徐中強，陳俊華，邵俊明，余　玲

(1.西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，重慶　400715；2.重慶市國土資源和房屋勘測規(guī)劃院，重慶　400020)

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基于AHP和GIS的重慶市避暑自然適宜性評價

徐中強1,2，陳俊華1*，邵俊明1,2，余玲1

(1.西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，重慶400715；2.重慶市國土資源和房屋勘測規(guī)劃院，重慶400020)

摘要：重慶市大部分地區(qū)夏季高溫炎熱，人們要求避暑的愿望強烈。選取氣候條件和地形條件為一級指標(biāo)，氣溫、相對濕度、風(fēng)速、降水、日照、海拔、坡度為二級指標(biāo)，采用層次分析法和GIS空間分析相結(jié)合，對重慶市避暑自然適宜性進行評價。結(jié)果表明：重慶市適宜避暑區(qū)域總面積27 264.48km2，占重慶市總面積的33.09%，適宜避暑區(qū)域面積較多，其中最適宜區(qū)域面積12 831.24km2，較適宜區(qū)域面積8 180.86km2，一般適宜區(qū)域面積6 252.37km2；重慶市適宜避暑區(qū)域空間分布不均，多分布在海拔較高山區(qū)，渝東北和渝東南區(qū)域分別占適宜避暑區(qū)域總量的50.65%和37.71%，大都市區(qū)僅占11.64%。

關(guān)鍵詞：避暑適宜性評價；AHP；GIS；自然；重慶市

近年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展，人們生活水平不斷提高，“避暑休閑”和“避暑人居”需求不斷高漲，適宜避暑地需求旺盛。當(dāng)前國內(nèi)學(xué)者多從旅游氣候舒適度、夏季休閑旅游用地等[1～3]方面，采用建立指標(biāo)體系、創(chuàng)新評價方法、確定指標(biāo)權(quán)重等方式對避暑評價展開研究[4,5]。評價方法有模糊綜合評價法[4,6]、層次分析法[7]、溫濕指數(shù)和風(fēng)寒指數(shù)[1,8,9]、熵值法等。以往研究多采用數(shù)學(xué)模型，評價方法較為單一，且無法凸顯地理空間特征。基于AHP和GIS進行指標(biāo)體系的空間分析和模擬[7,10,11]，能夠直觀顯示研究區(qū)域的適宜性狀況和地理空間分布特征。

重慶市被稱為我國的“三大火爐”之一，大部分地區(qū)夏季天氣炎熱，高溫持續(xù)時間長，市民避暑休閑需求旺盛，對重慶市避暑自然適宜性進行評價很有必要。選取重慶市地形、多年夏季氣候狀況建立指標(biāo)體系，采用層次分析法模型和GIS軟件相結(jié)合的方法，進行重慶市避暑自然適宜性評價，這對充分掌握重慶市適宜避暑地狀況和合理規(guī)劃避暑旅游景點、避暑房地產(chǎn)開發(fā)等都具有參考價值。

1研究區(qū)概況

重慶市地處105°17′～110°11′E、28°10′～32°13′N之間，位于北半球副熱帶內(nèi)陸地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，多年均溫在18℃左右，冬季平均氣溫6～8℃，夏季7～8月份氣溫最高，平均氣溫在27～29℃，日最高氣溫多在35℃以上，極端高溫達到43.8℃[12]。導(dǎo)致重慶夏季氣候炎熱的主要原因，一方面是受副熱帶高氣壓帶控制，高溫少雨；另一方面是受地形影響，地處四川盆地東南部，其北部、東部及南部均有山體環(huán)繞，地面熱量難以散發(fā)。

氣象上，一般把日最高氣溫在35℃以上的日數(shù)稱為高溫日數(shù)。根據(jù)重慶市夏季近50年平均高溫日數(shù)圖[13](見圖1)，重慶市大部分地區(qū)夏季平均高溫日數(shù)在12～30d左右，高溫日數(shù)最多的區(qū)域以主城區(qū)及周邊區(qū)縣和萬州區(qū)附近為中心，渝東南地區(qū)高溫日數(shù)較少。根據(jù)重慶市1997～2007年極端最高氣溫統(tǒng)計[14](見圖2)，重慶市極端最高氣溫42℃以上，主要分布在北碚-渝中-巴南-南川一線、忠縣-涪陵-豐都-武隆-彭水的部分區(qū)域和萬州-開縣-云陽-巫山-巫溪大部分地區(qū)，僅城口縣及渝東南部分區(qū)縣極端最高氣溫在40℃以下，其他地區(qū)均在40～42℃之間，都遠遠超過了35℃。重慶夏季高溫區(qū)域分布廣，持續(xù)日數(shù)漫長，極端氣溫偏高。

圖1　重慶市近50年夏季平均高溫日數(shù)Fig.1　Summer mean heat days in Chongqing during last 50 years

圖2　重慶市多年極端高溫分布Fig.2　Years of extreme heat distribution in Chongqing

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源與處理

重慶市近50年夏季平均高溫日數(shù)和多年極端高溫數(shù)據(jù)主要來源于胡豪然[13]研究和《重慶市地圖集》(2007年)；氣候要素數(shù)據(jù)，如氣溫、濕度、風(fēng)速、日照、降水量等，來源于重慶市氣象局與重慶市統(tǒng)計年鑒(1995～2015)；海拔和坡度地理要素數(shù)據(jù)，由重慶市30m×30mDEM高程數(shù)據(jù)獲取，來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn)；行政區(qū)界線、重慶周邊市州等基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)，來源于2009年重慶市第二次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)。

基于GIS軟件對獲取的夏季極端氣溫數(shù)和高溫日數(shù)數(shù)據(jù)加以處理，獲取圖件；通過對全市范圍內(nèi)35個氣象監(jiān)測站近50年的逐年資料和重慶市統(tǒng)計年鑒中氣候數(shù)據(jù)的整理，獲取夏季氣候數(shù)據(jù)并求平均值，再采用克里金插值法對得到的平均值進行空間分析；地理數(shù)據(jù)則根據(jù)氣溫垂直遞減率和建設(shè)用地對坡度要求，運用GIS軟件對重慶市DEM數(shù)據(jù)進行空間分析；此外，對于JPG數(shù)據(jù)，主要以重慶市行政界線為參考數(shù)據(jù)，將配準(zhǔn)后的JPG數(shù)據(jù)進行矢量化，再定義地理坐標(biāo)系統(tǒng)，得到相關(guān)矢量數(shù)據(jù)。

2.2研究方法

2.2.1層次分析法

層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法[15]，廣泛運用于企業(yè)管理、資源評價、自然災(zāi)害危害性評價等諸多領(lǐng)域[16-19]。主要步驟:

(1)建立層次結(jié)構(gòu)。對各評價因子的目標(biāo)層進行排列，建立層次結(jié)構(gòu)，該層次結(jié)構(gòu)包括目標(biāo)層(A)、準(zhǔn)則層(B)和指標(biāo)層(C)3個層次。

(2)構(gòu)造判斷矩陣。兩兩要素對比，根據(jù)二者重要程度賦予分值，構(gòu)造避暑自然適宜性判斷矩陣，如表1所示。矩陣需滿足的條件為Cij>0；Cij=1/Cji(i≠j)；Cii=1(i=1,2，…n)。

表1　避暑自然適宜性評價矩陣

(3)層級單排序。計算步驟：

第一步，判斷矩陣每一行元素的相乘，計算公式為：

(1)

式(1)中，Mi是第i層要素層的乘積，cij為要素i與要素j的重要性之比，n表示第i層要素總元素的個數(shù)。

第二步，將Mi開n次方，計算公式為：

(2)

(3)

則，W=[W1,W2,…,Wn]T即為特征向量。

第四步，計算最大特征根，計算公式為：

(4)

式(4)中，(AW)i為向量AW的第i個分量。

第五步，檢驗判讀矩陣的一致性；判斷矩陣公式：

(5)

判斷矩陣一致性檢驗公式：

(6)

(6)式中，RI為平均隨機一致性指標(biāo)值(見表2)，當(dāng)CR<0.10時，判斷矩陣就有令人滿意的一致性；當(dāng)CR≥0.1時，就需調(diào)整判斷矩陣，直到滿意。

2.2.2GIS空間分析

依據(jù)公式(7)，在Arcgis9.3平臺上，運用Spatial Analyst中的柵格計算器將模糊數(shù)學(xué)模型得到的每個要素權(quán)重的累加起來，進行空間疊加分析。

S=∑Wi·Xi

(7)

表2　平均隨機一致性指標(biāo)

(7)式中，S表示適宜避暑地狀況，Wi為各評價要素，Xi代表各要素的權(quán)重。將疊加分析的結(jié)果進行歸一化處理，然后，依據(jù)適宜避暑程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)面對結(jié)果進行重分類，從而生成重慶市避暑適宜性情況專題地圖，最終得到適宜避暑地空間分布圖和適宜避暑區(qū)域面積。

3重慶市避暑適宜性評價

3.1評價指標(biāo)選取與劃分

氣溫、濕度、風(fēng)和太陽輻射對人體的熱平衡具有明顯影響，是人體冷熱感知的4大要素[1]。山地由于氣溫隨海拔增高而降低，往往是避暑理想?yún)^(qū)域。降水、光照、氣溫、濕度、風(fēng)速是影響身體舒適度的最主要因素[1,20-22]，而海拔、坡度則會影響一個區(qū)域是否滿足夠避暑的地理條件，因此選取重慶市年均降水、光照、夏季多年平均氣溫、相對濕度、風(fēng)速5個氣候要素評價指標(biāo)和海拔、坡度2個地形要素評價指標(biāo)。

依據(jù)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)理論，夏季人體最舒適的小氣候和地形條件為氣溫24℃、相對濕度70%、風(fēng)速2m/s、海拔500～2 500m，年均降水量在800～1 200mm較為舒適，年均日照時數(shù)為1 200h適宜避暑。適宜修建建筑物的坡度不得大于25°[23]。評價指標(biāo)的實際劃分中，氣溫、相對濕度、風(fēng)速、降水、日照5要素根據(jù)重慶夏季多年監(jiān)測情況進行了調(diào)整，其中氣溫以2°為劃分尺度，且重慶夏季最低均溫不會低于20°，而溫度高于25°則不適宜避暑，同理，相對濕度以5%為劃分尺度，風(fēng)速以0.5m/s為劃分尺度，降水以100mm為劃分尺度，日照以200h為劃分尺度；海拔、坡度則是按標(biāo)準(zhǔn)合理劃分，由于海拔低于800m地區(qū)氣溫普遍較高，而2 000m以上山區(qū)則海拔過高不適宜居住，坡度則是按照城市規(guī)劃原理劃分(詳見表3)，將全市分為最適宜、較適宜、一般適宜和不適宜4個等級，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表3　避暑適宜性評價指標(biāo)體系及等級

表4　避暑適宜性劃分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)層次分析法原理，結(jié)合避暑特點構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型(見圖3)，一級指標(biāo)準(zhǔn)則層(B)為氣候條件(B1)和地形條件(B2)；二級指標(biāo)(C)指標(biāo)層為氣溫(C1)、相對濕度(C2)、風(fēng)速(C3)、降水(C4)、日照(C5)、海拔(C6)、坡度(C7)。

圖3　重慶市避暑適宜性評價指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)圖Fig.3　Evaluation index hierarchy structure of summer suitability in Chongqing

3.2確定指標(biāo)權(quán)重

參考專家意見確定評價因子的相對重要性并賦以相應(yīng)的分值，構(gòu)建各層次判斷矩陣及指標(biāo)權(quán)重值，見表5、表6、表7。

表5　A～B判斷矩陣及權(quán)重

注：λ=2.000 0，CR=0.000 0<0.1

表6　 B1～C判斷矩陣及層次單排權(quán)重值

注：λ=5.313 3，CR=0.069 9<0.1

表7　B2～C判斷矩陣及層次單排序權(quán)重值

注：λ=2.000 0，CR=0.000 0<0.1

重慶避暑適宜性評價各層次指標(biāo)權(quán)重值和最終評價結(jié)果，如表8所示。

表8　重慶避暑適宜性評價表

3.3評價結(jié)果

3.3.1單因子指標(biāo)評價結(jié)果

按照建立的避暑適宜性評價指標(biāo)體系，運用Arcgis9.3制作各評價因子避暑適宜性等級圖(見圖4、圖5)。

根據(jù)重慶市多年夏季平均氣溫的柵格數(shù)據(jù)，再依據(jù)氣溫垂直遞減率，氣溫隨高度增加而降低的速率，即海拔每上升100m氣溫值下降0.6℃的規(guī)律，疊加重慶市DEM計算得到，權(quán)重值為0.407 2，氣溫適宜性等級及分布如圖4a所示；濕度是宜居環(huán)境中必不可少的因子，也是消夏避暑資源評價中的一個重要指標(biāo)，運用空間插值法將重慶市多年年均相對濕度數(shù)據(jù)進行插值，得到年均相對濕度的柵格數(shù)據(jù)，權(quán)重值為0.071 1，濕度適宜性等級及分布如圖4(b)所示；同理，計算得到重慶市年平均風(fēng)速的柵格數(shù)據(jù)，權(quán)重為0.070 1，風(fēng)速適宜性等級及分布如圖4(c)；年降水量的多少直接影響到該地區(qū)的干濕度和居住環(huán)境，從而影響到人體的舒適度，同理，計算得到年平均降水的柵格數(shù)據(jù)，權(quán)重為0.038 6，降水量適宜性等級及分布如圖4(d)；日照也是影響避暑氣候適宜性評價的重要指標(biāo)，某種程度上總?cè)照諘r數(shù)與紫外線輻射量呈正相關(guān)關(guān)系，因此年總?cè)照諘r數(shù)越多，紫外線輻射就越強，越不適宜避暑，計算得出年日照時數(shù)柵格數(shù)據(jù)，權(quán)重為0.163 0，日照適宜性等級及分布如圖4(e)；海拔對溫度和氣壓有重要影響，溫度和氣壓都隨海拔升高而降低，因此夏季普遍高溫的情況下，適當(dāng)?shù)暮０胃叨葏^(qū)域?qū)⒋嬖谶m宜避暑地，根據(jù)重慶市DEM數(shù)據(jù)，按避暑評價指標(biāo)分類得到海拔數(shù)據(jù)，權(quán)重為0.187 5，海拔適宜性等級及分布如圖4(f)；由于在適宜避暑地修建避暑居所或其他設(shè)施都將受到地形坡度的限制，根據(jù)適宜坡度的規(guī)定[23]，將重慶市DEM進行重分類得到坡度數(shù)據(jù)，權(quán)重為0.062 5，坡度適宜性等級及分布如圖5。

圖4　重慶市基于氣溫、相對濕度、風(fēng)速、降水、日照、海拔因子的適宜避暑等級分析Fig.4　Suitable summer class analysis based on temperature, relative humidity, wind speed precipitation, sunlight and elevation in Chongqing

圖5　重慶市基于坡度因子的適宜避暑等級分析Fig.5　Suitable summer class analysis based on gradient in Chongqing

3.3.2綜合評價結(jié)果

根據(jù)各評價指標(biāo)分析，分別得到溫度、濕度、風(fēng)速、降水、日照、海拔、坡度等7個指標(biāo)30m×30m的柵格數(shù)據(jù)，運用Arcgis9.3空間分析中的柵格計算器工具，通過綜合加權(quán)模型，適宜避暑地=溫度×40.72%+濕度×7.11%+風(fēng)速×7.01%+降水×3.86%+日照×16.3%+海拔×18.75%+坡度×6.25%，計算得到重慶市避暑地適宜性狀況，最后把重慶市適宜避暑地分布區(qū)域分為最適宜避暑

區(qū)域、較適宜避暑區(qū)域、一般適宜避暑區(qū)域和不適宜避暑區(qū)域4個等級(見圖6)。

圖6　重慶市適宜避暑地綜合評價圖Fig.6　Comprehensive evaluation map of suitable summer resorts in Chongqing

依據(jù)避暑適宜性劃分標(biāo)準(zhǔn)(見表4)，利用Arcgis9.3軟件，按照重慶市5大功能區(qū)劃分，對全市避暑適宜性情況進行統(tǒng)計(見表9)。統(tǒng)計結(jié)果顯示：從總量上來看，適宜避暑區(qū)域總面積為27 264.48km2，占重慶市總面積的33.09%，其中最適宜區(qū)域總面積為12 831.24km2，占適宜避暑地總量的47.06%，較適宜區(qū)域總面積為8 180.86km2，占適宜避暑地總量比例為30.01%，一般適宜區(qū)域總面積為6 252.37km2，占到適宜避暑地總量的22.93%。適宜避暑區(qū)域主要分布在大巴山、巫山、武陵山等山脈，涉及23個區(qū)縣，大都市區(qū)主要涉及6個區(qū)縣；渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)涉及11個區(qū)縣；渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)涉及6個區(qū)縣?？傊?，重慶市適宜避暑區(qū)域面積較為廣闊，可為人們提供良好的避暑場所。

表9　重慶市適宜避暑地統(tǒng)計表

從空間分布上看，渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)適宜避暑區(qū)域面積最大，達13 808.92km2，占適宜避暑地總量的50.65%，渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)和大都市區(qū)面積分別為10 281.46km2、3 174.10km2，占適宜避暑地總量的比例分別為37.71%和11.64%，表明避暑資源空間分布不均，尤其是大都市區(qū)所占比重太小。而在大都市區(qū)中，適宜避暑區(qū)域中南川區(qū)面積最大，總量為1 444.21km2；渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)適宜避暑的區(qū)域，巫溪縣面積最大，為2 747.53km2；渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)適宜避暑的區(qū)域，酉陽縣面積最大，為2 415.31km2。

從區(qū)位分布來看，主城區(qū)人口密集，交通便利，避暑需求最為強烈，但是大都市區(qū)范圍內(nèi)僅有北碚區(qū)和巴南區(qū)有少量避暑區(qū)域，避暑資源匱乏，雖然大都市范圍內(nèi)適宜避暑區(qū)域有江津區(qū)、綦江區(qū)、南川區(qū)、永川區(qū)、涪陵區(qū)，但是此范圍內(nèi)的避暑地總量可能仍難以滿足需求；渝東北和渝東南有豐富的避暑資源，但是由于人口有限，因此適宜避暑地將是供大于求的，開發(fā)潛力大。

4結(jié)論與討論

4.1結(jié)論

研究顯示：重慶市適宜避暑地總面積為27 264.48km2，其中最適宜區(qū)域總面積12 831.24km2，較適宜區(qū)域總面積為8 180.86km2，一般適宜區(qū)域總面積為6 252.37km2。從總量上來說，適宜避暑資源較豐富；從空間分布上看，主要集中在渝東南和渝東北地區(qū)，開發(fā)潛力大。重慶市避暑自然適宜性主要受地形因素影響，氣候要素是居于次要地位的限制因素。適宜避暑區(qū)域主要分布在渝東北和渝東南的山區(qū)，比如大巴山、鐵峰山、仙女山、黑山谷等山地，這些山地海拔較高，夏季較涼爽，因此適宜避暑；大都市區(qū)整體海拔較低，則適宜避暑面積小。研究綜合運用AHP和GIS兩種方法得到評價結(jié)果較為客觀，對政府或企業(yè)在避暑區(qū)域開發(fā)上具有一定的指導(dǎo)意義。

4.2討論

1)在進行重慶市避暑自然適宜性評價時，倘若選擇的評價指標(biāo)或者價模型不同，最終得出的適宜避暑地總面積可能會有所差異，但是具體分布區(qū)域不會有太大變化，基本都分布于海拔較高的山區(qū)。

2)避暑自然適宜性評價是以GIS軟件為技術(shù)支撐，并結(jié)合數(shù)學(xué)模型完成的，二者的結(jié)合提高了評價的精準(zhǔn)度，使得評價結(jié)果更符合實際。數(shù)學(xué)模型可以定量描述評價要素的空間變化，分析得出客觀數(shù)據(jù)；GIS的空間分析功能是其核心所在，它能將各評價要素通過空間疊加分析，最終以數(shù)據(jù)和圖的形式得到一個綜合評價結(jié)果。兩者相結(jié)合的評價方法，可為其他資源的評價提供技術(shù)和方法參考。

3)評價指標(biāo)的選取主要以氣候和地形條件為出發(fā)點，評價結(jié)果得到了適宜避暑區(qū)域，但是，并未考慮地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)、自然保護區(qū)、基本農(nóng)田保護區(qū)、土地利用總體規(guī)劃、禁止建設(shè)區(qū)等適宜避暑地開發(fā)限制因素，因此，進行適宜避暑地開發(fā)還需考慮諸多因素，并作進一步研究。重慶市避暑需求較大，發(fā)展?jié)摿薮螅苁钯Y源豐富的區(qū)縣應(yīng)當(dāng)充分利用本地區(qū)資源優(yōu)勢，促進避暑產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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文章編號：1004—5570(2016)01-0014-08

收稿日期：2015-09-28

基金項目：國家科技支撐計劃項目(2012BAJ23B05)；國家社科基金西部項目(10XGJ0008)；重慶市軟科學(xué)研究計劃項目(cstc2012cx-rkxB00040)；高校基本科研項目(SWU0909619)

作者簡介：徐中強(1989-)，男，在讀碩士，研究方向：區(qū)域地理，E-mail:467757352@qq.com. *通訊作者：陳俊華(1973-)，男，博士，副教授，研究方向：區(qū)域地理，E-mail:1160883907@qq.com.

中圖分類號：K921

文獻標(biāo)識碼：A

Evaluation of natural environment suitability for the summer resorts in Chongqing based on AHP and GIS

XU Zhongqiang1，2, CHEN Junhua1, SHAO Junming1，2,YU Ling1

(1.School of Geographical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China；2.Chongqing Institute of Surveying and Planning for Land Resources and Housing, Chongqing 400020, China)

Abstract:Because of the hot summer in most areas of Chongqing, people have a strong desire to escape the heat. This article selects climate and geographical conditions as the primary indexes, and then the secondary indexes includes temperature, relative humidity, wind speed, rainfall, sunlight, elevation and gradient. Subsequently, according to the index weight and using the spatial analysis function of GIS, this article makes a comprehensive evaluation of each evaluation indexes to get the distribution map of Chongqing’s summer natural environment suitability ultimately. The results prove that: Chongqing’s suitable summer resorts are relatively abundant with a total area of 27 264.48km2 which accounts for 33.09% of all the Chongqing. Among the rest, the most suitable regions’ total area is 12 831.24km2, the relative suitable regions is 8 180.86km2 and the common suitable regions is 6 252.37km2. The suitable summer resorts are mainly in high altitude area and unevenly distributed in space, and mainly concentrate in Northeast Chongqing and Southeast Chongqing which respectively accounts for 50.65% and 37.71%, and the metropolitan area only accounts 11.64%.

Key words:summer suitability evaluation; AHP; GIS; natural; Chongqing