安徽省人居環(huán)境地形與氣候適宜性分析

沈 非 ，李大偉 ，黃艷萍 ，任雅茹 ，盧 杰

（1.安徽師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院，安徽 蕪湖 241003；2.資源環(huán)境與地理信息工程安徽省工程技術(shù)研究中心，安徽 蕪湖 241003）

0 引言

人居環(huán)境是與人類生存活動(dòng)密切相關(guān)的地表空間，是人類利用自然、改造自然的主要場所[1].地形、氣候作為人居環(huán)境中最為重要的自然基礎(chǔ)背景，直接關(guān)系著人類宜居的質(zhì)量，故而早已成為學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn).自1948年蘇聯(lián)科學(xué)院地理研究所提出割切深度概念以來[2]，學(xué)者們開始以地形起伏度為切入點(diǎn)，從全球、國家、省市及縣域等不同空間尺度探索地形對(duì)水土流失[3，4]、生態(tài)環(huán)境[5，6]、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[7]、人口分布[8，9]及經(jīng)濟(jì)發(fā)展[10-12]的影響.氣候適宜性的研究可以追溯到1920年英國學(xué)者洪特等提出的有效溫度概念[13].此后，Brunt于1945年較早分析了氣候和人體舒適度的關(guān)系[14]，Terjung繼而又提出了氣候舒適指數(shù)的概念[15]，學(xué)者們從不同角度采用不同方法進(jìn)行了深入探究[16，17]，溫濕指數(shù)、風(fēng)效指數(shù)等模型在研究中被廣泛使用[18，19].伴隨著人居環(huán)境研究的日益興起，聚居角度的地形與氣候適宜性評(píng)價(jià)研究逐漸流行，無論是單要素的獨(dú)立評(píng)價(jià)[20，21]還是多要素的綜合分析[22-24]，地形起伏度與溫濕指數(shù)作為最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)，已然成為開展人居環(huán)境研究的關(guān)鍵.

隨著社會(huì)發(fā)展中生態(tài)環(huán)境問題的加劇涌現(xiàn)，黨的十八大和中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議提出了“三生空間”與新型城鎮(zhèn)化理念，定量測度自然環(huán)境與人類聚居之間的關(guān)系，以此科學(xué)定位并指導(dǎo)區(qū)域人口的差別化發(fā)展已是時(shí)代之需.鑒于地理尺度差異性的客觀存在以及省域空間在中國行政區(qū)劃中的特殊地位，以安徽省為研究區(qū)，利用DEM、氣象等數(shù)據(jù)，基于GIS技術(shù)，以250 m×250 m柵格為基本評(píng)價(jià)單元，科學(xué)度量安徽省人居環(huán)境地形與氣候適宜性，辨析地域內(nèi)部的自然本底宜居差異，不僅可以有效充實(shí)研究體系，同時(shí)校驗(yàn)空間尺度對(duì)地理數(shù)據(jù)表達(dá)的切實(shí)影響，還可以為區(qū)域人口分布與流動(dòng)的合理引導(dǎo)提供有益參考，服務(wù)于新形勢下“美好安徽”建設(shè)中“構(gòu)建宜居適度的生活空間”、“將城鎮(zhèn)建設(shè)成為真正的宜居之所”現(xiàn)實(shí)課題的客觀需求，促進(jìn)人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展.

1 研究區(qū)概況

安徽省地處中國東南部，位于 29°41′~34°38′N、114°54′~119°37′E 之間，土地總面積約 13.94 萬 km2，跨長江、淮河兩大流域，屬于南暖溫帶和北亞熱帶的過渡地帶，季風(fēng)氣候顯著.地勢西南高、東北低，平原、丘陵、山地相間排列，地貌類型多樣[25].全省下轄16個(gè)市，105個(gè)縣（市、區(qū)），常住人口約6 143.6萬人（2015年），人口密度為440人/km2.

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括：安徽省DEM（空間分辨率30 m），全省78個(gè)市（縣）氣象臺(tái)站建站（最早1951年）至2015年逐月氣溫、降水、相對(duì)濕度數(shù)據(jù)，2015年全省各市縣人口數(shù)據(jù).DEM數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http：//www.gscloud.cn/），氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：//data.cma.cn/）與安徽省氣候中心，人口數(shù)據(jù)來源于安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒[24].

2.2 指標(biāo)選取與模型構(gòu)建

2.2.1 地形起伏度

地形特性不僅對(duì)區(qū)域氣候及地表水文等有直接影響，也控制著區(qū)域人類集聚分布的程度與形態(tài).參考封志明等的研究，選用地形起伏度[26]來表征地形因子對(duì)人居環(huán)境的影響，并將其定義為：

式中RDLS表示地形起伏度；ALT表示以某一柵格單元為中心一定區(qū)域內(nèi)的平均海拔（單位：m）；max（H）、min（H）分別表示該柵格區(qū)域內(nèi)的最高、最低海拔（單位：m）；P（A）表示該柵格區(qū)域內(nèi)的平地面積（單位：km2）；A 為該柵格區(qū)域總面積（單位：km2）.

基于安徽省DEM，在ArcGIS中采用移動(dòng)窗口法，設(shè)置矩形鄰域窗口大小為5×5，運(yùn)行鄰域分析工具，統(tǒng)計(jì)出窗口區(qū)域內(nèi)柵格數(shù)值的范圍和平均海拔.利用DEM中派生的坡度圖，經(jīng)二值化（坡度小于等于5°的區(qū)域作為平地，賦值為1）和鄰域統(tǒng)計(jì)，獲取窗口區(qū)域內(nèi)平地像元數(shù)，依據(jù)公式（1）柵格計(jì)算得到全省地形起伏度圖（圖 1）.

圖1 安徽省地形起伏度分布圖

2.2.2 溫濕指數(shù)

氣候是自然環(huán)境的主導(dǎo)控制因素，適宜的氣候是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ).在氣候諸要素中，人體生理對(duì)氣溫和濕度最為敏感，故采用Thom提出的溫濕指數(shù)模型[27]來測度人居環(huán)境的氣候適宜性，其計(jì)算公式為：

THI=1.8t+32-0.55（1-f）（1.8t-26）， （2）式中THI表示溫濕指數(shù)；t表示月均氣溫（單位：℃）；f為月均空氣相對(duì)濕度（%）.鑒于氣候指標(biāo)的穩(wěn)定性，研究中使用了近65年的逐月氣溫、相對(duì)濕度數(shù)據(jù)，依據(jù)氣象站點(diǎn)坐標(biāo)建立點(diǎn)圖層，針對(duì)多年月均值屬性做樣條插值，采用公式（2）計(jì)算得到分月THI數(shù)據(jù)，再按年均值制備溫濕指數(shù)分布圖（圖2）.

圖2 安徽省溫濕指數(shù)分布圖

3 結(jié)果與分析

3.1 地形起伏度及地形適宜性評(píng)價(jià)

由圖1可知，安徽省地形起伏度介于0～2.53之間，區(qū)域間差異十分明顯.在空間分布上，地形起伏度高值區(qū)主要集中分布在皖南山區(qū)和皖西大別山區(qū)，低值區(qū)主要分布在沿江平原和淮北平原區(qū)，江淮丘陵區(qū)存在一定的地形起伏.地形起伏度空間格局基本反映了全省地勢西南高、東北低、大部分地區(qū)較平坦的總體態(tài)勢.

在地形起伏度重分類的基礎(chǔ)上，對(duì)平均海拔和平地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分類區(qū)統(tǒng)計(jì)（表1），可以看出，隨著地形起伏度分類區(qū)間的升級(jí)，平地比例不斷下降，絕大部分平地分布在地形起伏度0～0.5的區(qū)間內(nèi)，高地形起伏度區(qū)間平地比例極少.平均海拔的變化與地形起伏度區(qū)間的升級(jí)變化總體趨勢一致，只是在1～1.5和1.5～2區(qū)間內(nèi)，數(shù)值出現(xiàn)了倒置.

參照中國人居環(huán)境自然適宜性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[22]對(duì)安徽省地形起伏度重分類，可將全省地形適宜性分為臨界適宜（2.53～1.37）、一般適宜（1.37～0.95）、比較適宜（0.95～0.40）、高度適宜（0.4以下）4種類型（圖 3）.其中，地形起伏度相對(duì)較低的淮北平原、江淮丘陵、沿江平原各市縣均處于高度適宜區(qū)，該區(qū)域約占全省土地總面積的91.04%，相應(yīng)人口約占全省的98.43%；臨界適宜、一般適宜、比較適宜區(qū)主要為地形起伏度較大的六安、安慶、黃山、宣城、池州等地的部分縣市，土地面積僅占全省的8.96%，相應(yīng)人口約占全省的1.57%.地形對(duì)人口分布的影響十分明顯.

表1 不同地形起伏度對(duì)應(yīng)的平均海拔與平地比例

圖3 安徽省人居環(huán)境地形適宜性空間分布圖

3.2 溫濕指數(shù)及氣候適宜性評(píng)價(jià)

安徽省多年平均溫濕指數(shù)介于56.42～63.00之間（圖2），全省大致以長江為界，長江以北地區(qū)的溫濕指數(shù)總體上比長江以南地區(qū)低，溫濕指數(shù)高值區(qū)基本集中在沿江平原和皖南山區(qū)，低值區(qū)集中分布在皖西南山區(qū)和淮北平原北端，在空間上整體呈現(xiàn)由南向北逐漸降低的趨勢.從多年月均值來看，1～12月溫濕指數(shù)介于33.07～81.78之間（表2），除6月全省各地溫濕指數(shù)一致較高外，其他各月的空間特征基本與年均值一致，均呈現(xiàn)南高北低的分布態(tài)勢.

表2 溫濕指數(shù)范圍

表3 不同THI的人體感受

圖4 安徽省人居環(huán)境氣候適宜性空間分布圖

依據(jù)年均溫濕指數(shù)，參考人體生理氣候舒適度標(biāo)準(zhǔn)[28]（表3），安徽省人居環(huán)境氣候適宜性可分為比較適宜（舒適）、高度適宜（非常舒適）兩類（圖4）.皖東、皖北諸地市以及皖中、皖西南部分縣市和皖南極少數(shù)縣市的部分地區(qū)為氣候比較適宜區(qū)，其面積約占全省的59.48%，其人口約占全省總?cè)丝诘?2.35%.氣候高度適宜地區(qū)整體連成一片，主要涵蓋沿江各城市以及六安、合肥、黃山、宣城等地部分縣市，其范圍約占全省的40.52%，區(qū)域人口約占全省總?cè)丝诘?7.65%.總體來說，安徽省年均氣候適宜性較好，舒適度較高.

4 結(jié)論與討論

1）安徽省地形起伏度區(qū)域分異明顯.全省地勢西南高，東北低，大部分地區(qū)較平坦.地形臨界適宜、一般適宜、比較適宜區(qū)范圍極為有限.溫濕指數(shù)大致以長江為界，呈南高北低態(tài)勢分布.由于地處暖溫帶及亞熱帶的過渡地帶，受季風(fēng)氣候的深刻影響，全省氣候舒適度普遍較高.

2）安徽省人口南少北多，山地少、平原丘陵多的空間分布格局與地形起伏度的空間變化相匹配，地形格局在一定程度上影響了人口的分布.從人地的比例來看，氣候條件并沒有對(duì)安徽省的人居環(huán)境造成限制性影響.

3）自然地理?xiàng)l件不僅造就了人類聚居選擇的環(huán)境本底，還深刻地影響著人類系統(tǒng)的社會(huì)活動(dòng)，并進(jìn)一步反饋到人類聚居環(huán)境之中，驅(qū)動(dòng)著人口的分布與流動(dòng).由于地形高度適宜區(qū)范圍廣闊，氣候條件也與之協(xié)調(diào)，適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，安徽自古就是農(nóng)業(yè)大省.基于農(nóng)業(yè)耕作對(duì)勞動(dòng)力資源的需求，高度適宜區(qū)的人口分布相對(duì)集聚.安徽省人口分布仍保留著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)代的烙印，依然體現(xiàn)著對(duì)自然本底的實(shí)際依存.

4）省域尺度下的人居環(huán)境地形與氣候適宜性分析結(jié)果與已有全國尺度研究中的特征趨勢趨同，反映了自然因素對(duì)人口分布影響固有機(jī)理的一致性，校驗(yàn)了大尺度評(píng)價(jià)研究的適用性.鑒于人文因素對(duì)人居環(huán)境影響的客觀存在，今后可以進(jìn)一步結(jié)合復(fù)雜的人文因素開展綜合性的研究，進(jìn)一步挖掘、明晰人地協(xié)調(diào)的過程與機(jī)理.