基于ARCGIS與層次分析法的塞罕壩林區(qū)建設對周邊環(huán)境和北京沙塵暴天氣的影響評價分析

宗帥　李霄

摘要：塞罕壩在抗風沙、保護環(huán)境、維護生態(tài)平衡穩(wěn)定等方面發(fā)揮著重要作用，本文選擇合適的指標，收集相關數據，構建塞罕壩對生態(tài)環(huán)境影響的評價模型，以便量化評價塞罕壩修復后對周邊環(huán)境和北京沙塵暴天氣的影響，即比較分析塞罕壩修復之前的環(huán)境條件以及塞罕壩修復后對周邊地區(qū)環(huán)境的影響。

關鍵詞：ARCGIS空間分析方法;層次分析法;克里金插值法

河北省林區(qū)建設前后林地面積、水域面積和草地面積的數據為基礎，然后根據相關公式計算了生物豐度指數、植被覆蓋指數、水網密度指數、土地退化指數、污染負荷指數等評價指標。通過CRITIC方法和層次分析法對各指標賦權重，通過計算得出最終評價生態(tài)環(huán)境的各項指標。結合克里金插值法，利用ARCGIS的空間分析方法，對塞罕壩林區(qū)建設前后河北地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況指數進行變量分析。

一、生態(tài)環(huán)境指標的建立

首先，給出了衡量我國各省區(qū)生態(tài)狀況的5個評價指標的具體定義。最后，構建了中國生態(tài)環(huán)境狀況指數。通過五個指標比較不同區(qū)位各指標的具體影響，得出我國哪些地區(qū)需要建立生態(tài)保護區(qū)的結論。

（ 1 ）生物豐度指數（Abio）

定義：生物豐度指數= （ 0.5×林區(qū) + 0.3×水域 + 0.15×草地面積 + 0.05×其他面積 ） /面積

（ 2 ）植被復蓋指數

植被復蓋指數= （ 0.5×林地面積 ×生長期 + 0.3×草地面積 ×生長期 + 0.2×農田面積 ×生長期 ） /面積

（ 3 ）水網密度指數

水網密度指數= Ariv×河流長度/面積+ Alak×湖泊（近海）面積/面積+ Ares×水資源/面積

（ 4 ）土地退化指數

土地退化指數= （ 0.05×輕度侵蝕區(qū) + 0.25×中度侵蝕區(qū) + 0.7×重度侵蝕區(qū) ）×區(qū)域面積

（ 5 ）污染負荷指數

污染負荷指數= （ 0.4×二氧化硫負排放 + 0.2×固體廢物排放 + 0.4×二氧化碳排放 ） /區(qū)域降水量

運用CRITIC方法綜合衡量企業(yè)生產重要性五個指標的客觀權重。利用ARCGIS構建空間分析評價模型。

四、 Arcgis空間分析模型的建立

根據克里格插值法和CRITIC法計算得到的權重，我們利用ARCGIS軟件制作了河北地區(qū)生態(tài)環(huán)境指數的空間分布圖。

根據上圖，我們可以清楚地看到，塞罕壩建成前后，河北生態(tài)環(huán)境發(fā)生了明顯變化，承德市及其周邊城市生態(tài)環(huán)境得到進一步改善。所以我們可以得出，塞罕壩在修繕期前后對環(huán)境的影響有較為明顯的促進作用。56年來，幾代塞罕壩人探索改革，深刻詮釋了“青山綠水是金山銀山”的發(fā)展觀。今天的塞罕壩已從綠色發(fā)展到綠色、茂密的森林海洋，成為發(fā)展林場、改善工人生活、減輕周圍群眾貧困的“綠色銀行”。

假設北京地區(qū)承受沙塵暴天氣的主要原因是樹木面積較少，我們選取沙塵暴發(fā)生頻率、沙塵暴嚴重程度、北京空氣污染指數、北京霧霾數作為參考指標，通過分析存在的問題，我們通過層次分析法建立各個參數對目標事件的權重比例，采用克里金插值法，將北京地區(qū)所取的賽罕壩相關樣本點擴展到平面上，并采用加權平均法整合各個指標的數據。利用ARCGIS空間分析方法制作了北京的空間分布圖，并通過2000年和2020年的數據進行對比分析，從而定量評價塞罕壩對北京抗沙塵暴的影響。

（1）建立比較矩陣

通過對問題的分析，我們建立了5個指標，即生物豐度指數、植被覆蓋指數、水網密度指數、土地退化指數和污染負荷指數?；诨ヂ?lián)網上查找和收集到的數據，我們綜合考慮并利用九點標定原理表建立了如下矩陣：

（ 2 ）計算特征向量

然后利用MATLAB軟件進行分析計算，準則層的特征向量分別為沙塵暴頻率0.375;沙塵暴嚴重度0.243;北京的空氣污染北京的霧霾數為0.167。

使用MATLAB軟件檢查一致性。經過Matalb計算，得到Ci = 0.03457;查上表可知RI = 0.89，而經過計算CR = CI / RI = 0.03884，很容易得到CR < 0.1，因此這一層次的分析通過了一致性檢驗。

（ 3 ） ARCGIS空間分析模型

利用收集的2000年和2020年北京沙塵暴指數資料，運用ARCGIS軟件、克里格插值算法和加權平均算法，得到了2000年和2020年北京沙塵暴天氣的空間模型。

對比上述結果可以看出，2020年北京沙塵暴天氣的各項指標都有明顯的降低。在河北賽罕壩，112萬畝防沙林的種植，使其成為世界上最大的人工林。正是由于塞罕壩地區(qū)林業(yè)建設，北京每年的沙塵暴天氣從60天降至現(xiàn)在的3天。因此，塞罕壩林區(qū)建設與北京沙塵暴天氣呈正相關，說明塞罕壩地區(qū)環(huán)境狀況的變化對北京環(huán)境污染有積極影響。

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