安徽省人居环境地形与气候适宜性分析

沈 非 ，李大伟 ，黄艳萍 ，任雅茹 ，卢 杰

（1.安徽师范大学 地理与旅游学院，安徽 芜湖 241003；2.资源环境与地理信息工程安徽省工程技术研究中心，安徽 芜湖 241003）

0 引言

人居环境是与人类生存活动密切相关的地表空间，是人类利用自然、改造自然的主要场所[1].地形、气候作为人居环境中最为重要的自然基础背景，直接关系着人类宜居的质量，故而早已成为学界关注的焦点.自1948年苏联科学院地理研究所提出割切深度概念以来[2]，学者们开始以地形起伏度为切入点，从全球、国家、省市及县域等不同空间尺度探索地形对水土流失[3，4]、生态环境[5，6]、农业生产[7]、人口分布[8，9]及经济发展[10-12]的影响.气候适宜性的研究可以追溯到1920年英国学者洪特等提出的有效温度概念[13].此后，Brunt于1945年较早分析了气候和人体舒适度的关系[14]，Terjung继而又提出了气候舒适指数的概念[15]，学者们从不同角度采用不同方法进行了深入探究[16，17]，温湿指数、风效指数等模型在研究中被广泛使用[18，19].伴随着人居环境研究的日益兴起，聚居角度的地形与气候适宜性评价研究逐渐流行，无论是单要素的独立评价[20，21]还是多要素的综合分析[22-24]，地形起伏度与温湿指数作为最基本的评价指标，已然成为开展人居环境研究的关键.

随着社会发展中生态环境问题的加剧涌现，党的十八大和中央经济工作会议提出了“三生空间”与新型城镇化理念，定量测度自然环境与人类聚居之间的关系，以此科学定位并指导区域人口的差别化发展已是时代之需.鉴于地理尺度差异性的客观存在以及省域空间在中国行政区划中的特殊地位，以安徽省为研究区，利用DEM、气象等数据，基于GIS技术，以250 m×250 m栅格为基本评价单元，科学度量安徽省人居环境地形与气候适宜性，辨析地域内部的自然本底宜居差异，不仅可以有效充实研究体系，同时校验空间尺度对地理数据表达的切实影响，还可以为区域人口分布与流动的合理引导提供有益参考，服务于新形势下“美好安徽”建设中“构建宜居适度的生活空间”、“将城镇建设成为真正的宜居之所”现实课题的客观需求，促进人口、资源、环境协调发展.

1 研究区概况

安徽省地处中国东南部，位于 29°41′~34°38′N、114°54′~119°37′E 之间，土地总面积约 13.94 万 km2，跨长江、淮河两大流域，属于南暖温带和北亚热带的过渡地带，季风气候显著.地势西南高、东北低，平原、丘陵、山地相间排列，地貌类型多样[25].全省下辖16个市，105个县（市、区），常住人口约6 143.6万人（2015年），人口密度为440人/km2.

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

研究所需基础数据主要包括：安徽省DEM（空间分辨率30 m），全省78个市（县）气象台站建站（最早1951年）至2015年逐月气温、降水、相对湿度数据，2015年全省各市县人口数据.DEM数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台（http：//www.gscloud.cn/），气象数据来源于中国气象数据网（http：//data.cma.cn/）与安徽省气候中心，人口数据来源于安徽省统计年鉴[24].

2.2 指标选取与模型构建

2.2.1 地形起伏度

地形特性不仅对区域气候及地表水文等有直接影响，也控制着区域人类集聚分布的程度与形态.参考封志明等的研究，选用地形起伏度[26]来表征地形因子对人居环境的影响，并将其定义为：

式中RDLS表示地形起伏度；ALT表示以某一栅格单元为中心一定区域内的平均海拔（单位：m）；max（H）、min（H）分别表示该栅格区域内的最高、最低海拔（单位：m）；P（A）表示该栅格区域内的平地面积（单位：km2）；A 为该栅格区域总面积（单位：km2）.

基于安徽省DEM，在ArcGIS中采用移动窗口法，设置矩形邻域窗口大小为5×5，运行邻域分析工具，统计出窗口区域内栅格数值的范围和平均海拔.利用DEM中派生的坡度图，经二值化（坡度小于等于5°的区域作为平地，赋值为1）和邻域统计，获取窗口区域内平地像元数，依据公式（1）栅格计算得到全省地形起伏度图（图 1）.

图1 安徽省地形起伏度分布图

2.2.2 温湿指数

气候是自然环境的主导控制因素，适宜的气候是人类生存和发展的基础.在气候诸要素中，人体生理对气温和湿度最为敏感，故采用Thom提出的温湿指数模型[27]来测度人居环境的气候适宜性，其计算公式为：

THI=1.8t+32-0.55（1-f）（1.8t-26）， （2）式中THI表示温湿指数；t表示月均气温（单位：℃）；f为月均空气相对湿度（%）.鉴于气候指标的稳定性，研究中使用了近65年的逐月气温、相对湿度数据，依据气象站点坐标建立点图层，针对多年月均值属性做样条插值，采用公式（2）计算得到分月THI数据，再按年均值制备温湿指数分布图（图2）.

图2 安徽省温湿指数分布图

3 结果与分析

3.1 地形起伏度及地形适宜性评价

由图1可知，安徽省地形起伏度介于0～2.53之间，区域间差异十分明显.在空间分布上，地形起伏度高值区主要集中分布在皖南山区和皖西大别山区，低值区主要分布在沿江平原和淮北平原区，江淮丘陵区存在一定的地形起伏.地形起伏度空间格局基本反映了全省地势西南高、东北低、大部分地区较平坦的总体态势.

在地形起伏度重分类的基础上，对平均海拔和平地数据进行分类区统计（表1），可以看出，随着地形起伏度分类区间的升级，平地比例不断下降，绝大部分平地分布在地形起伏度0～0.5的区间内，高地形起伏度区间平地比例极少.平均海拔的变化与地形起伏度区间的升级变化总体趋势一致，只是在1～1.5和1.5～2区间内，数值出现了倒置.

参照中国人居环境自然适宜性分级标准[22]对安徽省地形起伏度重分类，可将全省地形适宜性分为临界适宜（2.53～1.37）、一般适宜（1.37～0.95）、比较适宜（0.95～0.40）、高度适宜（0.4以下）4种类型（图 3）.其中，地形起伏度相对较低的淮北平原、江淮丘陵、沿江平原各市县均处于高度适宜区，该区域约占全省土地总面积的91.04%，相应人口约占全省的98.43%；临界适宜、一般适宜、比较适宜区主要为地形起伏度较大的六安、安庆、黄山、宣城、池州等地的部分县市，土地面积仅占全省的8.96%，相应人口约占全省的1.57%.地形对人口分布的影响十分明显.

表1 不同地形起伏度对应的平均海拔与平地比例

图3 安徽省人居环境地形适宜性空间分布图

3.2 温湿指数及气候适宜性评价

安徽省多年平均温湿指数介于56.42～63.00之间（图2），全省大致以长江为界，长江以北地区的温湿指数总体上比长江以南地区低，温湿指数高值区基本集中在沿江平原和皖南山区，低值区集中分布在皖西南山区和淮北平原北端，在空间上整体呈现由南向北逐渐降低的趋势.从多年月均值来看，1～12月温湿指数介于33.07～81.78之间（表2），除6月全省各地温湿指数一致较高外，其他各月的空间特征基本与年均值一致，均呈现南高北低的分布态势.

表2 温湿指数范围

表3 不同THI的人体感受

图4 安徽省人居环境气候适宜性空间分布图

依据年均温湿指数，参考人体生理气候舒适度标准[28]（表3），安徽省人居环境气候适宜性可分为比较适宜（舒适）、高度适宜（非常舒适）两类（图4）.皖东、皖北诸地市以及皖中、皖西南部分县市和皖南极少数县市的部分地区为气候比较适宜区，其面积约占全省的59.48%，其人口约占全省总人口的62.35%.气候高度适宜地区整体连成一片，主要涵盖沿江各城市以及六安、合肥、黄山、宣城等地部分县市，其范围约占全省的40.52%，区域人口约占全省总人口的37.65%.总体来说，安徽省年均气候适宜性较好，舒适度较高.

4 结论与讨论

1）安徽省地形起伏度区域分异明显.全省地势西南高，东北低，大部分地区较平坦.地形临界适宜、一般适宜、比较适宜区范围极为有限.温湿指数大致以长江为界，呈南高北低态势分布.由于地处暖温带及亚热带的过渡地带，受季风气候的深刻影响，全省气候舒适度普遍较高.

2）安徽省人口南少北多，山地少、平原丘陵多的空间分布格局与地形起伏度的空间变化相匹配，地形格局在一定程度上影响了人口的分布.从人地的比例来看，气候条件并没有对安徽省的人居环境造成限制性影响.

3）自然地理条件不仅造就了人类聚居选择的环境本底，还深刻地影响着人类系统的社会活动，并进一步反馈到人类聚居环境之中，驱动着人口的分布与流动.由于地形高度适宜区范围广阔，气候条件也与之协调，适宜农业生产，安徽自古就是农业大省.基于农业耕作对劳动力资源的需求，高度适宜区的人口分布相对集聚.安徽省人口分布仍保留着农业生产时代的烙印，依然体现着对自然本底的实际依存.

4）省域尺度下的人居环境地形与气候适宜性分析结果与已有全国尺度研究中的特征趋势趋同，反映了自然因素对人口分布影响固有机理的一致性，校验了大尺度评价研究的适用性.鉴于人文因素对人居环境影响的客观存在，今后可以进一步结合复杂的人文因素开展综合性的研究，进一步挖掘、明晰人地协调的过程与机理.