基于層次分析法和模糊評判法的西藏國家氣象公園評價研究

四郎措姆 熊亞軍 洛桑卓嘎 洛松桑鄧 邊巴江村 旦增克珠

(1.拉薩市氣象臺，西藏 拉薩 850000； 2.京津冀環(huán)境氣象預報預警中心，北京 100000； 3.貢覺縣氣象局，西藏 貢覺 854200；4.曲水縣氣象局，西藏 曲水 850600)

引言

國家氣象公園的建設不僅能實現(xiàn)旅游開發(fā)、文化傳承、生態(tài)保護、氣候監(jiān)測、科普教育等，也能使生態(tài)系統(tǒng)得到實時監(jiān)測，便于及時開展生態(tài)保護與修復工作[1]。適度開發(fā)氣候資源能夠帶動地方經(jīng)濟，實現(xiàn)人與自然和諧與共生共榮[2]，有研究認為氣象主題公園具有較大的發(fā)展前景[3]。

對于國家氣象公園的相關研究，部分學者進行了探索與分析。前期研究主要集中在論證氣象景觀和挖掘氣象旅游資源可能性方面。德力格爾[4]首次提出國家氣象公園的概念；賴比星等[5]研究了天氣景觀資源以及世界氣象公園體系建立；桑曉磊[6]研究指出特定的氣候現(xiàn)象和物候景觀可作為主要景觀資源加以開發(fā)利用；岳旭等[7]依據(jù)國家公園、國家氣象公園等概念為基礎，從天氣景觀、人文價值、區(qū)域環(huán)境保護、災害防御、科普等方面做了廬山申報國家氣象公園的可行性研究。盡管如此，關于國家氣象公園的相關研究工作仍然十分缺乏，不足以科學合理地支撐國家氣象公園的建設，因此進一步推進國家氣象公園評價研究工作具有重要意義。2018年1月，國家氣象公園試點建設在我國黃山景區(qū)啟動[8]，這標志著我國已正式開展國家氣象公園試點建設工作。目前高原地區(qū)對國家氣象公園的相關研究甚少，本研究應用層次分析法和模糊評判法并依據(jù)國家氣象公園評價的行業(yè)指標，充分挖掘高原特有的景觀資源，選取景觀資源較豐富的羊卓雍措、納木措和瑪旁雍措三個潛在高原國家氣象公園進行評價研究。層次分析法和模糊評判法可以量化根據(jù)多位決策專家的主觀判斷，并與政策經(jīng)驗相結合進行定量研究，是對氣象公園進行較客觀評估一次有益的探索與嘗試。同時，針對高原國家氣象公園的評價分析可為科學合理地開發(fā)高原氣象旅游資源，實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

以羊卓雍措、納木措和瑪旁雍措作為高原國家氣象公園建設備選對象進行高原國家氣象公園的可行性評價分析。納木措距拉薩220 km，處于當雄縣境內(nèi),屬于西藏自治區(qū)區(qū)級生態(tài)旅游景區(qū)。羊卓雍措位于山南浪卡子縣境內(nèi)，擁有湖泊、雪山、島嶼、溫泉、草原、牧場、野生動物、寺廟等多種景觀集中的風景區(qū)。瑪旁雍措位于西藏阿里地區(qū)普蘭縣，自古以來藏族人民把它看作是圣地“世界中心”。西藏三大神湖均具備建設國家氣象公園所必備的良好天氣景觀、人文氣象資源，具有建設國家氣象公園的得天獨厚的條件。但是由于西藏自治區(qū)受到人力、財力等各方面的限制，必須對三個備選方案進行客觀評價和排序，擬定最優(yōu)選擇。

圖1 西藏納木措、羊卓雍措、瑪旁雍措位置分布

高原擁有較豐富的天氣氣候景觀資源，是建立氣象公園的重要組成部分。本研究邀請10位生態(tài)環(huán)境、環(huán)境氣象等領域的專家，對納木措、羊卓雍措、瑪旁雍措地區(qū)2015—2019年天氣氣候景觀、人文氣象資源、環(huán)境保護、科學價值等的資料進行綜合研究評價，并對三個地區(qū)景觀特征進行多維角度實地調(diào)研。對三個備選方案的四個指標層即：天氣景觀、人文氣象資源、環(huán)境保護、科學價值進行主觀賦值，運用AHP法計算指標層的權重。在此基礎上，基于指標層權重，運用模糊綜合評價模型，多維度較為全面、科學地分析三個備選方案，并對三個備選方案的優(yōu)劣隸屬度進行分類。

1.2 研究方法

1.2.1 層次分析法(AHP)

層次分析法[9-10](AHP)是一種非常有效的系統(tǒng)分析方法。在判斷矩陣的建立中，提出了1—9比例標度，并對重要性程度進行賦值，取值通常為1、3、5、7、9以及它們的倒數(shù)。標度含義如下：1表示兩個元素相比，一樣重要；3表示兩個元素相比，前者比后者稍重要；5表示兩個元素相比，前者比后者明顯重要；7表示兩個元素相比，前者比后者強烈重要；9表示兩個元素相比，前者比后者極端重要；2、4、6、8表示上述相鄰判斷的中間值；若元素i與j的重要性之比為a，反之元素j與i重要性之比為1/a，為了度量各判斷矩陣是否滿足一致性檢驗，根據(jù)經(jīng)驗，引入平均隨機一致性指標RI值，是由正互反矩陣計算1000次得到隨機平均一致性指標RI，1—7階判斷矩陣的RI值可通過表1獲得。

表1 平均隨機一致性指標

1.2.2 基于AHP的評價指標體系

依據(jù)中國氣象局發(fā)布的國家氣象公園評價指標體系，并充分考慮高原文化特色，制作了高原氣象公園及類似景觀質(zhì)量的評價標準，選取指標體系考慮以下原則：①客觀性、科學性、完整性原則。②能夠全面反映高原景觀特色。③與實際聯(lián)系，實事求是。④體系應分層，從總體到細節(jié)，構建多層次結構，能夠縱向進深，橫向比較。⑤指標具有可比性、可行性。

參考劉維斯等[11]制定的城市公園植物景觀評價指標體系，駱林川等[12]基于層次分析法的城市濕地公園模糊評價的行文方式,從多維角度反映景觀特征，建立層次結構模型見表2。該模型分別為目標層：國家氣象公園景觀評價(A)；準則層：天氣景觀(B1)、人文氣象資源(B2)、環(huán)境保護(B3)、科學性(B4)；因子層：稀有度(C1)、典型度(C2)、 多樣度(C3)、重現(xiàn)度(C4)、人文價值(C5)、宗教價值(C6)、歷史價值(C7)、氣候特征(C8)、水土保持(C9)、災害防御(C10)、科學性(C11)、科普性(C12)。

表2 西藏國家氣象公園景觀評價體系

在建立層次模型結構中，準則層天氣景觀、人文氣象資源、環(huán)境保護、科學價值對目標層天氣景觀質(zhì)量評價建立評判矩陣，進行層次分析；因子層對準則層建立評判矩陣，進行層次分析。其中因子層包含：稀有度、典型度、 多樣度、重現(xiàn)度、人文價值、宗教價值、歷史價值、氣候特征、水土保持、災害防御、科學性、科普性，結合高原獨有的景觀、旅游資源開發(fā)目的要求，從多維角度反映景觀特征，較客觀、科學地反映高原景觀質(zhì)量。

1.2.3 模糊綜合評價法(FUZZY)

模糊綜合評價方法[13-14]是多種因素對某一事物的影響權重做出綜合決策的方法，這種方法作出的評價具有較科學、合理、貼近實際的特點。步驟如下：

(1)確定評價對象的因素集和評價集 ，稀有度、典型度、 多樣度、重現(xiàn)度，人文價值、宗教價值、歷史價值、氣候特征、水土保持、災害防御、科學性、科普性等要素組成本文評價對象因素集，基于層次分析法得到上述指標以及相應因子的權重，綜合評判目的是公眾對氣象公園各個因素的滿意程度，評價集為V={優(yōu)，良，中，差}。

(2)逐一確定各因素的權重值及它們的隸屬度矢量。

(3)獲得模糊綜合評判矩陣，單獨從上述因素出發(fā)，專家評審團對評價指標體系中第二層各個元素進行單因素評價。

1.3 軟件介紹

MCE(Modern Comprehensive Evaluation)是一個包括AHP(層次分析法)，F(xiàn)uzzy(模糊綜合評價)和(灰色綜合評價法)Gray三種綜合評價方法的軟件包，已廣泛應用于現(xiàn)代綜合評價的實踐中[15]。

2 結果分析

2.1 權重計算和一致性檢驗

由準則層 B1—B4 判斷矩陣(表3)得到天氣景觀權重系數(shù)為0.4594，人文氣象資源權重系數(shù)為0.3248，環(huán)境保護權重系數(shù)為0.1491，科學性權重系數(shù)為 0.0667。為了驗證所求值是否具有可靠度，對構造的判斷矩陣進行一致性檢驗，當CR<0.1時，認為判斷矩陣滿足一致性檢驗。求得矩陣最大特征值λmax=4.1042。

表3 B層對于A層的判斷矩陣及其權重

該特征值對應的歸一化特征矢量W={0.4594 0.3248 0.1491 0.0667}

(1)

式(1)中，λmax為該矩陣的最大特征根;n為某層的因素數(shù)量。由表1可知，當n=4時，RI=0.9，故CR=0.0386<0.1,A通過了一致性檢驗。

天氣景觀因子層C1—C4判斷矩陣(表4)，通過一致性檢，相對于天氣景觀來說，景觀的稀有度所占權重最大，典型度次之，多樣度和重現(xiàn)度最小。

表4 C層對于B1層的判斷矩陣及其權重

人文氣象資源因子層C5—C7判斷矩陣(表 5)，通過一致性檢驗,對于人文氣象資源來說，人文價值權重最大，其次是宗教價值性，最后是歷史價值。

表5 C層對于B2層的判斷矩陣及其權重

環(huán)境保護因子層C8—C10判斷矩陣(表6)，通過一致性檢驗，對于環(huán)境保護來說，氣候特征比重最大，其次為水土保持，最后為災害防御功能。

表6 C層對于B3層的判斷矩陣及其權重

科學價值因子層C11—C12判斷矩陣(表 7)，通過一致性檢驗，對于科學價值來說，科學性的權重最大，其次是科普性。每個指標綜合權重Wz計算公式如下：

表7 C層對于B4層的判斷矩陣及其權重

Wz=Wi×W

(2)

式(2)中，Wz表示指標層中每個指標的綜合權重值；Wi為每個指標相對應的準則層的權重，W為準則層中每個因素的歸一化特征矢量。成對比較矩陣B1、B2、B3、B4，求層次總排序的權矢量，同上的計算方法進行一致性檢驗，通過一致性檢驗。指標層以及因子層的排序結果如表8。

氣象公園評價指標體系中，各因素占用比重依次如表8，對于氣象公園景觀質(zhì)量評價，天氣景觀因素權重最大，其次是人文氣象資源、環(huán)境保護，科學價值。景區(qū)擁有豐富多樣的天氣景觀資源是建設成為氣象公園的前提條件和首要特征，青藏高原地理、氣候獨特，造就了高原豐富多樣的天氣景觀，如日出日落、晚霞、積雪、結冰、雪山、冰川、星空等景觀[16]，氣象公園主要展示其氣象自然風光，充分利用天氣景觀資源、科學開發(fā)天氣景觀，是一種帶動區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。在人文氣象資源方面，高原悠久的歷史文化造就濃郁人文氣息，自然環(huán)境、人文氣象資源、生產(chǎn)方式、聚落環(huán)境、荒野審美各個方面都有所體現(xiàn)，高原文化價值的普世性使高原民眾具有崇高的宗教信仰和普遍的信仰行為[17]，達到人文和自然高度融合，因此高原擁有眾多神山神湖，吸引大量游客,同時也有學者前往科考研究高原獨特人文氣象資源。從環(huán)境保護方面來看，高原地區(qū)冰川、湖泊眾多，為中國乃至亞洲地區(qū)的重要水源和綠肺，在全球氣候異常變化背景下，建立環(huán)境保護區(qū)改善周邊生存環(huán)境[18]，科學開發(fā)資源、提高對資源利用率，促進區(qū)域經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，高原豐富的水源資源,對水源涵養(yǎng)具有積極的作用,有力地保護高原水源，可以從根源上緩解下游地區(qū)所面臨的嚴重的水安全問題,這也是氣象公園所具有的最重要的功能，科研價值在科學價值中占據(jù)較高的權重。高原地區(qū)擁有豐富的環(huán)境介質(zhì)，對研究青藏高原氣候環(huán)境變化、地表過程都具有極高的科學價值，氣象公園的建立有利于氣象科學研究的不斷深化，引導公眾認識全球氣候變化，關注氣候，從自身做起環(huán)境保護工作。另一方面，向公眾進行氣象科普，加深對氣象的認知度，具有積極作用。

表8 2015—2019年西藏納木措、羊卓雍措、瑪旁雍措國家氣象公園景觀評價指標體系因子權重表

2.2 氣象公園景觀價值FUZZY模糊綜合評價

專家團隊對選取的西藏三大神湖進行實地調(diào)研，依據(jù)高原氣象公園景觀質(zhì)量的評價標準與賦分規(guī)則賦值，評價分值以1分制來劃分，分為優(yōu)(0.8—1.0分)、良(0.6—0.8分)、一般(0.4—0.6分)、差(0.0—0.4分)4個等級，對專家評審調(diào)查結果進行整理、統(tǒng)計、得到了納木措、瑪旁雍措、羊卓雍措因素集模糊綜合判斷矩陣，得到標準體系及評判表9至表11。

表11 2015—2019年瑪旁雍措指標體系及評判表

利用現(xiàn)代綜合評價軟件(MCE)計算表9至11的數(shù)據(jù)，得出納木措、羊卓雍措、瑪旁雍措的綜合評價。

表9 2015—2019年納木措指標體系及評判表

表10 2015—2019年羊卓雍措指標體系及評判表

納木措綜合評判結果:B=A°R=[0.506 0.281 0.129 0.075]，根據(jù)最大隸屬度原則，優(yōu)(0.8—1.0分)、良(0.6—0.8分)、一般(0.4—0.6分)、差(0.0—0.4分)，納木措各因素的分值為0.842評價為優(yōu)。羊卓雍措綜合評判結果:B=A°R=[0.181 0.340 0.298 0.181]，羊卓雍措各因素的分值為0.704評價為良?，斉杂捍刖C合評判結果：B=A°R=[0.152 0.321 0.315 0.213]?，斉杂捍敫饕蛩氐姆种禐?.698評價為良。

由最大隸屬度原則可以得出納木措總體景觀質(zhì)量屬于優(yōu)的評價等級(圖2a)，羊卓雍措總體景觀質(zhì)量屬于良的評價等級(圖2b)，瑪旁雍措總體景觀質(zhì)量屬于良的等級(圖2c)。納木措天氣景觀、人文氣象資源、環(huán)境保護、科學價值等各方面的綜合評價較高，羊卓雍措、瑪旁雍措天氣景觀與人文氣象資源評分稍低于納木措，而環(huán)境保護、科學價值評分遠低于納木措。究其原因主要是：(1)后兩者環(huán)境保護較單一，自然生態(tài)脆弱，一旦被破壞，難以修復，而納木措環(huán)境保護較復雜，相對來說不易被破壞；(2)兩者地理位置偏遠交通不便，氣候條件相對差，尤其是瑪旁雍措；(3)開發(fā)建設條件、旅游市場不足；因此氣象資源的綜合價值和功能、為公眾提供的游憩服務功能、享受自然和接受自然教育機會等達不到最優(yōu)，在三個備選方案中，納木措最適宜建設國家氣象公園。

圖2 2015—2019年納木措(a)、羊卓雍措(b)、瑪旁雍措(c)模糊綜合評價

3 結論

(1)根據(jù)AHP分析方法，在國家氣象公園的建設中，天氣景觀權重最大，申報國家氣象公園的區(qū)域擁有較高知名度、集體觀賞性的天氣景觀是首要條件。

(2)通過模糊綜合評價的隸屬度原則來看，納木措各因素的得分為0.842評價等級為優(yōu)。綜合專家指標賦值、計算結果等來看，納木措氣候獨特、天氣景觀豐富，旅游資源豐富多樣，人文氣象資源集中，是建設高原湖泊型國家氣象公園的首選之地。

(3)納木措建設為國家氣象公園對于合理開發(fā)旅游資源，實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，動態(tài)監(jiān)測區(qū)域生態(tài)環(huán)境等有積極作用，因此，在自治區(qū)財政資源有限的情況下，應優(yōu)先建設納木措國家氣象公園。