世界遗产城市与国家历史文化名城地区环境背景比较研究

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摘 要：从空间支撑性的角度比较研究世界遗产城市与国家历史文化名城地区环境背景，选取的环境背景要素是归一化植被指数，在对两类遗产城市地区归一化植被指数分别进行研究的基础之上，比较了两者的异同，得出的主要结论包括：从世界遗产城市与国家历史文化名城地区各地域年归一化植被指数算术平均值的比较来看，以60km研究半径为分界点，在小于60km区间前者植被情况整体高于后者，而在60km-200km区间后者植被情况整体高于前者，且世界遗产城市各地域年归一化植被指数分布更为离散，国家历史文化名城地区各地域年归一化植被指数分布更为集中。

关键词：遗产城市；城市地区；环境背景；归一化植被指数

Abstract：This paper studies normalized difference vegetation index（NDVI），one of the environmental background factors of the heritage city regions， from the perspective of space carrying. The related work on the research of NDVI is summarized at first. Then， we give a NDVI description of the world heritage city regions and the national history city regions. The primary conclusions of this research include ： the NDVI in the world heritage city regions is higher than that in the national history city regions when the studied regional radius is from 20km to 60km， and the NDVI in the national history city regions is higher than that in the world heritage city regions when the studied regional radius is from 60km to 200km；the NDVI of the World Heritage city regions is more discrete， and the NDVI of the national history city regions is more concentrated.

Key words：heritage city；city region；environmental background；normalized difference vegetation index

中图分类号：C912.8 文献标识码：A

文章编号：1674-4144（2013）-01-21（7）

环境是与中心事物有关的周围事物，环境研究关注以人类为主体的外部世界即人类赖以生存和发展的物质条件综合体，本文将考察两类遗产城市即世界遗产城市与国家历史文化名城地区的外部世界，并比较两者环境背景的异同，本次研究选取的环境背景要素为归一化植被指数（NDVI）。归一化植被指数被定义为近红外波段与可见红光波段数值之差和这两个波段数值之和的比值，即NDVI=（IR-R）/（IR+R），是指示大尺度植被覆盖和植被生产力的良好指标。根据李双成对相关研究的分类，主要涉及到三个方面：“关于地表植被覆盖时间变化的趋势分析，以像元、区域抑或类型的一元回归的斜率表征植被是否“变绿”的研究；关于植被特征反演和估算，获得植被覆盖度、净第一性生产力、生物量和物候期的特征值的研究以及关于NDVI与环境因子的关联，用相关分析定量表达NDVI与气温、降水等因子的相互关系研究”[1]。其中关于地表植被覆盖时间变化趋势的研究如基于NOAA/AVHRR数据的中国主要植被类型NDVI变化规律研究[2]；关于1983—1992年中国陆地植被NDVI演变特征的变化矢量分析研究[3]；关于1981-2001年中国西北干旱区NDVI变化分析研究[4]等。关于植被特征反演和估算的研究如基于NDVI的中国天然森林植被净第一性生产力模型研究[5]；关于利用NOAA AVHRR植被指数数据集分析黑河流域季候特征研究[6]；基于时序植被指数的华北地区作物物候期/种植制度的时空格局特征研究[7]等。关于NDVI与环境因子关系的研究如关于AVHRR NDVI与气候因子的相关分析研究[8]；关于中国西北地区NDVI变化及其与温度和降水的关系研究[9]；基于小波变换的NDVI与地形因子多尺度空间相关分析研究[10]等。从理论上来讲，“NDVI 变动于-1-1 之间，NDVI 数值越大，表明植被的覆盖程度越高，植被活动越强，在冰雪覆盖的地区，NDVI 常常为负值，在戈壁沙漠地区，受下垫面信息的影响较大，其值不稳定，常常不能真实反映植被的覆盖状况”[11]。

1 方法与结果

1.1 研究方法

本次研究主要的数据来源包括：世界遗产城市和国家历史文化名城空间分布数据，数据根据世界遗产城市联盟官方网站、国家基础地理信息系统网站以及GOOGLE EARTH等资料整理而成；归一化植被指数（NDVI）数据，研究采用比利时VITO研究所提供的长时间序列植被指数数据（SPOT VEGETATION NDVI），其空间分辨率为1km，时间分辨率为旬，本次研究涉及到的是1999-2008年间的数据。在研究之初，首先对1999-2008年间比利时VITO研究所提供的长时间序列植被指数数据进行了预处理，整理出来的数据成果主要由两部分组成：全球年归一化植被指数分布和全球年内各月归一化植被指数分布，其中前者是10年间全球归一化植被指数的平均值，而后者则是根据10年间对应月份全球归一化植被指数整理出来的平均值，共计12各月。为消除地表非植被因素的影响，本次研究将定义NDVI值大于 0.1 的地区为有植被覆盖地区，而NDVI值小于0.1 的地区为植被稀少地区，并根据不同的情况确定合适的NDVI值进行取舍。

关于遗产城市地区各地域研究范围归一化植被指数数据的采集，主要涉及到面数据，以我国的世界遗产城市苏州为例，如图1所示，本次地域研究半径R的取值范围为20-200km，共计10个，这里只选取其中三个，图中1为20km地域半径时的苏州城市地区归一化植被指数情况，图中2为100km地域半径时的苏州城市地区归一化植被指数情况，图中3为200km地域半径时的苏州城市地区归一化植被指数情况。本次研究具体又包括两个方面的工作：世界遗产城市地区归一化植被指数情况以及国家历史文化名城地区归一化植被指数情况。

1.2 世界遗产城市地区归一化植被指数情况

全球年归一化植被指数分布总的来说，赤道两侧是全球年归一化植被指数最高的地区，其次为西欧、北美东南部、东亚地区以及大洋洲东部沿海地区，本次研究选取了不同地域范围（20-200km）来研究世界遗产城市地区的年归一化植被指数情况，数据采集并整理的成果如图2所示，格网中数值是世界遗产城市各地域研究范围年归一化植被指数的空间统计平均值，在后续的研究中不做说明即指这些研究地域范围的年归一化植被指数值，格网颜色深度代表了年归一化植被指数的高低，颜色越深表示所代表的植被情况越好。

在此基础之上，整理出世界遗产城市地区各地域研究范围内年归一化植被指数的柱状分布图如图3所示，大致来看，随地域研究半径的增加，世界遗产城市地区归一化植被指数的柱状图正态分布的特征也越明显。

将世界遗产城市地区各地域研究范围年归一化植被指数分布情况的相关统计量整理如表1，具体包括算术平均值（MEAN）、均值标准误差（S.E.MEAN）、置信上限（U.C.E.MEAN）、置信下限（L.C.E.MEAN）、中位数（MEDIAN）、最大值（MAXIMUM）、最小值（MINIMUM）、全距（RANGE）、标准差（STD.DEVIATION）、方差（VARIANCE）、峰度（KURTOSIS）以及偏度（SKEWNESS）等十二项内容。

从研究的结果来看，随地域研究半径的增加，世界遗产城市地区年归一化植被指数的算术平均值由20km时的0.368下降至200km时的0.291；标准差由20km时的0.152上升至40km时的0.164，此后开始下降，直至200km时的0.158；峰度值为负，其由20km时的-0.594下降至200km时的-0.840；偏度值也为负，其由20km时的-0.434上升至200km时的-0.182。此外，年归一化植被指数的中位数及四位分布整体趋势如上所示，随地域研究半径增加，由20km时的0.397下降至200km时的0.297。

1.3 国家历史文化名城地区归一化植被指数情况

总的来说，西南省份、东南省份、华中省份以及大小兴安岭地区是我国年归一化植被指数比较高的地区，而包括内蒙古、宁夏、甘肃、新疆、青海、等西北省份在内的地区是年归一化植被指数比较低的地区，其他地区介于两者之间，同样，本次研究选取了不同地域范围（20-200km）来研究国家历史文化名城地区的年归一化植被指数情况，数据采集并整理的结果如图4所示，格网中数值是国家历史文化名城地区各地域研究范围年归一化植被指数值。

与世界遗产城市地区同样，研究对国家历史文化名城地区各地域研究范围内年归一化植被指数的分布情况进行了统计，国家历史文化名城各地域研究范围内年归一化植被指数的柱状分布图如图5所示：

将国家历史文化名城地区各地域研究范围年归一化植被指数分布情况的相关统计量整理如表2所示：

从研究的结果来看，随地域研究半径的增加，国家历史文化名城地区年归一化植被指数的算术平均值由20km时的0.335上升至200km时的0.342；标准差由20km时的0.099上升至200km时的0.109；峰度值由20km时的正值0.232下降至200km时的负值-0.182；偏度值为负，其由20km时的-0.203下降至200km时的-0.700。此外，年归一化植被指数的中位数及四位分布整体趋势如上所示，随地域研究半径的增加，由20km时的0.337突变至40km时的0.360，此后基本维持不变，稍有增加。

2 比较与结论

根据上述关于遗产城市地区年归一化植被指数的研究成果，可以对世界遗产城市与国家历史文化名城地区的环境背景做初步了解，两者的差异性首先体现在年归一化植被指数算术平均值的比较当中。如图6所示，整体来看，以60km半径为分界点，小于60km半径的研究范围区间世界遗产城市地区植被情况整体高于国家历史文化名城地区，大于60km半径的研究范围区间国家历史文化名城地区植被情况整体高于世界遗产城市地区。

世界遗产城市与国家历史文化名城地区各地域研究范围年归一化植被指数的中位数及四位分布情况比较如图7所示，总体来说，世界遗产城市各地域研究范围年归一化植被指数的分布更为离散，而国家历史文化名城地区各地域研究范围年归一化植被指数的分布更为集中。

遗产城市地区是人类文明的空间简史，本次研究比较了世界遗产城市地区与国家历史文化名城地区环境背景要素归一化植被指数的分布情况，以期从全球视角对我国国情尤其是国家历史文化名城地区的环境背景情况有所了解。

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