基于AHP和GIS的重庆市避暑自然适宜性评价

徐中强，陈俊华，邵俊明，余　玲

(1.西南大学 地理科学学院，重庆　400715；2.重庆市国土资源和房屋勘测规划院，重庆　400020)



基于AHP和GIS的重庆市避暑自然适宜性评价

徐中强1,2，陈俊华1*，邵俊明1,2，余玲1

(1.西南大学 地理科学学院，重庆400715；2.重庆市国土资源和房屋勘测规划院，重庆400020)

摘要：重庆市大部分地区夏季高温炎热，人们要求避暑的愿望强烈。选取气候条件和地形条件为一级指标，气温、相对湿度、风速、降水、日照、海拔、坡度为二级指标，采用层次分析法和GIS空间分析相结合，对重庆市避暑自然适宜性进行评价。结果表明：重庆市适宜避暑区域总面积27 264.48km2，占重庆市总面积的33.09%，适宜避暑区域面积较多，其中最适宜区域面积12 831.24km2，较适宜区域面积8 180.86km2，一般适宜区域面积6 252.37km2；重庆市适宜避暑区域空间分布不均，多分布在海拔较高山区，渝东北和渝东南区域分别占适宜避暑区域总量的50.65%和37.71%，大都市区仅占11.64%。

关键词：避暑适宜性评价；AHP；GIS；自然；重庆市

近年来，随着经济发展，人们生活水平不断提高，“避暑休闲”和“避暑人居”需求不断高涨，适宜避暑地需求旺盛。当前国内学者多从旅游气候舒适度、夏季休闲旅游用地等[1～3]方面，采用建立指标体系、创新评价方法、确定指标权重等方式对避暑评价展开研究[4,5]。评价方法有模糊综合评价法[4,6]、层次分析法[7]、温湿指数和风寒指数[1,8,9]、熵值法等。以往研究多采用数学模型，评价方法较为单一，且无法凸显地理空间特征。基于AHP和GIS进行指标体系的空间分析和模拟[7,10,11]，能够直观显示研究区域的适宜性状况和地理空间分布特征。

重庆市被称为我国的“三大火炉”之一，大部分地区夏季天气炎热，高温持续时间长，市民避暑休闲需求旺盛，对重庆市避暑自然适宜性进行评价很有必要。选取重庆市地形、多年夏季气候状况建立指标体系，采用层次分析法模型和GIS软件相结合的方法，进行重庆市避暑自然适宜性评价，这对充分掌握重庆市适宜避暑地状况和合理规划避暑旅游景点、避暑房地产开发等都具有参考价值。

1研究区概况

重庆市地处105°17′～110°11′E、28°10′～32°13′N之间，位于北半球副热带内陆地区，属亚热带季风性湿润气候，多年均温在18℃左右，冬季平均气温6～8℃，夏季7～8月份气温最高，平均气温在27～29℃，日最高气温多在35℃以上，极端高温达到43.8℃[12]。导致重庆夏季气候炎热的主要原因，一方面是受副热带高气压带控制，高温少雨；另一方面是受地形影响，地处四川盆地东南部，其北部、东部及南部均有山体环绕，地面热量难以散发。

气象上，一般把日最高气温在35℃以上的日数称为高温日数。根据重庆市夏季近50年平均高温日数图[13](见图1)，重庆市大部分地区夏季平均高温日数在12～30d左右，高温日数最多的区域以主城区及周边区县和万州区附近为中心，渝东南地区高温日数较少。根据重庆市1997～2007年极端最高气温统计[14](见图2)，重庆市极端最高气温42℃以上，主要分布在北碚-渝中-巴南-南川一线、忠县-涪陵-丰都-武隆-彭水的部分区域和万州-开县-云阳-巫山-巫溪大部分地区，仅城口县及渝东南部分区县极端最高气温在40℃以下，其他地区均在40～42℃之间，都远远超过了35℃。重庆夏季高温区域分布广，持续日数漫长，极端气温偏高。

图1　重庆市近50年夏季平均高温日数Fig.1　Summer mean heat days in Chongqing during last 50 years

图2　重庆市多年极端高温分布Fig.2　Years of extreme heat distribution in Chongqing

2数据来源与研究方法

2.1数据来源与处理

重庆市近50年夏季平均高温日数和多年极端高温数据主要来源于胡豪然[13]研究和《重庆市地图集》(2007年)；气候要素数据，如气温、湿度、风速、日照、降水量等，来源于重庆市气象局与重庆市统计年鉴(1995～2015)；海拔和坡度地理要素数据，由重庆市30m×30mDEM高程数据获取，来源于地理空间数据云(http://www.gscloud.cn)；行政区界线、重庆周边市州等基础矢量数据，来源于2009年重庆市第二次全国土地调查数据。

基于GIS软件对获取的夏季极端气温数和高温日数数据加以处理，获取图件；通过对全市范围内35个气象监测站近50年的逐年资料和重庆市统计年鉴中气候数据的整理，获取夏季气候数据并求平均值，再采用克里金插值法对得到的平均值进行空间分析；地理数据则根据气温垂直递减率和建设用地对坡度要求，运用GIS软件对重庆市DEM数据进行空间分析；此外，对于JPG数据，主要以重庆市行政界线为参考数据，将配准后的JPG数据进行矢量化，再定义地理坐标系统，得到相关矢量数据。

2.2研究方法

2.2.1层次分析法

层次分析法是一种定性与定量相结合的决策分析方法[15]，广泛运用于企业管理、资源评价、自然灾害危害性评价等诸多领域[16-19]。主要步骤:

(1)建立层次结构。对各评价因子的目标层进行排列，建立层次结构，该层次结构包括目标层(A)、准则层(B)和指标层(C)3个层次。

(2)构造判断矩阵。两两要素对比，根据二者重要程度赋予分值，构造避暑自然适宜性判断矩阵，如表1所示。矩阵需满足的条件为Cij>0；Cij=1/Cji(i≠j)；Cii=1(i=1,2，…n)。

表1　避暑自然适宜性评价矩阵

(3)层级单排序。计算步骤：

第一步，判断矩阵每一行元素的相乘，计算公式为：

(1)

式(1)中，Mi是第i层要素层的乘积，cij为要素i与要素j的重要性之比，n表示第i层要素总元素的个数。

第二步，将Mi开n次方，计算公式为：

(2)

(3)

则，W=[W1,W2,…,Wn]T即为特征向量。

第四步，计算最大特征根，计算公式为：

(4)

式(4)中，(AW)i为向量AW的第i个分量。

第五步，检验判读矩阵的一致性；判断矩阵公式：

(5)

判断矩阵一致性检验公式：

(6)

(6)式中，RI为平均随机一致性指标值(见表2)，当CR<0.10时，判断矩阵就有令人满意的一致性；当CR≥0.1时，就需调整判断矩阵，直到满意。

2.2.2GIS空间分析

依据公式(7)，在Arcgis9.3平台上，运用Spatial Analyst中的栅格计算器将模糊数学模型得到的每个要素权重的累加起来，进行空间叠加分析。

S=∑Wi·Xi

(7)

表2　平均随机一致性指标

(7)式中，S表示适宜避暑地状况，Wi为各评价要素，Xi代表各要素的权重。将叠加分析的结果进行归一化处理，然后，依据适宜避暑程度的划分标准面对结果进行重分类，从而生成重庆市避暑适宜性情况专题地图，最终得到适宜避暑地空间分布图和适宜避暑区域面积。

3重庆市避暑适宜性评价

3.1评价指标选取与划分

气温、湿度、风和太阳辐射对人体的热平衡具有明显影响，是人体冷热感知的4大要素[1]。山地由于气温随海拔增高而降低，往往是避暑理想区域。降水、光照、气温、湿度、风速是影响身体舒适度的最主要因素[1,20-22]，而海拔、坡度则会影响一个区域是否满足够避暑的地理条件，因此选取重庆市年均降水、光照、夏季多年平均气温、相对湿度、风速5个气候要素评价指标和海拔、坡度2个地形要素评价指标。

依据环境卫生学理论，夏季人体最舒适的小气候和地形条件为气温24℃、相对湿度70%、风速2m/s、海拔500～2 500m，年均降水量在800～1 200mm较为舒适，年均日照时数为1 200h适宜避暑。适宜修建建筑物的坡度不得大于25°[23]。评价指标的实际划分中，气温、相对湿度、风速、降水、日照5要素根据重庆夏季多年监测情况进行了调整，其中气温以2°为划分尺度，且重庆夏季最低均温不会低于20°，而温度高于25°则不适宜避暑，同理，相对湿度以5%为划分尺度，风速以0.5m/s为划分尺度，降水以100mm为划分尺度，日照以200h为划分尺度；海拔、坡度则是按标准合理划分，由于海拔低于800m地区气温普遍较高，而2 000m以上山区则海拔过高不适宜居住，坡度则是按照城市规划原理划分(详见表3)，将全市分为最适宜、较适宜、一般适宜和不适宜4个等级，划分标准见表4。

表3　避暑适宜性评价指标体系及等级

表4　避暑适宜性划分标准

根据层次分析法原理，结合避暑特点构建层次结构模型(见图3)，一级指标准则层(B)为气候条件(B1)和地形条件(B2)；二级指标(C)指标层为气温(C1)、相对湿度(C2)、风速(C3)、降水(C4)、日照(C5)、海拔(C6)、坡度(C7)。

图3　重庆市避暑适宜性评价指标层次结构图Fig.3　Evaluation index hierarchy structure of summer suitability in Chongqing

3.2确定指标权重

参考专家意见确定评价因子的相对重要性并赋以相应的分值，构建各层次判断矩阵及指标权重值，见表5、表6、表7。

表5　A～B判断矩阵及权重

注：λ=2.000 0，CR=0.000 0<0.1

表6　 B1～C判断矩阵及层次单排权重值

注：λ=5.313 3，CR=0.069 9<0.1

表7　B2～C判断矩阵及层次单排序权重值

注：λ=2.000 0，CR=0.000 0<0.1

重庆避暑适宜性评价各层次指标权重值和最终评价结果，如表8所示。

表8　重庆避暑适宜性评价表

3.3评价结果

3.3.1单因子指标评价结果

按照建立的避暑适宜性评价指标体系，运用Arcgis9.3制作各评价因子避暑适宜性等级图(见图4、图5)。

根据重庆市多年夏季平均气温的栅格数据，再依据气温垂直递减率，气温随高度增加而降低的速率，即海拔每上升100m气温值下降0.6℃的规律，叠加重庆市DEM计算得到，权重值为0.407 2，气温适宜性等级及分布如图4a所示；湿度是宜居环境中必不可少的因子，也是消夏避暑资源评价中的一个重要指标，运用空间插值法将重庆市多年年均相对湿度数据进行插值，得到年均相对湿度的栅格数据，权重值为0.071 1，湿度适宜性等级及分布如图4(b)所示；同理，计算得到重庆市年平均风速的栅格数据，权重为0.070 1，风速适宜性等级及分布如图4(c)；年降水量的多少直接影响到该地区的干湿度和居住环境，从而影响到人体的舒适度，同理，计算得到年平均降水的栅格数据，权重为0.038 6，降水量适宜性等级及分布如图4(d)；日照也是影响避暑气候适宜性评价的重要指标，某种程度上总日照时数与紫外线辐射量呈正相关关系，因此年总日照时数越多，紫外线辐射就越强，越不适宜避暑，计算得出年日照时数栅格数据，权重为0.163 0，日照适宜性等级及分布如图4(e)；海拔对温度和气压有重要影响，温度和气压都随海拔升高而降低，因此夏季普遍高温的情况下，适当的海拔高度区域将存在适宜避暑地，根据重庆市DEM数据，按避暑评价指标分类得到海拔数据，权重为0.187 5，海拔适宜性等级及分布如图4(f)；由于在适宜避暑地修建避暑居所或其他设施都将受到地形坡度的限制，根据适宜坡度的规定[23]，将重庆市DEM进行重分类得到坡度数据，权重为0.062 5，坡度适宜性等级及分布如图5。

图4　重庆市基于气温、相对湿度、风速、降水、日照、海拔因子的适宜避暑等级分析Fig.4　Suitable summer class analysis based on temperature, relative humidity, wind speed precipitation, sunlight and elevation in Chongqing

图5　重庆市基于坡度因子的适宜避暑等级分析Fig.5　Suitable summer class analysis based on gradient in Chongqing

3.3.2综合评价结果

根据各评价指标分析，分别得到温度、湿度、风速、降水、日照、海拔、坡度等7个指标30m×30m的栅格数据，运用Arcgis9.3空间分析中的栅格计算器工具，通过综合加权模型，适宜避暑地=温度×40.72%+湿度×7.11%+风速×7.01%+降水×3.86%+日照×16.3%+海拔×18.75%+坡度×6.25%，计算得到重庆市避暑地适宜性状况，最后把重庆市适宜避暑地分布区域分为最适宜避暑

区域、较适宜避暑区域、一般适宜避暑区域和不适宜避暑区域4个等级(见图6)。

图6　重庆市适宜避暑地综合评价图Fig.6　Comprehensive evaluation map of suitable summer resorts in Chongqing

依据避暑适宜性划分标准(见表4)，利用Arcgis9.3软件，按照重庆市5大功能区划分，对全市避暑适宜性情况进行统计(见表9)。统计结果显示：从总量上来看，适宜避暑区域总面积为27 264.48km2，占重庆市总面积的33.09%，其中最适宜区域总面积为12 831.24km2，占适宜避暑地总量的47.06%，较适宜区域总面积为8 180.86km2，占适宜避暑地总量比例为30.01%，一般适宜区域总面积为6 252.37km2，占到适宜避暑地总量的22.93%。适宜避暑区域主要分布在大巴山、巫山、武陵山等山脉，涉及23个区县，大都市区主要涉及6个区县；渝东北生态涵养发展区涉及11个区县；渝东南生态保护发展区涉及6个区县。总之，重庆市适宜避暑区域面积较为广阔，可为人们提供良好的避暑场所。

表9　重庆市适宜避暑地统计表

从空间分布上看，渝东北生态涵养发展区适宜避暑区域面积最大，达13 808.92km2，占适宜避暑地总量的50.65%，渝东南生态保护发展区和大都市区面积分别为10 281.46km2、3 174.10km2，占适宜避暑地总量的比例分别为37.71%和11.64%，表明避暑资源空间分布不均，尤其是大都市区所占比重太小。而在大都市区中，适宜避暑区域中南川区面积最大，总量为1 444.21km2；渝东北生态涵养发展区适宜避暑的区域，巫溪县面积最大，为2 747.53km2；渝东南生态保护发展区适宜避暑的区域，酉阳县面积最大，为2 415.31km2。

从区位分布来看，主城区人口密集，交通便利，避暑需求最为强烈，但是大都市区范围内仅有北碚区和巴南区有少量避暑区域，避暑资源匮乏，虽然大都市范围内适宜避暑区域有江津区、綦江区、南川区、永川区、涪陵区，但是此范围内的避暑地总量可能仍难以满足需求；渝东北和渝东南有丰富的避暑资源，但是由于人口有限，因此适宜避暑地将是供大于求的，开发潜力大。

4结论与讨论

4.1结论

研究显示：重庆市适宜避暑地总面积为27 264.48km2，其中最适宜区域总面积12 831.24km2，较适宜区域总面积为8 180.86km2，一般适宜区域总面积为6 252.37km2。从总量上来说，适宜避暑资源较丰富；从空间分布上看，主要集中在渝东南和渝东北地区，开发潜力大。重庆市避暑自然适宜性主要受地形因素影响，气候要素是居于次要地位的限制因素。适宜避暑区域主要分布在渝东北和渝东南的山区，比如大巴山、铁峰山、仙女山、黑山谷等山地，这些山地海拔较高，夏季较凉爽，因此适宜避暑；大都市区整体海拔较低，则适宜避暑面积小。研究综合运用AHP和GIS两种方法得到评价结果较为客观，对政府或企业在避暑区域开发上具有一定的指导意义。

4.2讨论

1)在进行重庆市避暑自然适宜性评价时，倘若选择的评价指标或者价模型不同，最终得出的适宜避暑地总面积可能会有所差异，但是具体分布区域不会有太大变化，基本都分布于海拔较高的山区。

2)避暑自然适宜性评价是以GIS软件为技术支撑，并结合数学模型完成的，二者的结合提高了评价的精准度，使得评价结果更符合实际。数学模型可以定量描述评价要素的空间变化，分析得出客观数据；GIS的空间分析功能是其核心所在，它能将各评价要素通过空间叠加分析，最终以数据和图的形式得到一个综合评价结果。两者相结合的评价方法，可为其他资源的评价提供技术和方法参考。

3)评价指标的选取主要以气候和地形条件为出发点，评价结果得到了适宜避暑区域，但是，并未考虑地质灾害高发区、自然保护区、基本农田保护区、土地利用总体规划、禁止建设区等适宜避暑地开发限制因素，因此，进行适宜避暑地开发还需考虑诸多因素，并作进一步研究。重庆市避暑需求较大，发展潜力巨大，避暑资源丰富的区县应当充分利用本地区资源优势，促进避暑产业发展。

参考文献：

[1] 郑衡宇,骆培聪,吕刚.福建主要城市周边平缓高地避暑休闲气候评价[J].亚热带资源与环境学报,2009,4(1):59-70.

[2] 田世芹,刘昭武,孙亚丽.滨州市旅游气候舒适度分析例[J].山西师范大学学报(自然科学版),2015,29(3):105-111.

[3] 胡桂萍,李正泉,邓霞君.丽水市旅游气候舒适度分析[J].气象科技,2015,43(4):669-774.

[4] 周学军,杨勇.基于SEM的休闲避暑地游客满意度及忠诚度关系研究——以重庆市黄水镇为例[J].资源开发与市场,2014,30(2):231-234.

[5] 王凡,许曹华.上海旅游气候舒适度的模糊综合评判[J].科技视界,2015,12(4):193-194.

[6] 查书平,张敏,王丽娜.浙江省夏季旅游气候舒适度的空间分布[J].南通大学学报(自然科学版),2012,11(1):53-57.

[7] 王成.基于GIS和AHP法的乡村避暑地选址研究——以重庆市南川区为例[D/OL].重庆:西南大学,2014:44-50[2015-06-03].http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y2573347.

[8] 王焕毅,张翘,商毅等.本溪满族自治县旅游气候舒适度评价[J].中国人口·资源与环境,2014,24(11):251-253.

[9] 郭广,张静,马守存等.1961`2010年青海省人体舒适度指数时空分布特征[J].冰川冻土,2015,37(3):845-854.

[10]林森.基于GIS的重庆市夏季休闲旅游用地选址评价研究[D/OL].重庆:西南大学,2013:21-56[2015-06-16].http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y2308838.

[11]史同广,郑昭佩,王智勇,等.GIS支持下的鲁东南丘陵区茶树土地适宜性评价[J].山地学报,2008,26(5):560-564.

[12]李强,吉莉,何遂,等.近30年重庆旅游气候适宜性分析[M].中国气象学会.第30届中国气象学年会会议论文集.北京:气象出版社,2013:211-220.

[13]胡豪然.近50年来川渝地区夏季高温及干燥事件分析[M].中国气象学会2008年年会论文集.北京:气象出版社,2009:134-141.

[14]重庆市勘测院.重庆市地图集[M].西安:西安地图出版社,2007:55-56.

[15]SAATY T L,BENNETT J P.A theory of analytical hierarchies applied to political candidacy[J].Behavioral Science,1997,22:237-245.

[16]尹贤平.基于层次分析法的中小企业财务风险评价探讨[D/OL].江西:江西财经大学,2012:31-36[2015-06-20].http://www.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?QueryID=4&CurRec=1&recid=&filename=1012368476.nh&dbname=CMFD2012&dbcode=CMFD&pr=&urlid=&yx=&uid=WEEvREcwSlJHSldSdnQ1V2JiTGJlQzFteXR0d3o1L01FNU5MV0xFby9BcjdrOTZzMzVQSUQzUU5RME42UkRBZW13PT0=MYM9A4hF_YAuvQ5obgVAqNKPCYcEjKensW4IQMovwHtwkF4VYPoHbKxJw!!&v=MDYzMzRxVHJXTTFGckNVUkwrZVplZHBGaURsVWJyQlZGMjZITEMrRnRYTHFaRWJQSVI4ZVgxTHV4WVM3RGgxVDM=.

[17]唐黎,刘茜.基于AHP的乡村旅游资源评价——以福建长泰山重村为例[J].中南林业科技大学学报,2014,34(11):155-160.

[18]周广振,简晓春,朱明明.改进层次分析法的高速公路交通安全评价[J].公路交通技术,2015,38(3):1-7.

[19]许冲,戴福初,姚鑫,等.GIS支持下基于层次分析法的汶川地震区滑坡易发性评价[J].岩石力学与工程学报,2009,28(2):3978-3985.

[20]杨尚英.旅游气象气候学[M].杨凌:西北农林科技大学出版社,2007:111-115.

[21]石燕清,尹娟,张丹丹,等.湘西州夏季旅游气候舒适度的模糊综合评判[J].贵州气象,2010,34(S2):116-118.

[22]吴烨.乌鲁木齐地区夏季旅游气候舒适度模糊评价[J].新疆师范大学学报(自然科学版),2010,29(2):92-94.

[23]李德华.城市规划原理(第四版)[M].北京:中国建筑出版社,2010:201-207.

文章编号：1004—5570(2016)01-0014-08

收稿日期：2015-09-28

基金项目：国家科技支撑计划项目(2012BAJ23B05)；国家社科基金西部项目(10XGJ0008)；重庆市软科学研究计划项目(cstc2012cx-rkxB00040)；高校基本科研项目(SWU0909619)

作者简介：徐中强(1989-)，男，在读硕士，研究方向：区域地理，E-mail:467757352@qq.com. *通讯作者：陈俊华(1973-)，男，博士，副教授，研究方向：区域地理，E-mail:1160883907@qq.com.

中图分类号：K921

文献标识码：A

Evaluation of natural environment suitability for the summer resorts in Chongqing based on AHP and GIS

XU Zhongqiang1，2, CHEN Junhua1, SHAO Junming1，2,YU Ling1

(1.School of Geographical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China；2.Chongqing Institute of Surveying and Planning for Land Resources and Housing, Chongqing 400020, China)

Abstract:Because of the hot summer in most areas of Chongqing, people have a strong desire to escape the heat. This article selects climate and geographical conditions as the primary indexes, and then the secondary indexes includes temperature, relative humidity, wind speed, rainfall, sunlight, elevation and gradient. Subsequently, according to the index weight and using the spatial analysis function of GIS, this article makes a comprehensive evaluation of each evaluation indexes to get the distribution map of Chongqing’s summer natural environment suitability ultimately. The results prove that: Chongqing’s suitable summer resorts are relatively abundant with a total area of 27 264.48km2 which accounts for 33.09% of all the Chongqing. Among the rest, the most suitable regions’ total area is 12 831.24km2, the relative suitable regions is 8 180.86km2 and the common suitable regions is 6 252.37km2. The suitable summer resorts are mainly in high altitude area and unevenly distributed in space, and mainly concentrate in Northeast Chongqing and Southeast Chongqing which respectively accounts for 50.65% and 37.71%, and the metropolitan area only accounts 11.64%.

Key words:summer suitability evaluation; AHP; GIS; natural; Chongqing