随着城市化加速发展，人居环境问题也日益突显亟 待解决，城市产业结构转型以适应社会经济可持续 发展，土地利用结构转变应对城市人口集聚增长与 土地利用之间的矛盾，整合城市自然社会资源以适应社会经济增长模式。为实现人居环境优化 布局，适应社会经济发展进步，满足物质文化发展 需求，城市人居环境适宜性研究成为新的切入点，旨在为城市人居环境布局发展提供新的视角 和理论支持。 目前关于城市人居环境适宜性的研究多以城 市区域为空间尺度，运用统计计数法、空间分析 法等基本方法，以自然环境适宜性为研究视角，缺 少以省域为研究空间尺度，综合人文与自然要素 的综合适宜性研究。
辽宁省作为东北地区唯一 的既沿海又沿边的省份，也是东北及内蒙古自治区 东部地区对外开放的门户，拥有优越的自然环境和 重要的区位条件，研究其人居环境适宜性，集约利 用土地资源，优化城市人居发展建设，对沿海区域 人居环境建设具有典型性意义。本文以辽宁省为例， 综合人居环境自然、人文适宜性指标，建立综合适 宜性评价体系，基于地理加权回归模型，空间量化评 价分级辽宁省人居环境综合适宜性指数， 并与辽宁省人口、GDP 密度空间分布状况进行空间 一致性分析。以期为辽宁省人居环境研究提供新的 切入视角与理论支持。
1 数据来源与研究方法
1.1 数据来源 本研究选取 DEM 数据（分辨率 90 m 地形产 品 数 据 ） 、MODIS 数据植被指数数字图像 （MYD13Q1，250 m 植被指数 16 d 合成产品）（地理 空间数据云网站，http://www.gsclound.cn/）、水网分 布矢量数据（中国科学院地理科学与资源研究所官 网，http://www.igsnrr.cas.cn/）、2018 年气象数据（中 国气象数据网，http://data.cma.cn/）等自然地理数据； 2018 年辽宁省土地利用数据（100 m×100 m）（国家 地球系统科学数据中心，http://loess.geodata.cn/）、 2018 年 NPP/VIIRS 影像， （空间分辨率为 15"） （NOAA 网站 NGDC 数据中心，https://www.ngdc. noaa.gov/eog/download.html）、2018 年辽宁省陆地 交通矢量数据（中国科学院地理科学与资源研究所 官网 ， http://www.igsnrr.cas.cn/） 、2018 年辽宁省 14 个地级市的空气质量监测数据（中国科学院地理 科学与资源研究所官网，http://www.igsnrr.cas.cn/）等人文环境数据；2018 年辽宁省人口、GDP 统计数 据（2018 年《辽宁省统计年鉴》，https://www.yearbookchina.com/）；显矢量图层、居民点图层（国家地 球系统科学数据中心，http://loess.geodata.cn/），运 用 ArcGIS10.2、ENVI5.0 实现空间校正、投影转换、 栅格计算等数据处理操作，基于地理加权回归模型， 计算辽宁省城市人居环境适宜性。
1.2 指标选取与模型构建 为评价辽宁人居环境综合适宜性，构建涵盖城 市人居环境基础自然条件的自然适宜性评价指标体 系；构建包含城市社会人文环境因素的人文适宜性 评价指标体系。运用 ArcGIS10.2、ENVI5.0 等软件， 基于 GWR 模型在辽宁省范围内随机生成 3 000 个 点，以 100 m×100 m 栅格为基本评价单元，分析辽 宁省人居环境综合适宜性空间分布特征，技术流程 如图 1。 1.2.1 自然要素指标选取 地形起伏度是指特定区域内海拔最高点与最 低点的差值，是描述区域地形特征的宏观性指标。 地形起伏是导致水土流失的最直接因素，且具有土 壤侵蚀和地貌学意义。由地形起伏引起的土壤侵蚀 直接威胁着区域人居环境，阻碍区域人口和经济发 展，故选取地形起伏度作为评价人居环境质量的因 子之一。地形条件直接或间接地影响人类居住地的 选址和发展，以及土地利用方式和质量的优劣。地 形起伏度指数越高地形起伏度越大，越不利于开展 人居活动以及人居环境空间布局发展，反之指数越 小代表地形越平坦，越有利于城市工农业布局以交 通发展，因此地形起伏度指数与人居环境适宜性呈 负相关，本文基于前人的研究成果[36] 采用地形起伏 度模型计算地形起伏度指数： RDLS = {[Hmax −Hmin]×[1− P(a)/ a]}/ 500 （1） 式中，RDLS 为地形起伏度指数， Hmax 和 Hmin 为研 究区内海拔最高值和最低值，m；P(a) 为研究区域 内平地面积，坡度小于 5°的区域为平地，km2 ；a 为 研究区域总面积，km2。 植被覆盖度是反映人居生态环境的重要指标， 归一化植被覆盖指数不仅可以体现区域地下水、地 表水、土壤肥力等自然因素的分布情况[37] ，还与城 市热环境、局部气候调节、城市绿地覆盖率等密切 相关，可表征区域林木资源和绿化水平，对沙尘暴 和水土流失有抑制作用，更能显著改善空气质量，因此采用归一化植被指数（NDVI）来反映区域植被 覆盖率，植被覆盖率越高，则表明绿化环境越好，与 人居环境适宜性呈正相关。 NDV I = (N IR−R)/(N IR+R) （2） 式中，NDVI 为归一化植被指数，NIR 和 R 分别代 表 MODIS 遥感数据提取的远红外波段反射率值和 近红外波段反射率值，标准化后的 NDVI 值范围为 0~100。 水资源量直接影响研究区域的土壤含水量、植 物生长趋势、工农业生产以及日常生活，水资源的 存量分布对区域内人居活动以及经济社会发展具有 重要支撑作用。根据生态环境评价标准，采用水域 面积和降水量的比重表征研究区水资源的稀缺程度， 水域面积表征区域汇集水资源的能力，降水量表征 区域自然给水能力，本文综合考虑多种水文指数计 算方法，采用封志明等[36] 提出的水文指数（HI）模型 计算水文指数，降水量和距水域距离构建水文指数， 降水量反映天然供水能力，距水域距离反映储水能 力和取水便宜性，水文指数与人居环境适宜性呈正 相关。 HI = αP+βWa （3） 式中，HI 为水文指数；P 为年均降水量；Wa 为提取 Landsat 8 遥感数据获得的水域面积；α 和 β 分别为 P 和 Wa 的权重，由于辽宁省水域面积较小储水能 力有限，故设定距水域距离的权重较小，参考水文 条件相似的京津冀区域水文指数计算公式的参数[38] ，分别取值 0.81，0.22。 温湿指数用来表征研究区域基础气候条件，直 接反映城市居民感知对城市气候条件的舒适程度， 是城市人居环境自然适宜性评价的重要指标，温湿 指数越高与人居环境适宜性呈正相关。因此选取温 湿指数[25] 衡量研究区气候适宜度的指标。 T HI = T −0.55(1− f) (1.8t−26) （4） 式中，THI 为温湿指数；T 是月平均华氏温度，℉；t 是月平均气温，℃；f 是月平均空气相对湿度，%。 1.2.2 人文要素指标选取 地被指数综合反映研究区的土地利用结构及 土地覆被状况，不仅包括地表自然覆盖状态，还包 括人类活动与地表的人工地表覆盖，因此地被指数 演变是人类活动和自然环境综合影响的结果，对人 居环境适宜性有一定影响，地被指数与人居环境适 宜性呈正相关。本文结合辽宁省土地利用类型和归 一化植被指数计算地被指数，用来表示研究区地表 覆被状况。 LCI = LTi ×NDV I （5） 式中，LCI 为地被指数；LTi 为各土地利用类型的权 重，i = 1，2，…，18，分别代表 18 类二级土地利用类 型，参考前人的研究成果[39] ，结合辽宁省土地利用 实际情况，以及专家意见得到权重（表 1）。NDVI 是 辽宁省区域归一化植被指数，是由 MODIS 数字图 像 ( MYD13Q1，250 m 植被指数 16 d 合成产品) 处 理得到。夜间灯光指数是反应人类活动强度、城镇建设 用地和城市化水平的人文要素综合指标，夜间灯光 指数越高表征区域人居活动越活跃，说明区域人居 环境适宜性越高，两者之间呈正相关。夜间灯光指 数只等表征城市人居环境人文要素中积极因素的一 方面，还需要综合地被指数、空气质量指数以及陆 地交通可达性指数，全面反映城市人居环境的人文 适宜性。NPP/VIIRS 影像为月度数据，空间分辨率 为 15"，将上述数据投影转换为兰伯特投影，去除异 常值、年内融合校正，并重采样为 1 km×1 km。 大气污染由生产生活过程中等化石燃料燃烧 产生，是影响人类生活质量与身体健康的重要影响 因素。辽宁省作为重要的工业省份，工业生产导致 的空气污染问题对人居环境适宜性造成一定影响， 空气污染物同样会对人体健康产生危害，本文采用 空气质量指数定量描述空气污染对人居环境适宜性 的影响。 IAQI = IAQIup − IAQIlow Cup −Clow ×(Ci −Clow)+ IAQIlow AQI = max{IAQI1 ,IAQI2 ,···IAQIn } （6） 式中，AQI 代表空气质量指数，指数值越小表示空 气质量越好；IAQIi 为污染物 i 的空气质量指数；Ci 为污染物 i 的浓度；Cup、Clow 分别为 Ci 对应浓度区 间的高、低值；IAQIup、IAQIlow 分别为 Cup、Clow 的空 气质量分指数；n 为污染物种类数。 陆地交通可达性作为衡量研究区域人口资源 聚集流通便利程度的重要指标。日益完善的陆地交 通网络，是支撑辽宁省社会经济发展重要基础建设， 支撑着城市与城市之间人员、物质和信息等的交换 和流动，便利的交通条件更能够提升城市人居环境质量，提高城市人居环境适宜性水平[40]。以辽宁省 14 个地级市为空间节点建立交通网络，选取加权平 均旅行时间做为测度标准，运用成本距离加权分析 法，结合 2015 年辽宁省经济、人口、交通数据，评 价各个城市节点的陆地交通可达性。 Ai = ∑n j=1 ( Hi j ×wj ) ∑n j=1 wj （7） wj = √ Pj ×Gj 式中，Ai 为节点 i 的加权平均旅行时间，h，值越大 则可达性越差；n 为研究评价的节点个数，本文 n 为 14 个；Hij 为节点 i 到节点 j 的最短旅行时间；wj 为节点 j 的权重；Pj 为节点 j 的总人口；Gj 为节点 j 的 GDP 总量。 1.2.3 基于 GWR 模型评价人居环境综合适宜性 本文改进传统权重的算法，将传统的适宜性指 标与人口相关性确定权重，改为运用 GWR 模型计 算权重[6,25,39,41]。GWR 是传统线性回归的扩展，作为 局部回归统计方法，可以反映地理现象的空间非平 稳性，其各因子地理空间回归权重计算公式如下： Yi = β0 (ui , vi)+ ∑ k βk (ui , vi) xik +γi （8） 式中，Yi 为位置 i 处的人口密度；（ui ,vi）表示空间中 的位置 i 的坐标；β0（ui ,vi）表示截距值；xik 是位置 i 处的第 k 个独立变量；k 为自变量个数，范围为 1，… 8，对应不同的自然因素和人文因素指标；βk（ui ,vi）表 示位置 i 处的第 k 个自变量的系数；γi 表示位置 i处的随机误差。 基于 GWR 模型的人居环境指数评价法流程主 要可以分为 4 个步骤。利用 ArcGIS10.2 在辽宁省 范围内随机生成 3 000 个点，并将人口和归一化后 的自然、人文适宜性指标等 8 个数据项，提取到该 3 000 个点的属性中；基于所选取的点分别构建人 口与各个评价指标的 GWR 回归模型；通过回归系 数和 R 2 来判断适宜性因素对人口分布的影响程度， 计算各适宜性指标的权重；最后将辽宁省的人居环 境自然适宜性、人文适宜性以及综合适宜性划分为 3 类 7 级（表 2）。 2 结果分析 2.1 人居环境适宜性指数空间分异 2.1.1 人居环境自然适宜性指数空间分异分析 辽宁省人居环境自然适宜性指标空间分布如 图 2 所示。地形起伏度呈现东西部高中部低的状态 （图 2a），辽宁省中部为平坦的辽河平原，东部西部 山脉分别是长白山支脉和内蒙古高原，向中部辽河 平原的延续部分，地形起伏度指数最高值 0.286 分 布在东部山地区域。其中沈阳市、鞍山市的平均地形起伏度指数最低，地势平坦开阔；本溪市的平均 地形起伏度指数最高，地形以丘陵山地为主。归一 化植被指数呈现东西部高于中部以及沿海地区的分 布规律（图 2b），其中沈阳市、大连市归一化植被指 数最小为 0.004，综合城市绿地覆盖度较低；抚顺市、 本溪市、丹东市归一化植被指数最高为 0.92，城市 绿地面积比重高。辽宁省水文指数呈现出自东向西 逐渐减少的分布特征（图 2c），其中大连市水文指数 最低为 0.113，本溪市最高为 0.173，辽宁省水域面 积和年均降水量空间分布并不均匀，对辽宁省的人 居环境产生重要影响。温湿指数呈现西部、中部相 对较低，东部及沿海区域相对较高的特点（图 2d）， 其中朝阳市温湿指数最低为 0.134，丹东市最高为 0.306，东部和沿海区域相对中部西部区域气候温暖 湿润，人居环境适宜性较高。 2.1.2 人居环境人文适宜性指数空间分异分析 辽宁省人居环境人文单因子指数空间分布如 图 3 所示。地被指数呈现出中部和沿海地区明显高 于东部西部区域的空间分布特点（图 3a），其中沈阳 市、铁岭市较高为 0.96，朝阳市较低为 0.03，辽宁省 中部及沿海地区城市集聚，土地利用程度高，东西部丘陵山地广布，人居活动对土地资源开发程度较 弱。夜间灯光指数空间差异明显，呈现出城市明显 偏高，非城市则较低，中部城市空间集聚相连的特 点（图 3b）。各区域的空气质量指数差异明显，中部 的沈阳市、辽阳市、鞍山市等的空气质量差，东部区 域的本溪市、抚顺市、丹东市等的空气质量相对较 好（图 3c）。陆地交通通达型指数呈现出以葫芦岛 市、沈阳市、大连市为中心，多中心相连接向东西方 向逐渐减小的圈层分布特征（图 3d），其中沈阳市、 葫芦岛市、大连市最高为 1.0~1.5 h，朝阳市最低为 4.0~4.5 h，辽宁省交通网络以中部地区与沿海地区 交互相连的交通网络结构，发达的交通条件为城市 人居环境提供良好的发展环境。 2.1.3 人居环境综合适宜性指数空间分异分析 基于 GWR 模型实现辽宁省城市人居环境的自 然、人文和综合适宜性的量化空间分析，并进行空 间量化分析。自然适宜性指数空间分布显示出中部 及沿海地区高于东西部地区的特征（图 4a）。其中， 沈阳市、大连市以及营口市的自然适宜性指数最高 为 0.62，本溪市、抚顺市、朝阳市的自然适宜性指数最低为 0.21。辽宁省人居环境自然适宜性受到地形 起伏程度，到海的距离影响较明显，地形越平坦对 于人居环境的布局发展越有优势，距离海域越近， 海洋性气候湿润人体舒适度高，因此中部平原和沿 海地区的自然综合适宜性明显优于西部东部山地丘 陵地区。 人文适宜性指数空间分布显示（图 4b），中部、 东部、西部的适宜性指数依次递减的纵向分布特征。 其中，沈阳市、葫芦岛市、大连市最高为 0.85，朝阳 市最低为 0.30。辽宁省中部较其他区域而言，地势 平坦利于土地利用开发，交通路网密集人口资源流 通便利，城市人口集聚工农业发展迅速，人文适宜 性指数较高。东部和西部地区受到地形起伏度等自 然因素的限制，土地利用程度受人类活动干扰程度 较低，空气环境较好，但陆地交通便利程度不及中 部和沿海地区，人文适宜性指数较低。 辽宁省人居环境综合适宜性指数空间分布显 示出（图 4c），中部高东西两侧相对较低的纵向排列， 沿渤海湾、黄海海岸地区优于内陆区域的环形分布， 纵向与环形相结合的空间分布特征。大连市的综合适宜性指数最高为 0.801，朝阳市最低为 0.213。中 部和沿海地区地势平坦，气候温和，交通便利，人口 资源流通发展迅速，人居环境综合适宜性高；东部 西部地区为山地丘陵地形，城市发展，产业布局，交 通基础设施建设均受到自然环境的限制，人居环境 综合适宜性指数相对较低。 2.2 人居环境适宜性等级空间分异分析 基于 GWR 模型对辽宁省城市人居环境适宜性 指数分级（图 5，表 2），适宜地区面积约为 8.02 万 km2 ，占比 54.19%，其中自然适宜地区面积约为 6.12 万 km2 ，占比 41.35%，人文适宜地区面积约为 8.68 万 km2 ，占比 58.65%；集中分布于辽宁省的中 部及沿海区域，地势平坦，土地利用系数高，交通便 利，适合城市化发展及布局，城市人居环境综合适 宜性等级最高，其中，人文适宜地区面积高于自然 适宜区域，原因在于综合地表覆盖、交通便利性、空 气质量条件等人居活动因素和区位条件因素，适合 开展人居活动的区域多于自然适宜性区域。临界适 宜地区面积约为 6.43 万 km2 ，占比 44.53%，其中自 然适宜地区面积约为 6.48 万 km2 ，占比 44.87%，人 文适宜地区面积约为 5.55 万 km2 ，占比 38.33%；分 布在东部低山丘陵地区，东部地区较西部基础自然 环境相对较好，地形起伏相对平缓，气候湿润，植被 覆盖度高，水资源相对丰富，属于临界适宜性地区。 不适宜地区面积约为 0.52 km2 ，占比 3.74%，其中 自然适宜性地区的面积大约为 1.05 km2 ，占比为 7.17%，人文适宜性地区面积大约为 1.44 km2 ，占比 为 3.01%；分布在辽宁省西部的山地丘陵地区，地 形起伏度大，气候干燥、水资源紧缺，不利于工农业布局发展以及陆地交通建设，因此城市人居环境适 宜性最低。 2.3 人居环境综合适宜性指数与人口经济空间一 致性分析 采用空间相关性系数作为空间一致性分析，辽 宁省人居环境综合适宜性与人口、GDP 密度空间分 布格局基本一致，大体上都呈现中部高于东西两侧 的特点。综合适宜性指数与人口、GDP 密度的相关 性系数分别为 0.198 和 0.182，辽宁省人口经济基 本分布在人居环境综合适宜性指数 0.31~0.80 的人 居环境适宜地区，辽宁省人居环境布局发展充分开 发利用了综合适宜性指数高的地区。以沈阳市大连 市为空间集聚的中心（图 6）。各适宜性单因子指数 和综合适宜性指数，与人口密度、GDP 密度都有很 高的空间一致性（表 3），其中地形起伏度指数、陆地 交通可达性指数以及空气质量指数与人口密度、 GDP 密度空间分布呈现负相关，其他指数呈现正相 关。夜间灯光指数直接反应人口和 GDP 的聚集状 况，因此夜间灯光指数与人口、GDP 密度空间分布 的相关性最高，分别为 0.213 和 0.194；水文指数空 间一致性指数最小分别为 0.068 和 0.046。 累计百分比曲线能够直观的显示，在不同等级 综合适宜性区域是否聚集等百分比的人口经济，适 宜性相对较好的区域是否得到充分利用。为了更精 确地反映人口经济与人居环境综合适宜性的一致性 和差异性，绘制了以人居环境综合适宜性指数为 横坐标，人口、GDP 和土地面积累积百分比曲线 （图 7）。人口、经济与土地面积累积百分比均呈“S” 型曲线，趋势相似，但并非完全重合。当 HSCI 在0.21~0.41 时，人口、经济累积百分比大于土地累积 百分比，在适宜性较低的 17.3% 的土地上聚集了 约 18% 的人口，土地为过饱和状态；当 HSCI 为 0.41~0.68 时，人口、经济累积百分比小于土地累积 百分比，在适宜性中等的 72.3% 的土地上聚集了 约 72% 的人口，土地为未饱和状态；当 HSCI 为 0.68~0.80 时，人口、经济累积百分比与土地累积百 分比几乎相等，在适宜性最高的 10% 土地上，聚集 了约 10% 的人口，土地处于恰好饱和状态。两曲线 间距较小说明虽然有土地处于未饱和以及过饱和状态，但其程度较小，说明辽宁省人口经济分布与人 居环境适宜性分布基本协调。 某区间的人口经济累积曲线斜率反映处于该 区间的人口经济数量。当 HSCI 为 0.46 时，斜率最 大，说明人居环境适宜性指数为 0.46 的土地上人口 经济分布最密集。随着距 0.46 值越远，斜率越小， 人口分布越少，呈正态分布规律，说明辽宁省人口 经济在人居环境最好以及中等水平的地方分布最多。 整体来看，HSCI 大于 0.53 的土地约占 20%，聚集 了约 18% 的人口 ；HSCI 小于 0.53 的土地约占 80%，聚集了约 82% 的人口，说明辽宁省人口经济 与人居环境适宜性分布较为协调，人居环境适宜性 相对较好的土地得到了充分利用。
3 结论和讨论 3.1 结论 1）受东西两侧丘陵山地地形向中部平原倾斜 过渡的影响，东西两侧地形的起伏度指数明显高于 中部；植被覆盖条件东部明显优于中西部地区，中 部及沿海地区归一化植被指数最低；水文条件与气 候条件相同，呈现由东向西逐渐递减的分布特征； 西部较中部、东部地区相比，水资源更加紧缺更加 炎热干燥。总体来看，辽宁省人居环境自然适宜性 空间上呈顺应山脉走向的东北—西南方向条带装分 异规律，中部及沿海城市的自然适宜性指数高于东 部西部城市。 2）地被指数与夜间灯光指数都呈现中部与沿 海区域较高、东部西部较低的空间分异特征；陆地 交通通达性指数整体较高，空间差异相对较小，以 沈阳市、大连市、葫芦岛市为中心，空间分布呈现多 中心相连，向东西方向逐渐减小的圈层结构分布特 征；空气质量指数与社会经济发展密切相关，中部 城市社会经济发展良好同时付出破坏生态环境的代 价，中部城市的空气质量明显劣于东西部城市。总 体来看，辽宁省人居环境人文适宜性指数中部最高， 东部次之，西部最低。 3）综合适宜性空间分布呈现出，中部及沿海区 域综合适宜性最高，东部次之西部最低，顺应地形 走势的东北—西南方向的纵向形与沿海弧形相结合 的空间分布规律。其中，沈阳市、大连市、鞍山市的 综合适宜性指数最高，本溪市、朝阳市的综合适宜 性指数最低。 4）辽宁省的人口 GDP 密度与人居环境综合适 宜性指数的分布空间基本一致，相关指数分别为 0.198 和 0.182。其中地形起伏度指数、夜间灯光指 数、陆地交通可达性指数以及空气质量指数与人口 密度、GDP 密度空间分布呈现负相关，其他指数呈 现正相关。辽宁省人口经济与人居环境适宜性分布 相对协调，城市人口经济聚集于人居环境水平较好 的地区，人居环境适宜性高的土地得到了充分 利用。 3.2 讨论 为提升辽宁省整体综合人居环境适宜性，建设 布局均衡、可持续发展的人居环境，需要改善辽宁 省城市绿化环境，提高城市聚集区的植被覆盖率， 改善城市人居环境的舒适性；优化土地利用空间结构，提高东部西部丘陵山地区域的土地利用效率； 加强东部和西部的交通基础设施建设，充分利用辽 宁省地理区位优势，加强辽宁省内部以及与相邻省 份地区的交通便利性，提高人流物流流通量；转变 产业结构与经济发展模式，提高服务业和高科技创 新产业比重，经济转型实现可持续发展。逐渐增强 人们日常生活中的环保意识，从生产生活两方面改 善日常生活环境，改善城市空气质量，提升整体城 市人居环境质量。 本文以省域范围为研究空间尺度，综合自然和 人文适宜性要素，基于 GWR 模型构建人居环境综 合适宜性评价模型，探讨城市人居环境综合适宜性 空间分异特征，以期更好的建设布局辽宁省人居环 境。但由于遥感数据的精度较低，社会经济统计数 据存在一定误差，可能会在一定程度上对研究结果 的准确性造成影响。对人居环境适宜性演变进行未 来预测，和以及人居环境建设提出针对性的优化建 议，是今后仍需要进一步研究的问题。