基于ARCGIS与层次分析法的塞罕坝林区建设对周边环境和北京沙尘暴天气的影响评价分析

宗帅　李霄

摘要：塞罕坝在抗风沙、保护环境、维护生态平衡稳定等方面发挥着重要作用，本文选择合适的指标，收集相关数据，构建塞罕坝对生态环境影响的评价模型，以便量化评价塞罕坝修复后对周边环境和北京沙尘暴天气的影响，即比较分析塞罕坝修复之前的环境条件以及塞罕坝修复后对周边地区环境的影响。

关键词：ARCGIS空间分析方法;层次分析法;克里金插值法

河北省林区建设前后林地面积、水域面积和草地面积的数据为基础，然后根据相关公式计算了生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数、污染负荷指数等评价指标。通过CRITIC方法和层次分析法对各指标赋权重，通过计算得出最终评价生态环境的各项指标。结合克里金插值法，利用ARCGIS的空间分析方法，对塞罕坝林区建设前后河北地区生态环境状况指数进行变量分析。

一、生态环境指标的建立

首先，给出了衡量我国各省区生态状况的5个评价指标的具体定义。最后，构建了中国生态环境状况指数。通过五个指标比较不同区位各指标的具体影响，得出我国哪些地区需要建立生态保护区的结论。

（ 1 ）生物丰度指数（Abio）

定义：生物丰度指数= （ 0.5×林区 + 0.3×水域 + 0.15×草地面积 + 0.05×其他面积 ） /面积

（ 2 ）植被复盖指数

植被复盖指数= （ 0.5×林地面积 ×生长期 + 0.3×草地面积 ×生长期 + 0.2×农田面积 ×生长期 ） /面积

（ 3 ）水网密度指数

水网密度指数= Ariv×河流长度/面积+ Alak×湖泊（近海）面积/面积+ Ares×水资源/面积

（ 4 ）土地退化指数

土地退化指数= （ 0.05×轻度侵蚀区 + 0.25×中度侵蚀区 + 0.7×重度侵蚀区 ）×区域面积

（ 5 ）污染负荷指数

污染负荷指数= （ 0.4×二氧化硫负排放 + 0.2×固体废物排放 + 0.4×二氧化碳排放 ） /区域降水量

运用CRITIC方法综合衡量企业生产重要性五个指标的客观权重。利用ARCGIS构建空间分析评价模型。

四、 Arcgis空间分析模型的建立

根据克里格插值法和CRITIC法计算得到的权重，我们利用ARCGIS软件制作了河北地区生态环境指数的空间分布图。

根据上图，我们可以清楚地看到，塞罕坝建成前后，河北生态环境发生了明显变化，承德市及其周边城市生态环境得到进一步改善。所以我们可以得出，塞罕坝在修缮期前后对环境的影响有较为明显的促进作用。56年来，几代塞罕坝人探索改革，深刻诠释了“青山绿水是金山银山”的发展观。今天的塞罕坝已从绿色发展到绿色、茂密的森林海洋，成为发展林场、改善工人生活、减轻周围群众贫困的“绿色银行”。

假设北京地区承受沙尘暴天气的主要原因是树木面积较少，我们选取沙尘暴发生频率、沙尘暴严重程度、北京空气污染指数、北京雾霾数作为参考指标，通过分析存在的问题，我们通过层次分析法建立各个参数对目标事件的权重比例，采用克里金插值法，将北京地区所取的赛罕坝相关样本点扩展到平面上，并采用加权平均法整合各个指标的数据。利用ARCGIS空间分析方法制作了北京的空间分布图，并通过2000年和2020年的数据进行对比分析，从而定量评价塞罕坝对北京抗沙尘暴的影响。

（1）建立比较矩阵

通过对问题的分析，我们建立了5个指标，即生物丰度指数、植被覆蓋指数、水网密度指数、土地退化指数和污染负荷指数。基于互联网上查找和收集到的数据，我们综合考虑并利用九点标定原理表建立了如下矩阵：

（ 2 ）计算特征向量

然后利用MATLAB软件进行分析计算，准则层的特征向量分别为沙尘暴频率0.375;沙尘暴严重度0.243;北京的空气污染北京的雾霾数为0.167。

使用MATLAB软件检查一致性。经过Matalb计算，得到Ci = 0.03457;查上表可知RI = 0.89，而经过计算CR = CI / RI = 0.03884，很容易得到CR < 0.1，因此这一层次的分析通过了一致性检验。

（ 3 ） ARCGIS空间分析模型

利用收集的2000年和2020年北京沙尘暴指数资料，运用ARCGIS软件、克里格插值算法和加权平均算法，得到了2000年和2020年北京沙尘暴天气的空间模型。

对比上述结果可以看出，2020年北京沙尘暴天气的各项指标都有明显的降低。在河北赛罕坝，112万亩防沙林的种植，使其成为世界上最大的人工林。正是由于塞罕坝地区林业建设，北京每年的沙尘暴天气从60天降至现在的3天。因此，塞罕坝林区建设与北京沙尘暴天气呈正相关，说明塞罕坝地区环境状况的变化对北京环境污染有积极影响。

参考文献：

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