基于生態(tài)適應性的高原山地人居環(huán)境自然要素

　　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(shè)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(guān)鍵詞：生態(tài)適應性,高原山地,人居環(huán)境,大理

　　“生態(tài)適應性”已被運用到多個學科，包括人居環(huán)境建設(shè)領(lǐng)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(diào)高原山地環(huán)境中人與自然和諧相處的協(xié)調(diào)關(guān)系，為高原山地人居環(huán)境建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

　　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(shù)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(jié)構(gòu)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(shè)具有山地保育的必要性、山地開發(fā)建設(shè)的復雜性和工程技術(shù)上的艱巨性。在與自然環(huán)境長期的適應協(xié)調(diào)過程中，人居環(huán)境建設(shè)呈現(xiàn)高度的調(diào)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(shè)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(shè)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(jié)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(quán)重，分別代表耕地林地、草地、水域、建設(shè)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(quán)重。

　　3.5基礎(chǔ)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(quán)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(jié)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(diào)整設(shè)置參數(shù)、觀察實驗結(jié)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(diào)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(jié)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(jié)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(shè)影響效果不顯著。

　　4.3氣候指數(shù)

　　基礎(chǔ)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(guān)聯(lián)選點屬性：利用Arcgis軟件中Joint屬性的功能關(guān)聯(lián)屬性，將海拔、經(jīng)緯度、平均降水、平均溫度等屬性關(guān)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(guān)，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(guān)系，以便氣候的分析研究。

　　4.4水文指數(shù)

　　關(guān)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(shù)。

　　5.總結(jié)

　　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(chǔ)，制定合理的權(quán)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(jié)果將作為體系的基礎(chǔ)，同時探討體系構(gòu)建的可能性與可行性，并對相應的參數(shù)與指標的設(shè)計進行反復的試驗，以期能使得體系得到最準確的結(jié)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(chǔ);同時為解決高原山地區(qū)域性人居建設(shè)問題提供一定的指導。

　　參考文獻

　　[1] 徐思淑、徐堅.山地城鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計理論與實踐.中國建筑工業(yè)出版社，2012：39.

　　[2] 徐堅、梁彥杰、周盛君.滇西北人居環(huán)境景觀格局特征及生態(tài)適應性分析.華中建筑，2010(3).

　　[3] 大理市2010年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，2010.

　　[4] 徐堅.山地城鎮(zhèn)生態(tài)適應性城市設(shè)計.中國建筑工業(yè)出版社.2008：128.

　　[5] 左進.山地城市設(shè)計防災控制理論與策略研究――以西南地區(qū)為例.東南大學出版社，2012：191.

　　[6] 孫然好、陳利頂、張百年、傅伯杰.山地景觀垂直分異研究進展.生態(tài)學報，2009(7)：1617-1924.