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基于生态适应性的高原山地人居环境自然要素研究

更新时间:2015-2-2:  来源:毕业论文
基于生态适应性的高原山地人居环境自然要素研究
摘 要:高原山地兼具高原和山地的特点,其特性要复杂于其他任何一种地形地貌形式,人居环境也不例外。本文从生态适应性视角出发,以指导城市建设与土地开发为目的,探求适合高原山地人居环境的研究方式,并选择云南省大理州大理市为例,对高原山地人居环境所处的自然环境进行研究分析。
  关键词:生态适应性;高原山地;人居环境;大理
  “生态适应性”是由“生态学”衍生而成的学科,研究有机体与环境之间的相互关系,表现为为有机体提供有力的环境条件,同时有机体的进化也对环境发生反应,有机体与环境间存在双向互动的整体协调关系。
  “生态适应性”已被运用到多个学科,包括人居环境建设领域。
  在高原山地人居环境理论及实践研究中,运用“生态适应性”理论,旨在强调高原山地环境中人与自然和谐相处的协调关系,为高原山地人居环境建设奠定基础。
  1.高原山地及人居环境的特殊性
  1.1高原山地
  按照学术上的定义,高原是海拔高度在1000米以上、面积广大、地形开阔、周边有明显陡坡、比较完整的大面积隆起地区;山地是具有明显起伏度和坡度,有相应山间谷地、山前堆积地和多样性生境类型的特殊地域,拥有复杂的生态环境体系,呈现出生境类型的多样性及相应生态系统结构与功能特征的差异性。
  高原山地等同于高原与山地的叠加,兼具山地和高原的特征。即既具有大面积的隆起,其表面形态也奇特多样,所处自然环境更为复杂、恶劣,山地垂直梯度上各影响因素的作用力更为明显。
  1.2高原山地人居环境的特殊性
  受高原山地险恶自然环境的影响,山地生态环境具有敏感性和脆弱性,高原山地人居环境建设具有山地保育的必要性、山地开发建设的复杂性和工程技术上的艰巨性。http://www.lwfree.cn/在与自然环境长期的适应协调过程中,人居环境建设呈现高度的调适性,形成其独特的高度自然性、密集效应、整体性特征。
  针对高原山地复杂的自然地理条件,必须对地形、气候、水文、植被等自然要素进行分析研究,为人居环境建设提供科学依据和决策支持。
  2.研究区域选择
  本文选取具有典型高原山地特征的云南省大理州大理市为研究个案。
  2.1研究区域概况
  大理市位于中国云南省西部,是大理白族自治州的州政府驻地。大理市地处云贵高原上的洱海平原,苍山之麓,洱海之滨。地势西、北高,东、南低,海拔最高点4097米(苍山玉局峰),最低点1340米(太邑乡坦底摩村)。大理市属北业热带高原季风气候类型,年均气温l4.9℃,年降雨量为1051.1毫米。
  2.2研究区域的典型性
  大理市作为大理地区的政治、经济、文化中心,滇中中心城市,选择大理市有重要的意义,同时大理市具有如下特点:(1)生态环境脆弱;(2)高原湖泊与高原山地错落相间;(3)土地资源短缺;(4)开发建设对自然环境破坏性大。
  3.高原山地人居环境自然要素研究
  基于高原山地复杂的系统特征,结合云南高原山地地形地貌复杂、区域小气候多样、山地气候明显、水资源分布垂直分异性大、植被覆盖梯度化等特征,本文选取地被指数、地形起伏度指数、气候舒适度指数、水文指数作为高原山地人居环境的自然要素研究。
  3.1地被指数
  地被指数通过土地覆被特征的指数和土地利用类型来表示,即:LCI=NDVI*LTi
  其中,LCI为地被指数;NDVI为该单元格的归一化植被指数;LTi为各土地利用类型的权重,分别代表耕地林地、草地、水域、建设用地等水田、旱地等2类二级土地利用类型。
  3.2地形指数
  地形指数将采用地形起伏度来表示,即:
  RDLS=ALT/1000+{[Max(H)-Min(H)]*[1-P(A)/A]}/500
  其中,RDLS为地形起伏度;ALT为区域内的平均海拔;Max(H)和Min(H)分别为区域内最高与最低海拔(m);P(A)为区域内平地面积(km2);A为区域总面积。
  3.3气候指数
  气候指数采用气候适宜度来表达,涉及温湿指数THI和风效指数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为温湿指数;t是摄氏温度,T是华氏温度;f是空气相对湿度(%);v是风速(m/s);s是日照时数(h/d)。
  3.4水文指数
  水文指数通过降水量和区域汇水面积来表示,即:
  WRI=αP+βWa
  其中,WRI为水文指数;P为归一化的降水量;Wa为归一化的水域面积;α和β分别为降水与水域比例的权重。
  3.5基础分析综合评价
  通过自然因素研究,形成以上表征生态适应性指数。
  研究中,鉴于高原山地的复杂性,需将各因子与权重的乘积相加,即:HNE=αi*RDSL+β*LCE+γi*THI+δi*WRI+εi*D
  通过这种方法,可对高原山地人居环境所处自然条件进行综合分析。
  4.实证研究过程分析
  4.1地被指数
  4.1.1现阶段研究成果
  利用ERDAS软件中classifier/Unsupervised classification(非监督分类)加载5个波段的卫星影像图,经过计算,得到粗略的第一次分类结果(图4-1);
  注:非监督分类能够快速的对大理市域范围内1816平方公里的土地进行判定分类。由于非监督分类的准确性并不是100%,在经过多次数据实验、多次调整设置参数、观察实验结果后,最后确定出的实验参数,即Unsupervised classification(非监督分类),分类25类,进行12次迭代,并且通过对实地调研比对后,准确率可达到80%以上。   利用Arcgis软件对第一次分类结果进行重分类,通过与卫片以及现场走访的采样记录进行比对,得出第二次的精确分类结果(图4-2)。其中,天蓝色为水域,即洱海;深绿色为植被;浅绿色为耕地;褐色为裸土;灰色为人居空间;
  4.1.2后续研究方向
  人居环境地被指数的研究是通过对土地利用类型空间分布数据集和植被指数空间分布数据集叠加而进行分析研究。下一步的工作将围绕植被指数空间分布数据集进行,涉及到归一化植被指数(NDVI)的提取。
  4.2地形指数
  研究根据大理市的地形图,建立DEM数据,将大理市范围分隔成19.5m×19.5m的栅格网,计算取得每个栅格网的海拔平均值、海拔最大值、海拔最小值。
  4.2.1现阶段研究成果
  DEM数据的建立:利用Arcgis软件创建三角网格TIN文件(图4-3);栅格化TIN文件,建立DEM数据(图4-4);
  计算区域平均海拔ALT、区域最高海拔Max(H)、区域最低海拔Min(H)。
  4.2.2后续研究方向
  下一步研究将继续围绕大理市地形与DEM数据展开,界定平地的范围。由于研究区域处于高原山地区域,在平地范围的界定上应与平原地区区别对待,体现高原山地的特征,对人居环境建设影响效果不显著。
  4.3气候指数
  基础数据处理:将24个选点数据导入SPSS19.0软件进行处理,得出各个选点的年平均温度、年平均相对湿度、年平均日照时数和年平均风速;
  选点图件的建立:利用Global Mapper软件,根据每个选点的坐标(图4-5),标出各个点的位置,并导出*.shp文件;
  关联选点属性:利用Arcgis软件中Joint属性的功能关联属性,将海拔、经纬度、平均降水、平均温度等属性关联到每个选点;
  4.3.2后续研究方向
  地理信息系统的克里金插值法,对各个选点中所包含的属性,如平均温度、平均湿度、日照时数等,进行插值。由于气温、湿度、风速等属性与区域海拔、地形等因素有关,因此在对数据进行空间化之前,必须先对数据进行初步分析,明确与地形、海拔等因素的关系,以便气候的分析研究。
  4.4水文指数
  关于水文指数的计算分析进行到此,完成了平均降水量的插值,形成了平均降水的空间分布数据集。
  4.4.1现阶段研究成果
  (1)利用SPSS19.0软件对平均降水量归一化;
  (2)利用Arcgis软件进行克里金插值法,将归一化的平均降水量建立成平均降水空间分布数据集(图4-6)。
  4.4.2后续研究方向
  将对大理市域范围内的水体归一化处理,将要利用到统计软件和地理信息技术。
  5.总结
  高原山地人居环境生态适应性的研究将以地被、地形、气候和水文指数为基础,制定合理的权重,创建高原山地人居环境生态适应性的分析与评价体系;前期试验结果将作为体系的基础,同时探讨体系构建的可能性与可行性,并对相应的参数与指标的设计进行反复的试验,以期能使得体系得到最准确的结果。
  高原山地人居环境生态适应性的研究以探求人与自然和谐共存为最终目的,是一项漫长而艰巨的研究。本研究以云南省大理白族自治州为例,力求对自然生态数据进行空间化处理、建立地理信息数据库,为人居环境的下一步研究奠定基础;同时为解决高原山地区域性人居建设问题提供一定的指导。
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