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生態(tài)質(zhì)量是指一定時間或空間范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的總體或部分生態(tài)因子的組合對人類生存及社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的適宜程度[1],生態(tài)質(zhì)量現(xiàn)狀是由自然環(huán)境背景、人類開發(fā)活動和環(huán)境管理共同作用下形成的結(jié)果。區(qū)域生態(tài)質(zhì)量評價是一個綜合過程,也是一門綜合技術(shù),包括生態(tài)數(shù)據(jù)采集、生態(tài)質(zhì)量評估、生態(tài)質(zhì)量評價基本結(jié)論以及解決生態(tài)問題的相關(guān)建議與對策[1]。美國環(huán)境監(jiān)測與評價項目(EMAP,EnvironmentalMonitoringandAssessmentProject)將生態(tài)質(zhì)量評價定義為:評價是對EMAP獲取數(shù)據(jù)的解釋與評估,旨在回答關(guān)于生態(tài)資源健康狀況的相關(guān)政策問題。生態(tài)質(zhì)量評價是根據(jù)選定的指標(biāo)體系和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄔu價某區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的優(yōu)劣及其影響,通過評價準(zhǔn)確反映某一時段內(nèi)的生態(tài)質(zhì)量狀況[2]。而氣象評價就是從氣象角度所作的生態(tài)質(zhì)量評價。生態(tài)質(zhì)量的評價及其方法研究,國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者已經(jīng)做了一些工作,但尚未形成統(tǒng)一的概念和原理。這些工作包括評價指標(biāo)的確定、對生態(tài)質(zhì)量優(yōu)劣的評定、改善生態(tài)的對策與建議等,研究對象包括單個生態(tài)系統(tǒng)如森林生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)等,也有綜合性的生態(tài)系統(tǒng)如某個保護(hù)區(qū),又或者對某個特定區(qū)域的生態(tài)質(zhì)量的綜合評價,一般以行政區(qū)劃或景觀布局為單位。尺度不同,研究方法也有所不同,常見的方法有綜合評價法[3]、指數(shù)評價法[4]、模糊評價法[5]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法[6]、物元分析評價法[7]等,主要差別體現(xiàn)在評價指標(biāo)的選擇和量化上。吳秀芹等[8]以2000年的TM影像為數(shù)據(jù)源,在RS和GIS技術(shù)的支持下提取了土地利用程度及植被類型因子,對參評指標(biāo)因子進(jìn)行量化處理,結(jié)合地下水位對塔里木河下游典型區(qū)進(jìn)行了景觀生態(tài)質(zhì)量綜合評價。劉魯君等[9]對縣域尺度的生態(tài)質(zhì)量評價方法進(jìn)行了研究,石金蓮等[10]選取自然性、代表性、多樣性、稀有性、生態(tài)脆弱性、面積適宜性、人類威脅等指標(biāo)對遼寧老禿頂子自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行了評價。這些研究所選的指標(biāo)和對指標(biāo)的權(quán)重都不一樣,但研究思路具有相同點(diǎn)即經(jīng)過指標(biāo)選取-確定-權(quán)重-加權(quán),最終得到綜合評價值。本文根據(jù)福建具體的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù),遵循指標(biāo)選擇的代表性、全面性、綜合性、簡明性、方便性、適應(yīng)性原則,選擇濕潤指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水體密度指數(shù)、土地退化指數(shù)、災(zāi)害指數(shù)5個因子對福建省生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行氣象方面的評價,旨在探討生態(tài)質(zhì)量氣象評價方法,尋求生態(tài)質(zhì)量評價的量化指標(biāo),同時提供各地生態(tài)質(zhì)量的量值,以期為生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供參考。

1資料與方法

1•1自然概況

福建省位于東南沿海(115°50′-120°43′E,23°32′-28°19′N),東西寬約540km,南北長約550km,土地面積1•214×104km2,其中山地丘陵占80%以上。福建屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,年平均氣溫15•2~21•8℃,各地年平均降雨量基本在1000mm以上,年日照時數(shù)1754~2482h,氣候資源得天獨(dú)厚。福建省背山臨海,其陸域基本由海拔1000m以上的山地與浙江、廣東隔開,因而地貌上和水系上成為相對獨(dú)立的地理單元。相對獨(dú)立的地貌、水系及相應(yīng)的氣候、土壤和植被使得生態(tài)環(huán)境也表現(xiàn)出很強(qiáng)的相對獨(dú)立性。福建海域處于東海和南海的交界處,全區(qū)多為臺灣海峽所占據(jù),由于陸域丘陵山地與臺灣山地的制約使海域本身的氣候、地貌和生物生態(tài)環(huán)境特征都具有一定的獨(dú)立性。由于缺乏金門縣的相關(guān)數(shù)據(jù),在進(jìn)行生態(tài)評價時未將金門縣考慮進(jìn)去。

1•2資料及其來源

采用福建省2006年7-9月全省67個臺站的地面氣象觀測資料計算各地濕潤指數(shù)和災(zāi)害指數(shù),數(shù)據(jù)包括月平均氣溫(℃)、月降水量(mm)、月平均10m風(fēng)速(m/s)、月平均相對濕度(%)、月平均氣壓(mb)、飽和水汽壓(mb)、災(zāi)害面積(hm2),由福建省氣象臺提供。水體密度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、土地退化指數(shù)各評價因子的面積、類別數(shù)據(jù)來源于福建省各地土地利用數(shù)據(jù),由福建省農(nóng)業(yè)資源綜合數(shù)據(jù)庫提供。

1•3評價模型的建立

采用模糊綜合評價法,通過建立隸屬函數(shù),經(jīng)模糊變換,給每個評價因子賦予一個非負(fù)實(shí)數(shù),得到評價結(jié)果,再與評語集相對照,最終確定評價區(qū)域的優(yōu)劣等級[11]。

1•3•1評價因子集遵循代表性、全面性、綜合性、簡明性、方便性、適應(yīng)性原則,選擇5個因子為評價因子,則評價因子集V={濕潤指數(shù),植被覆蓋指數(shù),水體密度指數(shù),土地退化指數(shù),災(zāi)害指數(shù)},然后采用文獻(xiàn)[12]中的數(shù)據(jù)處理方法對各評價因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。各評價因子定義如下:(1)濕潤指數(shù)為降水量與潛在蒸散量的比值,是判斷某一地區(qū)氣候干、濕程度的指標(biāo)。濕潤指數(shù)K=R/ET,該指數(shù)能夠客觀地反映一地的水熱平衡狀況。按季度進(jìn)行評價時,季度濕潤指數(shù)K=Rs/(∑ETi),Rs為季度降水量,∑ETi為該季度三個月潛在蒸散量之和。根據(jù)文獻(xiàn)[13],月平均潛在蒸散量ETi=22di(1•6+U1/2i)Woi(1-hi)P1/2i(273•2+ti)1/4其中,i是月份編號,Pi為月平均氣壓(mb),ti為月平均氣溫(℃),di是月天數(shù),Ui是10m高度觀測的月平均風(fēng)速(m/s),Woi是溫度為ti時的飽和水汽壓(mb),hi是月平均相對濕度(%)。計算區(qū)域生態(tài)質(zhì)量等級時,當(dāng)K>1時,取K=1。(2)植被覆蓋指數(shù)指被評價區(qū)域內(nèi)林地、草地及農(nóng)田三種土地類型面積占被評價區(qū)域面積的比重,用于反映被評價區(qū)域植被覆蓋的程度。(3)水體密度指數(shù)指被評價區(qū)域內(nèi)水域面積占被評價區(qū)域面積的比重,水域包括河流、湖泊、水庫等。(4)土地退化指數(shù)指被評價區(qū)域內(nèi)風(fēng)蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占被評價區(qū)域面積的比重,是反映生態(tài)系統(tǒng)功能退化程度的一個重要指數(shù)。(5)災(zāi)害指數(shù)指單位面積上擔(dān)負(fù)的災(zāi)害強(qiáng)度、頻率等災(zāi)害總量,即評價區(qū)域內(nèi)農(nóng)田、森林等生態(tài)系統(tǒng)遭受氣象災(zāi)害的面積占被評價區(qū)域面積的比重。

1•3•2評價因子權(quán)重由于不同的綜合評價因子對農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)利用的影響是不一樣的,因此需要對參評因子進(jìn)行權(quán)重系數(shù)測定。各層次因子權(quán)重參照《生態(tài)質(zhì)量氣象評價規(guī)范(試行)》[13]、采用專家打分法取得,結(jié)果見表1。

1•3•3屬性同一化根據(jù)不同屬性因子對總體生態(tài)質(zhì)量的影響方向不同,對全部因子屬性進(jìn)行正相化處理[14]。5項因子中有2項為負(fù)相因子(土地退化指數(shù)和災(zāi)害指數(shù)),其正相化指標(biāo)=1-負(fù)相指標(biāo)。

1•3•4生態(tài)綜合評價指數(shù)根據(jù)權(quán)重集Q={0•25,0•3,0•2,0•15,0•1}和評價因子隸屬函數(shù)值集合R={K,V,W,L,D},可計算得到生態(tài)綜合評價指數(shù)其中,O為算子;i為各區(qū)域編號,本文i=1,2,3,…,67,Ai表示福建省各縣(市)生態(tài)質(zhì)量的綜合評價值。#p#分頁標(biāo)題#e#

1•3•5評語集評價區(qū)域的生態(tài)質(zhì)量分為5個等級,評語集Z={優(yōu),良,一般,較差,差},各等級評語見表2,等級劃分參照《評價規(guī)范》[13]。

2結(jié)果與分析

2•1濕潤指數(shù)

福建省2006年7-9月濕潤指數(shù)分布如圖1所示。由圖中可見:此時段內(nèi)福建省濕潤指數(shù)普遍較高,各地濕潤指數(shù)均在1•0以上;東部地區(qū)濕潤指數(shù)明顯高于西部山區(qū),其中東部如平和、詔安、壽寧、永春、云霄、霞浦、寧德、南靖、長泰等地濕潤指數(shù)較高,均在4•00以上。濕潤指數(shù)等級較低的地區(qū)基本集中在西部如建陽、順昌、將樂、長汀、永安等,主要是由于7-9月福建省受臺風(fēng)影響比較多,導(dǎo)致東部降水多于西部。根據(jù)《評價規(guī)范》[13],當(dāng)K>1時表示大氣降水總體上大于植被生理過程需水量,降水條件一般不成為當(dāng)?shù)刂脖簧硇杷南拗埔蜃?說明福建省該季度降水滿足作物生長的需水量,有利于作物及其它植物的生長發(fā)育。

2•2水體密度指數(shù)

福建省2006年7-9月水體密度指數(shù)分布如圖2所示。由圖中可見,福建省各地水體密度指數(shù)因地理位置、海拔差異和人類生產(chǎn)活動強(qiáng)度的差異而有所不同。東部沿海地區(qū)水體密度指數(shù)較高,如漳州的詔安縣、龍海市、福州管轄下的平潭縣、福清市和廈門市等地,最高可達(dá)0•15,主要是因?yàn)檠睾Ｌ烊凰w面積大,同時由于加上養(yǎng)殖業(yè)的開展,人工溝渠、圍塘數(shù)量大,使得沿海水體密度明顯高于中西部;中部地區(qū)作為三溪匯合點(diǎn)的南平市延平區(qū)和古田水庫所在古田縣水體密度指數(shù)也比較高,介于0•037~0•05;西北部作為糧食生產(chǎn)基地的光澤縣、武夷山市、建陽市等地水體密度指數(shù)稍低,其指數(shù)范圍為0•016~0•025;中部地區(qū)的長汀縣、連城縣、永安市、大田縣等地因海拔較高,人工水庫、水塘等較少,因而水體密度指數(shù)明顯偏低,指數(shù)介于0•008~0•016。

2•3植被覆蓋指數(shù)

福建省2006年7-9月植被覆蓋指數(shù)分布如圖3所示。從圖3可見,福建植被覆蓋度整體較高,多數(shù)縣(市)植被覆蓋指數(shù)可達(dá)0•40以上,植被覆蓋指數(shù)最高的縣達(dá)到0•56。從圖3中還可看出,沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)植被指數(shù)相對較低,如廈門、晉江、石獅、莆田、長樂等地,內(nèi)陸植被覆蓋指數(shù)則明顯較高,指數(shù)在0•4以上的縣(市)有49個,占行政區(qū)總數(shù)的73•1%,指數(shù)值大于0•5的行政區(qū)有6個,為武夷山市、松溪縣、政和縣、大田縣、永泰縣、華安縣。植被指數(shù)最高的為武夷山市,原因是其界內(nèi)包括了武夷山國家級自然保護(hù)區(qū)。武夷山自然保護(hù)區(qū)位于福建省西北部的武夷山脈脊部,擁有世界上同緯度帶現(xiàn)存面積最大、保存最完整的中亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng),典型的地帶性森林類型為常綠闊葉林群落,植被覆蓋度很高。圖32006年7-9月福建省植被覆蓋指數(shù)分布

2•4土地退化指數(shù)

土地退化是自然侵蝕和人文因子相互作用的結(jié)果,是生態(tài)系統(tǒng)退化的重要表征之一。福建省坡地多、雨量大,特別是多陡坡、多暴雨的自然環(huán)境為水土流失提供了客觀的基礎(chǔ)。福建省2006年7-9月土地退化指數(shù)分布如圖4所示,從圖中可見,各縣(市)土地退化指數(shù)在0•002~0•030,泉州地區(qū)的南安市土地退化相對嚴(yán)重,其土地退化指數(shù)為0•030,壽寧縣、安溪縣、華安縣、平和縣土地退化指數(shù)較高,介于0•024~0•030,而武夷山、邵武、建陽、漳平、上杭、龍海、漳浦等地退化指數(shù)較低,指數(shù)值均在0•009以下。

2•5災(zāi)害指數(shù)

7-9月福建的主要災(zāi)害性天氣為臺風(fēng),分析期影響的臺風(fēng)有:7月14日在霞浦縣北壁鎮(zhèn)登陸的“碧利斯”,7月25日在晉江市圍頭鎮(zhèn)登陸的“格美”,8月10日在閩浙交界處的浙江省蒼南縣馬站鎮(zhèn)沿海(距離邊界約10km)登陸的第8號超強(qiáng)臺風(fēng)“桑美”。據(jù)災(zāi)情統(tǒng)計:“碧利斯”對寧德、福州、莆田、龍巖、泉州、漳州等六個地區(qū)造成了嚴(yán)重影響,造成10933•5hm2農(nóng)作物受災(zāi),4240•0hm2成災(zāi),762•5hm2絕收。“格美”也對6個地區(qū)造成嚴(yán)重影響,其中農(nóng)作物受災(zāi)面積29975•2hm2,成災(zāi)面積13056•6hm2,絕收面積1288•7hm2。“桑美”持續(xù)時間短,主要影響到南平和寧德,受災(zāi)面積4921•4hm2,成災(zāi)3259•7hm2,絕收819•3hm2。8月中旬-9月天氣轉(zhuǎn)好,未出現(xiàn)重大氣象災(zāi)害。福建省2006年7-9月災(zāi)害指數(shù)分布如圖5所示。由圖中可見,各地區(qū)災(zāi)害指數(shù)介于0•000~0•094,災(zāi)害指數(shù)地區(qū)差異明顯,漳州地區(qū)災(zāi)害指數(shù)較高,寧德次之,廈門、南平、三明等地災(zāi)害指數(shù)值較小。

2•6生態(tài)綜合評價指數(shù)

最終計算得到福建省2006年7-9月生態(tài)綜合評價指數(shù)分布結(jié)果(見表3)。對照生態(tài)質(zhì)量評價分級標(biāo)準(zhǔn)(表2)可見,此季節(jié)內(nèi)福建省各地生態(tài)質(zhì)量等級差異不明顯,生態(tài)質(zhì)量綜合評價指數(shù)介于0•54~0•67,其中有66個地區(qū)的生態(tài)質(zhì)量氣象評價等級為良好,多數(shù)縣(市)綜合評價值達(dá)到0•60以上,區(qū)域生態(tài)質(zhì)量等級接近優(yōu)。

3結(jié)論與討論

本研究中,選取福建省各地濕潤指數(shù)、水體密度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、土地退化指數(shù)、災(zāi)害指數(shù)作為評價因子可綜合反映評價區(qū)域的生態(tài)質(zhì)量狀況。濕潤指數(shù)反映了該段時間的氣候資源狀況;植被指數(shù)反映了當(dāng)?shù)厣帧⒉莸亍⑥r(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)的情況,是生態(tài)質(zhì)量水平的最大貢獻(xiàn)者;水體是“地球之腎”,是人類及其它生物賴以生存的根本,而水體密度指數(shù)在某一方面也反映了區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的優(yōu)劣程度;土地退化及其它自然災(zāi)害一直都是影響區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的重要因素,土地退化程度越低、自然災(zāi)害越小,區(qū)域生態(tài)質(zhì)量越高。7-9月福建省正處夏季,各地水熱平衡差異明顯,降水豐富,臺風(fēng)等氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生,各種氣候特征明顯,在全年中具有典型的代表性。2006年在福建省是特殊的一年,期間災(zāi)害特別是臺風(fēng)頻繁發(fā)生,共有3次臺風(fēng)影響本省。因此,選取福建省2006年7-9月的生態(tài)氣象質(zhì)量為研究對象,一方面能夠提供福建夏季特殊的生態(tài)質(zhì)量狀況,為以后與其它季節(jié)或其它年份的氣象評價的對比分析奠定基礎(chǔ);另一方面,地區(qū)間各氣象要素的差異也便于檢驗(yàn)評價方法的優(yōu)劣程度,過于相似的評價因子難以反映不同地區(qū)指標(biāo)水平的差異,不利于評價方法的探討研究。2006年7-9月,福建省的生態(tài)質(zhì)量較好,地區(qū)間生態(tài)質(zhì)量水平差異較小,主要原因歸結(jié)如下:1)各地植被覆蓋指數(shù)基本介于0•40~0•56,該指數(shù)是所有指標(biāo)中權(quán)重值最高的指數(shù),對綜合評價指數(shù)的影響也最大;2)7-9月福建省各地降水普遍偏多,各地濕潤指數(shù)K在1•0以上,計算綜合評價指數(shù)時取K=1;據(jù)專家意見,濕潤指數(shù)在氣象評價中占有的權(quán)重值為0•25,僅次于植被覆蓋指數(shù),對綜合評價指數(shù)值的貢獻(xiàn)度也比較高;3)其余三個指數(shù)盡管各地差異比較明顯,但由于指數(shù)值普遍較小,權(quán)重值也較小,因此對綜合評價指數(shù)值的影響比較小。研究結(jié)果與曾從盛等[15]提到的福建省生態(tài)因子在空間展布方式和分布范圍上的一致和疊合現(xiàn)象相對應(yīng),說明該評價結(jié)果是可取的、相對客觀的。#p#分頁標(biāo)題#e#

福建省生態(tài)質(zhì)量氣象評價研究表明,通過因子選定、因子權(quán)重等評價操作,可以根據(jù)所得出的各地(市)的評價因子的指數(shù)值,最終得到區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的綜合評價指數(shù),確定地區(qū)的生態(tài)質(zhì)量等級,判斷某一區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的水平及重要性等級。該方法的優(yōu)越性在于:它可以將現(xiàn)有大量的、相對零散的地面氣象觀測、土地利用數(shù)據(jù)整合,得出一個直觀而量化的等級指數(shù),以便于為生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供更為直觀的參考;而且,由于在因子選擇時考慮到濕潤指數(shù)、水體密度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、土地退化指數(shù)、災(zāi)害指數(shù)等眾多因素,模糊綜合分析得出的評價指數(shù)是一個綜合的結(jié)論,而非簡單地通過一兩個數(shù)據(jù)就得出結(jié)論,避免了評價過程中可能出現(xiàn)的以偏概全的不科學(xué)現(xiàn)象。因此,該方法在生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與管理中具有良好的應(yīng)用前景,評價人還可以根據(jù)評價對象的具體情況選擇更多的評價因子,使得評價結(jié)果更加合理。