張莉汶， 王國梁， 吉 琳

(山西師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041000)

臨汾市地形起伏度與人口分布的相關(guān)性分析

張莉汶， 王國梁， 吉 琳

(山西師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041000)

基于人口地理學(xué)相關(guān)理論，運用GIS技術(shù)，提取臨汾市地形起伏度，分別從東西與垂直兩個方向分析臨汾市地形起伏度的空間表現(xiàn)形式及其與臨汾市人口分布的相關(guān)性.得出臨汾市人口分布特征并對影響臨汾市人口分布的各因素進(jìn)行分析，為臨汾市人口的合理布局提出對策和建議.

臨汾市；地形起伏度；人口分布；定量分析

0 引言

人口地域分布是人口發(fā)展過程在地理空間范圍內(nèi)的表現(xiàn)形式，是人類社會核心的問題之一.受各種地理因素的影響，人口分布的空間地域特征十分明顯，其中地形地貌對人口空間分布的影響尤為突出.

將地形起伏度作為劃分地形地貌的一個重要指標(biāo)是國內(nèi)外地圖編制的基本特點[1].一般認(rèn)為，地形起伏度在大尺度區(qū)域人地關(guān)系評價方面具有很強的準(zhǔn)確性和實際應(yīng)用價值，但在小尺度人地關(guān)系評價方面的實用性還無準(zhǔn)確結(jié)論[2].本文在總結(jié)國內(nèi)外地形起伏度研究成果的基礎(chǔ)上，利用ArcGIS(geographic information system)強大的空間分析功能，首次從臨汾市小區(qū)域尺度上研究地形起伏度，對臨汾市地形起伏度進(jìn)行了提取、分級和統(tǒng)計.從東西與垂直兩個方向分析臨汾市地形起伏度的空間表現(xiàn)形式，并與臨汾市人口分布進(jìn)行相關(guān)分析.分析結(jié)果更好地量化展現(xiàn)臨汾市人口空間分布格局，為臨汾市有關(guān)部門制定科學(xué)的人口政策以及社會經(jīng)濟的可持續(xù)戰(zhàn)略提供理論依據(jù).

1 研究區(qū)域概況

臨汾市地處山西省西南部，地理坐標(biāo)介于35°23′N～36°57′N， 110°22′E～112°34′E之間.東以太行(山)與長治、晉城為鄰，西隔黃河與陜西省相望；北與晉中、呂梁毗連，南與運城市相接，總面積20 275 km2.臨汾市地形的基本特征是“兩山夾一盆地”，東部由北向南為太岳山、中條山，西部是呂梁山脈南端，中部為臨汾斷陷盆地.市域內(nèi)海拔多在1 000 m以上，最高處為太岳山脈霍山主峰，海拔達(dá)2 346.8 m，最低處為鄉(xiāng)寧縣師家灘，海拔僅385.1 m.臨汾市下轄17個縣級行政單位，即1個市轄區(qū)、2個縣級市和14個縣.根據(jù)第六次全國人口普查資料，臨汾市人口為4 316 610人 ，占山西人口的12.1%，全市人口平均密度為213人/km2，是山西人口密度較高的地區(qū)之一.

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文的數(shù)據(jù)主要有統(tǒng)計數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù).統(tǒng)計數(shù)據(jù)為臨汾市人口數(shù)，來源于2010年第六次人口普查數(shù)據(jù).空間數(shù)據(jù)主要有臨汾市各種矢量形式的空間數(shù)據(jù)和臨汾市DEM(digital evaluation model)數(shù)據(jù).各種矢量數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息網(wǎng)，包括國界與省界、地級行政界線、地形、海拔高度等.DEM數(shù)據(jù)是ASTER GDEM(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital evaluation model)數(shù)據(jù),來源于國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺中30 m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品, 分辨率為30 m×30 m.以上數(shù)據(jù)精確度較高，研究區(qū)內(nèi)矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)匹配較好，能夠很好地滿足區(qū)域地形起伏度研究的需要.

2.2 評價指標(biāo)

2.2.1 地形起伏度

地形起伏度(relief degree of land surface，RDLS)是指在某一研究區(qū)域內(nèi)單位面積上的最大高程值與最小高程值之差，其公式表示為：R=HMAX-HMIN，其中R代表地形起伏度，HMAX代表單位面積內(nèi)最大高程值，HMIN代表單位面積內(nèi)最小高程值[3].

2.2.2 人口密度

人口密度是指單位面積內(nèi)的人口數(shù).人口密度能定量地反映區(qū)域平均水平，但無法具體地反映區(qū)域內(nèi)部人口分布狀況.

2.3 研究方法

基于ArcGIS-Info平臺，加載空間數(shù)據(jù)30 m×30 m分辨率DEM數(shù)據(jù)與空間矢量數(shù)據(jù)國界、省界和地區(qū)界線，將投影統(tǒng)一為GCS_1984, 通過刪格數(shù)據(jù)空間分析提取出臨汾市各縣的行政區(qū)，將這17個縣整合為臨汾市行政區(qū).通過掩膜(mask)提取臨汾市的DEM.選取重采樣(resample)工具，將柵格大小變?yōu)?00 m×100 m的網(wǎng)格，重采樣后的數(shù)據(jù)能確保輸出的數(shù)據(jù)與圖形的投影方式與精度的統(tǒng)一[4].

本研究地形起伏度的提取主要采用窗口分析等方法，根據(jù)地形起伏度公式，利用空間分析數(shù)據(jù)中的柵格鄰域分析工具(Neighborhood)中的Block Statistics工具實現(xiàn)，開辟1 km×1 km的矩形單元分析窗口，運用range函數(shù)依次提取地形起伏度[5].

3 臨汾市地形評價(及分區(qū))

3.1 臨汾地形起伏度分級

根據(jù)國際地理聯(lián)合會地貌調(diào)查與制圖委員會編制的1∶250萬歐洲國際地貌圖地貌形態(tài)分類，參考徐漢明和陳志明等在中國地形起伏度的研究和地貌綱要中的標(biāo)準(zhǔn)，將臨汾市的地形起伏度劃分為低平起伏、和緩起伏、中等起伏和山地起伏四類.

表1為臨汾市地形起伏度分級表，從表1可知，臨汾市地形起伏度以中等起伏為主，地形起伏度在75～200 m的地區(qū)占到總面積的68.35%；地形起伏度在200～551 m之間的為山地起伏，面積占到16.01%；地形起伏度在30～75 m為和緩起伏，面積僅次于山地起伏；低平起伏的地形起伏度在0～30 m，僅占臨汾市面積的4.90%.

表1 臨汾市地形起伏度分級

圖1 臨汾1 km×1 km地形起伏度Fig.1 RDLS of 1 km×1 km grid size of Linfen

圖1為臨汾市1∶100萬地形起伏度1 km×1 km空間分布圖，通過圖1可知：臨汾市地形起伏度的范圍是0～551 m，平均值為143.9 m.研究區(qū)地形起伏度空間分布的整體特征為東西兩邊高于中部地區(qū)，最高值出現(xiàn)在西部的太岳山脈霍山上，最低值出現(xiàn)在汾河谷底中.低平起伏，主要分布于汾河谷地；和緩起伏，主要分布于臨汾盆地，集中在霍州市中部、洪洞縣中部、臨汾市大部分地區(qū)、襄汾縣、侯馬市、曲沃縣以及翼城縣的西部地區(qū)；中等起伏，分布范圍較廣且主要分布于臨汾市東西部地區(qū)，多分布于丘陵地帶；山地起伏主要集中分布于東部的太岳山脈、位于翼城的中條山脈、西部的呂梁山脈以及火焰山脈上；臨汾盆地與其西部的呂梁山脈與火焰山脈交接處也是起伏度較大的地區(qū).

3.2 臨汾市地形起伏度統(tǒng)計特征

在臨汾地形起伏度四分級的基礎(chǔ)上，利用ArcGIS 中對柵格數(shù)據(jù)三維分析的原理，提取地形起伏度斷面，并制作東西及垂直兩個方向的變化趨勢圖，揭示臨汾地形起伏度特征.

圖2 臨汾市地形起伏度東西向變化趨勢圖Fig.2 The chart of Linfen land relief east-west change trend

3.2.1 東中西三大縱列分布帶

臨汾市地形基本特征為“兩山夾一盆地”，東為太岳山，西為呂梁山，中間分布著臨汾盆地，這三大主要地形基本奠定了臨汾市地形起伏的東中西三大縱列分布帶.圖2 為臨汾市地形起伏度的東西向變化分布圖，根據(jù)圖2知，110°22′E～111°16′E之間地形起伏普遍大，基本在150 m以上；111°16′E～111°47′E之間地形起伏度最低，在100 m左右；111°47′E～112°34′E之間地形起伏度較大，都在100 m以上，這符合臨汾市地形特征.

3.2.2 海拔高度規(guī)律性

將地形起伏度每50 m分為一個階段，通過統(tǒng)計每個階段地形起伏度的海拔分布情況，計算出平均海拔高度與平均地形起伏度.繪制地形起伏度與海拔相關(guān)性圖.圖3為臨汾市地形起伏度隨海拔高度變化趨勢圖.從圖3中可知，臨汾市的地形起伏度與海拔高度有很強正相關(guān)性，擬合程度為0.939 1.地形起伏度隨著海拔的增加而遞增，低海拔地區(qū)的起伏度較低，高海拔地區(qū)的起伏度較高.這也符合中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所對中國地形起伏度與人口分布的相關(guān)性研究的結(jié)果.

圖3 臨汾市地形起伏度隨海拔高度變化趨勢圖Fig.3 Trend diagram of relief degree changing with altitude of Linfen

4 臨汾市人口分布特征

人口密度是衡量區(qū)域人口分布的重要指標(biāo)，分析可得縣域人口密度如表2.通過數(shù)據(jù)可看出，臨汾市各縣級行政單元人口密度地域差異極大，可以分為5個等級，密度小于50人/(km)2；51～100人/(km)2；101～300人/(km)2；301～500人/(km)2；大于501人/(km)2.1個地區(qū)人口密度位于第一級別，6個地區(qū)位于第二級別，4個地區(qū)位于第三級別，3個地區(qū)位于第四級別，其余3個縣域位于第五級別.人口密度最低的是安澤縣，人口密度為41人/(km)2，與人口密度最大的侯馬市的1 081人/(km)2相差近26倍,地域人口密度差異巨大.

表2 臨汾市人口密度表/人·(km)-2

Tab.2 Population density of Linfen/person·(km)-2

區(qū)域人口密度區(qū)域人口密度堯都區(qū)717鄉(xiāng)寧縣115曲沃縣555大寧縣68翼城縣269隰縣71襄汾縣433永和縣53洪洞縣493蒲縣70古縣79汾西縣168安澤縣41侯馬市1081浮山縣133霍州市367吉縣60平均213

為了更直觀地表現(xiàn)各縣市的人口密度差異，根據(jù)人口密度數(shù)據(jù)，利用GIS繪制出臨汾市縣級人口密度圖.根據(jù)對臨汾市17個縣級行政區(qū)劃人口的統(tǒng)計分析，結(jié)合所繪制的臨汾市縣級人口密度圖，可以明顯看出，臨汾盆地內(nèi)的7個行政單元人口分布集中，其中侯馬市人口密度最大分布最集中.東部太岳山的3個縣區(qū)以及西部呂梁山的7個縣區(qū)人口密度都低于200人/(km)2(圖4).

圖4 臨汾市縣級人口密度圖 Fig.4 Chart of population density of counties in Linfen

5 人口分布的相關(guān)分析

5.1 臨汾地形起伏度分帶與人口分布關(guān)系

在ArcGIS軟件支持下，統(tǒng)計臨汾市地形起伏度四分級下的人口數(shù)目和面積并計算出各分級的人口密度.制成地形起伏度與人口密度分布圖，通過定量和定位分析臨汾市地形起伏度與人口密度的關(guān)系，討論地形起伏度與人口分布的相關(guān)性，從而揭示臨汾市人口分布規(guī)律.

將人口信息矢量數(shù)據(jù)與地形起伏度柵格數(shù)據(jù)疊加，運用ArcGIS將人口密度分為五級，得出臨汾市縣級人口密度圖.結(jié)合東、中、西3個地區(qū)的地形起伏度，中部臨汾盆地的地形基本為低平起伏與和緩起伏，東西兩山地形絕大部分為中等起伏，地形起伏度在300 m以上的基本沒有人口分布.進(jìn)一步提取各地形起伏度等級下的人口信息，統(tǒng)計出有關(guān)人口的主要參數(shù).表3為臨汾市地形起伏度與人口主要參數(shù)統(tǒng)計.可知，低平起伏地區(qū)的人口密度最大，人口密度為975.88人/(km)2；和緩起伏地區(qū)上的人口數(shù)最多，人口密度略小于低平起伏地區(qū).主要是由于中等起伏度所占面積較大，中等起伏的人口密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前面兩個類型地區(qū)；山地起伏地區(qū)的人口可以忽略不計.人口主要集中于低平起伏地區(qū)與和緩起伏地區(qū)；在起伏度高于75 m的中等起伏地區(qū)人口密度最小，較低平起伏地區(qū)人口密度的十分之一還小.

在低平起伏與和緩起伏這些地理條件較好的地區(qū)，人口密度大，面積僅占臨汾市的15.9%卻分布著64.4%的人口，人口分布較為密集；地形起伏度大的中等起伏地區(qū)，地理條件較差，人口密度小，面積占比達(dá)82.8%，人口僅占35.6%，人口的分布不均衡，空間地域特征明顯.兩山夾一盆地的地形使得臨汾市人口分布大致呈現(xiàn)中部密、兩側(cè)疏的三大縱列的人口分布帶.

表3 臨汾市地形起伏度與人口主要參數(shù)統(tǒng)計

圖5 臨汾市地形起伏度與人口密度的關(guān)系 Fig.5 Relief amplitude of Linfen’s relationship with population density

5.2 臨汾地形起伏度與人口密度相關(guān)性

利用ArcMAP工具，以10 m為間隔將地形起伏度分帶，統(tǒng)計各分帶的面積、人口數(shù)目并計算人口密度[4].觀察并剔除異常值后得到臨汾市地形起伏度與人口密度的關(guān)系表.圖5表明，地形起伏度低的地區(qū)人口密度大，地形起伏度大的地方，人口密度小；地形起伏度在80 m以下的地區(qū)，人口密度超過400人/(km)2,最大為1 104人/(km)2,地形起伏度在80 m以上的地區(qū)人口密度均小于200人/(km)2，最小為0；人口密度與地形起伏度呈明顯的負(fù)相關(guān)，即隨著地形起伏度的增加，人口密度逐漸減小，相關(guān)系數(shù)為0.699 5.

6 結(jié)論與討論

本文基于1∶100萬臨汾地型數(shù)字高程模型，利用ArcGIS軟件，提取臨汾市地形起伏度，評價臨汾市地形起伏度，分析了地形起伏度的經(jīng)度、緯度以及與海拔的規(guī)律性.分析了臨汾市地形起伏度與人口的關(guān)系.并將地形起伏度與人口密度做了相關(guān)性分析.

研究表明，臨汾市以中等地形起伏度為主，和緩起伏度與低平起伏度次之，山地起伏度所占比例最?。慌R汾市的地形起伏度隨緯度的增加而整體增加，即臨汾市北部地區(qū)的地形起伏度高于南部地區(qū)，緯度與地形起伏度有很高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.588 9；地形起伏度隨著海拔的增加而遞增，低海拔地區(qū)的起伏度較低，高海拔地區(qū)的起伏度較高，臨汾市的地形起伏度與海拔高度有很強的相關(guān)性，擬合程度為0.939 1.

人口分布主要集中于低平起伏地區(qū)與和緩起伏地區(qū)；在起伏度高于75 m的中等起伏地區(qū)人口密度小.人口密度與地形起伏度呈明顯的負(fù)相關(guān)，即隨著地形起伏度的增加，人口密度逐漸減小，相關(guān)系數(shù)為0.699 5.由此可見，地形起伏度是影響人口分布的重要因素之一.

對于地形起伏度的分類，國內(nèi)外仍沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本文采用的國際上的有關(guān)地形地貌制圖方便的標(biāo)準(zhǔn)，是否還有其他的標(biāo)準(zhǔn)能更好地將臨汾地形起伏度進(jìn)行分類還有待探討.劉振東、徐漢明等人在對中國地形起伏度最佳統(tǒng)計單元進(jìn)行求證時，得出大尺度下的最佳窗口單元為21 (km)2，但是并不適合于小區(qū)域尺度研究，在整理其他的研究成果之后，本文選取的是1 km×1 km為最佳窗口來分析地形起伏度，能很好地反映問題.對于臨汾市地形起伏度最佳窗口的選擇上還需做進(jìn)一步探討.

[1] 封志明，張丹. 中國分縣地形起伏度及其與人口分布和經(jīng)濟發(fā)展的相關(guān)性[J].吉林大學(xué)社會科學(xué)學(xué)報，2011,51(1)：146-160.

[2] 劉秀麗,王國梁,劉江榮.山西省人口空間結(jié)構(gòu)的合理性評價[J].山西師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007,21(1):123-125.

[3] 徐漢明,劉振東.中國地形起伏度研究[J].測繪學(xué)報，1991,20(4):312-319.

[4] 周自翔,李晶,任志遠(yuǎn).基于GIS的關(guān)中-天水經(jīng)濟區(qū)地形地起伏與人口分布研究[J].地理科學(xué),2012,32(8):951-957.

[5] 陳志明.中國地貌綱要：1∶400萬中國及其毗鄰地區(qū)地貌圖說明書[M].北京：中國地圖出版社，1993:7-13.

Correlation Analysis about Population Distribution and Relief Amplitude in Linfen City

ZHANG Liwen， WANG Guoliang, JI Lin

(CollegeofGeographyScience,ShanxiNormalUniversity，Linfen041000，China)

Based on the basic theory of population geography and extracting relief amplitude of Linfen City by GIS technology, analyzes the correlation of the spatial formation of the relief degree, respectively from the directions of the east and the west as well as the vertical direction, and the distribution of population in the city. Summarizes the population distribution characteristics of Linfen, and analyzes on the various factors affecting distribution of population. Finally puts forward some countermeasures and suggestions for the reasonable layout of population in Linfen City.

Linfen； relief amplitude； distribution of population； quantitative analysis

2016-11-08

張莉汶(1992—)，女，山西臨汾人，山西師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院在讀碩士研究生.

10.3969/j.issn.1007-0834.2017.01.011

K921；K927

A

1007-0834(2017)01-0051-05