值;xmax和xmin分别表示所有栅格中某一指数的最大和最小值;xm表示所有栅格中某一指数的最适宜值。

1.5 模型指标

1.5.1 地形起伏度(RDLS)［16］

不过，这只是一个传说而已。实际情况是，飞鱼有趋光的习性，渔民在捕捉飞鱼时，会在太阳出来之前，在渔船上点亮灯光，等待飞鱼觅光而来，自投罗网。如果你在海边等待日出时，看到船头亮着一盏明灯的小船，那多半是在等待飞鱼“上钩”的渔船。

式中:ALT为某区域的平均海拔高程(m);Max(H)和Min(H)分别为该区域内的最高与最低海拔(m);P(A)为区域内的平地面积(km2)，A为区域总面积(km2)。这里定义250*250m格网里相对高差不超过30m的为平地。

1.5.2 温湿指数(THI)［11，15］

式中:t为月均温度(℃);f为月均空气相对湿度(%)。

1.5.3 水文指数(WRI)

式中:P为归一化的降水量;Wa为归一化的水域面积;α和β分别为降水与水域比例的权重，萝岗地区α和β都取0.5。

1.5.4 地被指数(LCI)

式中:NDVI为归一化的植被指数;LTi为各土地利用类型的权重系数。土地利用类型基于2007年遥感影像解译获得，各类型的权重参考封志明等的研究［11］。

2 结果与分析

根据萝岗区地形起伏度、温湿指数、水文指数和地被指数，应用式(1)可以求得萝岗全区的人居环境指数(HEI)，并进行人居环境适宜度和空间异质性评价(见图1)。

为了研究萝岗区人居环境自然适宜性的空间格局和空间差异，对萝岗区二级行政区的人居环境指数进行分区统计，结果见表1。

图1 萝岗区人居环境适宜度和空间异质性示意图

为了研究萝岗区人口数量及人口密度与人居环境指数(HEI)的关系，利用广州市2005年统计年鉴对萝岗区二级行政区的人口及人口密度进行了统计，结果见表2。

(1)萝岗区的人居环境指数介于24.32-86.06之间，平均人居环境指数为69.27。整体分布态势是:从西向东呈带状递增，从低山、丘陵向台地、平原、河谷递增。

表1 萝岗区二级行政区人居环境适宜性指数统计表

表2 萝岗区二级行政区人口及人口密度统计表

(2)按照中国人居环境自然适宜性评价标准，萝岗区总体上处于比较适宜区，局部地区由于受自然条件的限制处于一般适宜地区，少量地区自然条件优越处于高度适宜区。

(3)人居环境指数和人口数及人口密度不存在很强的线性回归关系(表1和表2)，这可能是因为萝岗区仅是一个县区行政级别，研究的空间范围小，自然条件及人口分布的特征差异不是很明显所致。但基本上亦遵循人居环境指数高的地方人口密度也相对较大，这是因为自然条件好或者自然条件限制性小的地方最有吸引力，也是人类居住的首选地。

(4)参考地域特征与自然环境的相关性，将萝岗区按人居环境自然适宜性程度由高到低分为Ⅰ－Ⅴ级不同类型区［14］:

Ⅰ级区:人居环境指数介于81－90之间，占1.1%，属于高度适宜区，是萝岗区人居环境自然适宜度最高的区域，基本不受自然因子限制，自然条件最好，最适宜人类居住。该级区主要分布在东区与萝岗交界的南北两侧以及永和的南部地区。

Ⅱ级区:人居环境指数介于71－80之间，占63.8%，属于一等比较适宜区，自然限制性非常小，也非常适宜人类居住。该级区呈南北片状走向，连片分布在萝岗区东部的大部分地区，包括夏港、东区、永和和九龙的大部分地区以及萝岗的南部地区。

Ⅲ级区:人居环境介于61－70之间，占23.8%，属于二等比较适宜区，部分受到自然条件的限制。该级区呈南北带状走向，主要分布在萝岗区中部，包括永和和萝岗的北部，联和的南部，以及九龙的东北部和西南部。

Ⅳ级区:人居环境指数介于51－60之间，占5.0%，属于一等一般适宜区，存在一定的自然限制性。该级区呈南北带状走向分布在萝岗的西部和联和的中部。

Ⅴ级区:人居环境指数介于24－50之间，占6.3%，属于二等一般适宜区，自然条件限制性偏大。该级区片状分布在萝岗的西部和联和的北部。

从六个二级行政区的统计结果(表1)对比来看，东区、夏港、永和及九龙的人居环境指数(HEI)较高，平均值都超过了70，属于高度适宜区与一等比较适宜区，是萝岗区居住自然环境最好的地区，一方面地势较为平坦，起伏度不大，夏季盛行东南季风携带水汽容易到达;另一方面临近珠江，池湖点缀，鱼米相映，水域面积较大，水文条件好且温湿适宜，人口密度也相对较大(表2)。其次是萝岗和联和，平均值大约分别是68和54，属于二等比较宜居和一等一般宜居。主要原因是该地区山地多且地形起伏较大，夏季盛行东南季风携带水汽受到一定阻拦;同时没有临江，水域面积较小，温湿指数和水文指数相对偏低，自然环境相对逊色，人口密度也相对较小(表2)。

3 结论与讨论

(1)萝岗区人居环境指数介于24.32－86.06之间，总体上处于比较适宜区(占88%)，局部地区处于一般适宜区(占11%)，小部分地区属于高度适宜区(占1%)，并且总体上人居环境指数高的地方人口密度也相对较大，这主要取决于自然条件的适宜性和限制性。

(2)东区、夏港、永和及九龙的人居环境指数(HEI)较高，平均值都超过了70，属于高度适宜区与一等比较适宜区，是萝岗区居住自然环境最好的地区。其次是萝岗和联和，平均值大约分别是68和54，属于二等比较宜居区和一等一般宜居区。HEI从大到小排列顺序为:东区街＞夏港街＞永和街＞九龙镇＞萝岗街＞联和街。

(3)县区级小范围区域自然特征和地域特征差异不显著，采用高分辨率的栅格数据进行评价能够很好的突出内部细节特征和空间异质性，评价的结果合理，精度高，效果好，对该区域的规划和建设有很好的实际指导意义。

(4)研究表明，人居环境适宜性评价模型还有改进的余地。一方面，需要对人居环境指数评价模型中的部分指标(如反映气候适宜度的温湿指数等)做进一步的修正或者增加其它必要的评价指标［13］(如生态敏感性和生态脆弱性系数等)，使评价的结果更客观更合理;另一方面，需要补充环境污染因素。加入环境污染的评价因子可使人居环境指数更加符合客观实际，为科学界定人口发展功能区及做好生态城科学规划，促进萝岗区协调可持续发展提供更加有力的依据。

(编辑: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专－0107－04

2010-06-16

苏华，博士生，主要研究方向为环境遥感。

*国家863重大专项(2006AA06A306)，广东省自然科学基金项目(8151064004000013)及广州市萝岗区政策研究室科技项目资助。