基于生態(tài)適應性的高原山地人居環(huán)境自然要素研究

湯晨蘇 方芳 徐堅

摘 要：高原山地兼具高原和山地的特點，其特性要復雜于其他任何一種地形地貌形式，人居環(huán)境也不例外。本文從生態(tài)適應性視角出發(fā)，以指導城市建設與土地開發(fā)為目的，探求適合高原山地人居環(huán)境的研究方式，并選擇云南省大理州大理市為例，對高原山地人居環(huán)境所處的自然環(huán)境進行研究分析。

關鍵詞：生態(tài)適應性；高原山地；人居環(huán)境；大理

【文章編號】1627-6868（2016）05-0018-03

Abstract： both plateaus and mountain plateau characteristics， the characteristics of any other kind of complex topography form， the living environment is no exception. From the perspective of ecological adaptability way to guide urban construction and land development for the purpose of exploring ways for the study of the environment of human settlements plateaus and select Dali Dali， Yunnan Province as an example， plateaus which the natural living environment environmental research and analysis.

Keywords： ecological adaptability； plateaus； living environment； Dali

“生態(tài)適應性”是由“生態(tài)學”衍生而成的學科，研究有機體與環(huán)境之間的相互關系，表現(xiàn)為為有機體提供有力的環(huán)境條件，同時有機體的進化也對環(huán)境發(fā)生反應，有機體與環(huán)境間存在雙向互動的整體協(xié)調關系。

“生態(tài)適應性”已被運用到多個學科，包括人居環(huán)境建設領域。

在高原山地人居環(huán)境理論及實踐研究中，運用“生態(tài)適應性”理論，旨在強調高原山地環(huán)境中人與自然和諧相處的協(xié)調關系，為高原山地人居環(huán)境建設奠定基礎。

1.高原山地及人居環(huán)境的特殊性

1.1高原山地

按照學術上的定義，高原是海拔高度在1000米以上、面積廣大、地形開闊、周邊有明顯陡坡、比較完整的大面積隆起地區(qū)；山地是具有明顯起伏度和坡度，有相應山間谷地、山前堆積地和多樣性生境類型的特殊地域，擁有復雜的生態(tài)環(huán)境體系，呈現(xiàn)出生境類型的多樣性及相應生態(tài)系統(tǒng)結構與功能特征的差異性。

高原山地等同于高原與山地的疊加，兼具山地和高原的特征。即既具有大面積的隆起，其表面形態(tài)也奇特多樣，所處自然環(huán)境更為復雜、惡劣，山地垂直梯度上各影響因素的作用力更為明顯。

1.2高原山地人居環(huán)境的特殊性

受高原山地險惡自然環(huán)境的影響，山地生態(tài)環(huán)境具有敏感性和脆弱性，高原山地人居環(huán)境建設具有山地保育的必要性、山地開發(fā)建設的復雜性和工程技術上的艱巨性。在與自然環(huán)境長期的適應協(xié)調過程中，人居環(huán)境建設呈現(xiàn)高度的調適性，形成其獨特的高度自然性、密集效應、整體性特征。

針對高原山地復雜的自然地理條件，必須對地形、氣候、水文、植被等自然要素進行分析研究，為人居環(huán)境建設提供科學依據(jù)和決策支持。

2.研究區(qū)域選擇

本文選取具有典型高原山地特征的云南省大理州大理市為研究個案。

2.1研究區(qū)域概況

大理市位于中國云南省西部，是大理白族自治州的州政府駐地。大理市地處云貴高原上的洱海平原，蒼山之麓，洱海之濱。地勢西、北高，東、南低，海拔最高點4097米（蒼山玉局峰），最低點1340米（太邑鄉(xiāng)坦底摩村）。大理市屬北業(yè)熱帶高原季風氣候類型，年均氣溫l4.9℃，年降雨量為1051.1毫米。

2.2研究區(qū)域的典型性

大理市作為大理地區(qū)的政治、經(jīng)濟、文化中心，滇中中心城市，選擇大理市有重要的意義，同時大理市具有如下特點：（1）生態(tài)環(huán)境脆弱；（2）高原湖泊與高原山地錯落相間；（3）土地資源短缺；（4）開發(fā)建設對自然環(huán)境破壞性大。

3.高原山地人居環(huán)境自然要素研究

基于高原山地復雜的系統(tǒng)特征，結合云南高原山地地形地貌復雜、區(qū)域小氣候多樣、山地氣候明顯、水資源分布垂直分異性大、植被覆蓋梯度化等特征，本文選取地被指數(shù)、地形起伏度指數(shù)、氣候舒適度指數(shù)、水文指數(shù)作為高原山地人居環(huán)境的自然要素研究。

3.1地被指數(shù)

地被指數(shù)通過土地覆被特征的指數(shù)和土地利用類型來表示，即：LCI=NDVI*LTi

其中，LCI為地被指數(shù)；NDVI為該單元格的歸一化植被指數(shù)；LTi為各土地利用類型的權重，分別代表耕地林地、草地、水域、建設用地等水田、旱地等2類二級土地利用類型。

3.2地形指數(shù)

地形指數(shù)將采用地形起伏度來表示，即：

RDLS=ALT/1000+{[Max（H）-Min（H）]*[1-P（A）/A]}/500

其中，RDLS為地形起伏度；ALT為區(qū)域內(nèi)的平均海拔；Max（H）和Min（H）分別為區(qū)域內(nèi)最高與最低海拔（m）；P（A）為區(qū)域內(nèi)平地面積（km2）；A為區(qū)域總面積。

3.3氣候指數(shù)

氣候指數(shù)采用氣候適宜度來表達，涉及溫濕指數(shù)THI和風效指數(shù)K，即：

THI=T-0.55（1-f）（T-58）

T=1.8t+32

K=-（10 v?+10.45-v）（33-t）+8.55s

其中，THI為溫濕指數(shù)；t是攝氏溫度，T是華氏溫度；f是空氣相對濕度（%）；v是風速（m/s）；s是日照時數(shù)（h/d）。

3.4水文指數(shù)

水文指數(shù)通過降水量和區(qū)域匯水面積來表示，即：

WRI=αP+βWa

其中，WRI為水文指數(shù)；P為歸一化的降水量；Wa為歸一化的水域面積；α和β分別為降水與水域比例的權重。

3.5基礎分析綜合評價

通過自然因素研究，形成以上表征生態(tài)適應性指數(shù)。

研究中，鑒于高原山地的復雜性，需將各因子與權重的乘積相加，即：HNE=αi*RDSL+β*LCE+γi*THI+δi*WRI+εi*D

通過這種方法，可對高原山地人居環(huán)境所處自然條件進行綜合分析。

4.實證研究過程分析

4.1地被指數(shù)

4.1.1現(xiàn)階段研究成果

利用ERDAS軟件中classifier/Unsupervised classification（非監(jiān)督分類）加載5個波段的衛(wèi)星影像圖，經(jīng)過計算，得到粗略的第一次分類結果（圖4-1）；

注：非監(jiān)督分類能夠快速的對大理市域范圍內(nèi)1816平方公里的土地進行判定分類。由于非監(jiān)督分類的準確性并不是100%，在經(jīng)過多次數(shù)據(jù)實驗、多次調整設置參數(shù)、觀察實驗結果后，最后確定出的實驗參數(shù)，即Unsupervised classification（非監(jiān)督分類），分類25類，進行12次迭代，并且通過對實地調研比對后，準確率可達到80%以上。

利用Arcgis軟件對第一次分類結果進行重分類，通過與衛(wèi)片以及現(xiàn)場走訪的采樣記錄進行比對，得出第二次的精確分類結果（圖4-2）。其中，天藍色為水域，即洱海；深綠色為植被；淺綠色為耕地；褐色為裸土；灰色為人居空間；

4.1.2后續(xù)研究方向

人居環(huán)境地被指數(shù)的研究是通過對土地利用類型空間分布數(shù)據(jù)集和植被指數(shù)空間分布數(shù)據(jù)集疊加而進行分析研究。下一步的工作將圍繞植被指數(shù)空間分布數(shù)據(jù)集進行，涉及到歸一化植被指數(shù)（NDVI）的提取。

4.2地形指數(shù)

研究根據(jù)大理市的地形圖，建立DEM數(shù)據(jù)，將大理市范圍分隔成19.5m×19.5m的柵格網(wǎng)，計算取得每個柵格網(wǎng)的海拔平均值、海拔最大值、海拔最小值。

4.2.1現(xiàn)階段研究成果

DEM數(shù)據(jù)的建立：利用Arcgis軟件創(chuàng)建三角網(wǎng)格TIN文件（圖4-3）；柵格化TIN文件，建立DEM數(shù)據(jù)（圖4-4）；

計算區(qū)域平均海拔ALT、區(qū)域最高海拔Max（H）、區(qū)域最低海拔Min（H）。

4.2.2后續(xù)研究方向

下一步研究將繼續(xù)圍繞大理市地形與DEM數(shù)據(jù)展開，界定平地的范圍。由于研究區(qū)域處于高原山地區(qū)域，在平地范圍的界定上應與平原地區(qū)區(qū)別對待，體現(xiàn)高原山地的特征，對人居環(huán)境建設影響效果不顯著。

4.3氣候指數(shù)

4.3.1現(xiàn)階段研究成果

基礎數(shù)據(jù)處理：將24個選點數(shù)據(jù)導入SPSS19.0軟件進行處理，得出各個選點的年平均溫度、年平均相對濕度、年平均日照時數(shù)和年平均風速；

選點圖件的建立：利用Global Mapper軟件，根據(jù)每個選點的坐標（圖4-5），標出各個點的位置，并導出*.shp文件；

關聯(lián)選點屬性：利用Arcgis軟件中Joint屬性的功能關聯(lián)屬性，將海拔、經(jīng)緯度、平均降水、平均溫度等屬性關聯(lián)到每個選點；

4.3.2后續(xù)研究方向

地理信息系統(tǒng)的克里金插值法，對各個選點中所包含的屬性，如平均溫度、平均濕度、日照時數(shù)等，進行插值。由于氣溫、濕度、風速等屬性與區(qū)域海拔、地形等因素有關，因此在對數(shù)據(jù)進行空間化之前，必須先對數(shù)據(jù)進行初步分析，明確與地形、海拔等因素的關系，以便氣候的分析研究。

4.4水文指數(shù)

關于水文指數(shù)的計算分析進行到此，完成了平均降水量的插值，形成了平均降水的空間分布數(shù)據(jù)集。

4.4.1現(xiàn)階段研究成果

（1）利用SPSS19.0軟件對平均降水量歸一化；

（2）利用Arcgis軟件進行克里金插值法，將歸一化的平均降水量建立成平均降水空間分布數(shù)據(jù)集（圖4-6）。

4.4.2后續(xù)研究方向

將對大理市域范圍內(nèi)的水體歸一化處理，將要利用到統(tǒng)計軟件和地理信息技術。

5.總結

高原山地人居環(huán)境生態(tài)適應性的研究將以地被、地形、氣候和水文指數(shù)為基礎，制定合理的權重，創(chuàng)建高原山地人居環(huán)境生態(tài)適應性的分析與評價體系；前期試驗結果將作為體系的基礎，同時探討體系構建的可能性與可行性，并對相應的參數(shù)與指標的設計進行反復的試驗，以期能使得體系得到最準確的結果。

高原山地人居環(huán)境生態(tài)適應性的研究以探求人與自然和諧共存為最終目的，是一項漫長而艱巨的研究。本研究以云南省大理白族自治州為例，力求對自然生態(tài)數(shù)據(jù)進行空間化處理、建立地理信息數(shù)據(jù)庫，為人居環(huán)境的下一步研究奠定基礎；同時為解決高原山地區(qū)域性人居建設問題提供一定的指導。

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