基于主成分分析法和地理探測器的城市生態環境質量評價及驅動力分析

關鍵詞：生態環境質量；主成分分析法；地理探測器；驅動力；香格里拉市中圖分類號：X826 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）07-0050-04DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.014

Urban Ecological Environment Quality Assessment and Driving Force Analysis Based on Principal Component Analysis and Geographical Detector

-TakingShangri-La Cityasan Example

WEN Shiya

（The Third Institute of Surveying and Mapping of Guizhou Province，Guiyang55oooo， China）

Abstract：Shangri-LacityisoneoftheregionsinAsia withabundantfloraandfaunaresources，anditisalso the establishmentareaofChina'sfirstnationalforestprotectionpark.Theruggedterrainfragileroadetwork，largetemprature difference betweendayandnight，andunique tourism developmentinthisareahavehadacertain impactonthequality of theecologicalenvironment.Therefore，takingintoaccountnaturalfactorssuchasterrin，soil，andhydrologythis study incorporates human factors such as populationdensityand Gross Domestic Product （GDP）density into the research evaluation index system.Principal componentanalysis is used toevaluatetheecological environment qualityof ShangriLacityin2Oo5，2010，and2O15，andcombinedwithgeographicdetectorstoevealdrivingfactors.Theresultsshowthat the ecological environment quality of Shangri-La city is gradually improving，with about 50% of the areas having strong ecological environmentqualityand increasedecologicalcarryingcapacity.Theareaswith poorecologicalenvironment qualityare mainlyconcentratedinthesouthwestregion，andtheannualtotalprecipitationhasthegreatestimpactonits ecological environment quality.

Keywords：ecologicalenvironmentquality;principalcomponentanalysis;geographicaldetectordrivingforce;Shangri-Lacity

生態自然環境是人類賴以生存的基礎。近年來，在全球氣候變暖和人類活動的雙重干擾下，土地荒漠化、溫室效應、海洋污染、生物多樣性喪失等環境問題涌現，導致生態系統自身恢復能力和自凈能力不斷減弱[]。生態環境與人類密切相關，生態環境質量作為生態環境質量評價的一個標準，不僅能夠揭示某個區域的生態環境質量狀況，而且能為該區域的生態環境修復及保護提供合理科學依據[2]。NGUYEN等[3]利用層次分析法和地理信息系統（GeographicInformationSystem，GIS）技術，對越南中北部沿海地區進行了生態環境脆弱性評價。DAS等[4通過建立壓力-狀態－響應（Pressure-State-Response，PSR）模型來評估印度西孟加拉邦穆爾西達巴德區濕地的生態健康狀況。中國對于生態環境質量的研究晚于西方國家，主要以建立評價指標體系和計算權重來研究全國或某一區域的生態環境質量[5]。

為研究動植物資源較為豐富的地區在建立保護區前后生態環境質量變化情況，以香格里拉市為案例，采用主成分分析法客觀評價2005年、2010年、2015年其生態環境質量的變化特征，并利用地理探測器探究其特征形成的驅動因子。

1研究區概況

香格里拉市地理坐標為東經 99^o 20^′ ～100^° 19^′ ，北緯 26^° （204 52^′～28^° （ 52^′ ，是云南省迪慶藏族自治州下轄市之一，總面積為 11613km² ，位于云南省西北部，是云南省、四川省及西藏自治區交匯處，也是“三江并流”世界自然遺產腹地，有納帕海、哈巴雪山、碧塔海3個省級自然保護區和普達措國家保護公園，擁有豐富的水資源、礦產資源、動植物資源，森林覆蓋率高達 74.99% 。香格里拉市年溫差較小，全年無夏，平均氣溫為 5.5^°C ，氣溫日較差大，干季氣溫日較差可達 30% ，因地處高海拔低緯度地帶，氣候隨海拔升高而變化，依次出現6個氣候帶，屬典型的“立體農業氣候”。

2數據來源與研究方法

2.1數據分類及處理

根據研究區環境特征，從自然因素和人為因素兩個方面建立評價指標體系，一共12個評價指標。自然因素包括年均氣溫、年總降水量、數字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）、坡度、坡向、地形起伏度、植被覆蓋度、水網密度指數、土地利用以及土壤侵蝕評價指標。人為因素包括人口密度、國內生產總值（GrossDomestic Product，GDP）密度等評價指標。評價指標分為正向指標和逆向指標，評價指標標準化處理主要采用極差標準化方法。

2.2生態環境質量評價方法

2.2.1 主成分分析法

主成分分析法是一種以降維的方式，將多個指標信息線性變換為少數指標信息的技術。使用主成分分析法計算標準化后的12個評價指標數據，選取累計貢獻率達到 85% 以上的主成分作為綜合評價對象。2005年、2010年和2015年，GDP、年總降水量、坡度、植被覆蓋度、土地利用等5個主成分的累計貢獻率均在 85% 以上，能夠代表絕大多數指標信息。

2.2.2生態環境質量指數

計算生態環境質量指數（EcologicalEnvironmentQualityIndex，EQI）可以在一定程度上客觀地反映研究區域的生態環境質量狀況的好壞，EQI值以離散型數值來量化生態環境質量程度。EQI數值越大，表示生態環境質量狀況越差，反之數值越小，生態環境質量狀況越好。將2005年、2010年、2015年的EQI值歸一化處理后，采用ArcGIS軟件中的自然斷點法將EQI分為5類，經局部調整，將香格里拉環境質量分為極強（ 0.0～0.4 、較強（ 0.4～0.5 ）、中等（ 0.5～0.6 ）、較弱（ 0.6～0.7 ）、極弱（ 0.7～1.0 ）。

2.3地理探測器

地理探測器是由王勁峰等開發出來的用于探測單因子或多因子之間的空間分異性和一致性的一種工具，可以分為因子探測器、交互作用探測器、風險區探測器以及生態探測器4個探測器。本研究使用因子探測器來分析影響香格里拉市生態環境質量的驅動因子。為避免保護措施不一致帶來的模型混雜，研究將香格里拉分為保護區和非保護區進行驅動因子探測。

3生態環境質量結果分析

3.1香格里拉市生態環境質量變化特征分析

生態環境質量等級分布結果如圖1所示，由此統計出不同生態環境質量等級所占面積百分比。2005—2015年，香格里拉市的生態環境質量逐漸改善。

2005年，中等質量區域面積占比最高為28.85% ，主要分布在中部、東北部地區；質量較弱和極弱地區面積占比分別為 16.82% 、 9.00% ，主要在西南部和中南部地區，呈帶狀分布；質量極強和較強地區面積占比相近，分別為 25.14% 、 20.19% ，主要在北部、南部、東部地區集中分布。

圖1香格里拉市生態環境質量等級分布

2010年，質量較弱和極弱區域面積所占比例分別由2005年的 16.82%.9.00% 下降到 10.24%，8.56% ，主要呈帶狀集中分布于西南部地區；中等質量區域面積占比為 20.10% ，與2005年相比下降了 8.75% ，主要在中西部呈片狀集中分布，在西南部呈帶狀集中分布；質量極強和較強區域面積占比分別為 36.21% 、24.89% ，主要在北部、中部、東部地區集中分布。

2015年，香格里拉市生態環境質量持續改善，質量極強和較強區域面積所占比例總和達到了65.04% ，主要在北部、中部及南部呈片狀集中分布；中等質量區域面積占比為 14.62% ，主要在中南部呈片狀集中分布，在西南部呈帶狀集中分布；質量較弱區域所占面積比為 12.81% ，從2005年到2015年呈現先降后升的情況，由 16.82% 下降到 10.24% 在上升到 12.81% ，主要在西南、南部地區呈帶狀集中分布。

質量極弱地區面積占比為 7.53% ，主要在西南地區呈帶狀集中分布。

3.2 驅動力分析

因子探測器結果如表1所示，因子值表示自變量對因變量空間分異性的解釋程度，因子值越大，自變量對因變量的影響程度越大，反之則越小。2005年，年總降水量、年均氣溫、DEM是影響香格里拉生態環境質量的主要驅動因子。2010年，年總降水量、坡度、年均氣溫是影響香格里拉保護區生態環境質量的主要驅動因子，而年總降水量、人口密度、年均氣溫則是影響香格里拉非保護區生態環境質量的主要驅動因子。2015年，年總降水量、坡度、DEM是影響香格里拉保護區生態環境質量的主要驅動因子，而年總降水量、人口密度、GDP密度則是影響香格里拉非保護區生態環境質量的主要驅動因子。

4結論

研究分析香格里拉市多年生態環境質量的變化2005一2015年，香格里拉市生態環境質量持續改善，生態環境質量不斷增強，保護區內生態環境質量大幅提升，生態環境質量增強。生態環境質量較差、質量較低的區域主要從西部到南部呈帶狀集中分布，該地區受人類活動干擾，導致生態承載能力較差抗外界干擾能力有所下降，是香格里拉市未來生態保護和生態修復的重點考慮區域。驅動力分析結果顯示，2005—2015年，影響香格里拉市保護區和非保護區生態環境質量的主要驅動因子是年總降水量、年均氣溫、DEM、人口密度和GDP密度。對于區域生態環境質量的研究，評價指標的選取及建立是研究中的關鍵環節，本研究提到的12個評價指標是在前人的研究基礎上，根據數據的可獲取性及數據處理的可操作性等因素而選擇的，尤其是人為因素僅考慮了人口密度和GDP密度，部分因素沒有考慮，未來需進一步提升指標選取的全面性。

表1因子探測結果

參考文獻

1朱琪，周旺明，賈翔，等.長白山國家自然

保護區及其周邊地區生態脆弱性評估[J].應用生態學報，2019（5）：1633-1641.

2 靳毅，蒙吉軍.生態脆弱性評價與預測研究進展[J].生態學雜志，2011（11）：2646-2652.

3 NGUYENAK，LIOUYA，LIMH，et al.Zoningeco-environmental vulnerability for environmentalman-agement and protection[J].EcologicalIndicators，2016，69：100-117.

4 DASS，PRADHANB，SHITPK，etal.Assessment of wetland ecosystem health usingthe Pressure-State-Response （PSR）model：acasestudyof mursidabaddistrict ofwestbengal（India）[J].Sustainability，2020（15）：5932.

5 胡思雨.湖北省生態環境質量評價研究[D].武漢：武漢大學，2018.

6 王勁峰，徐成東.地理探測器：原理與展望[J]地理學報，2017（1）：116-134.