西南山区地形起伏度与经济发展水平空间集聚特征分析

2020-08-06杨梅吴映梅

牡丹江师范学院学报（自然科学版） 2020年3期

杨梅吴映梅

摘要：以云南省90 m分辨率的SRTM DEM为源数据，分析云南省地形起伏度的分布特征.筛选构建空间自相关模型，探究云南省县域经济发展水平的时空演变格局.结果表明：云南省地形起伏度的最佳分析窗口大小为11×11;地形起伏度由西北向东南梯度递减，与海拔关系密切，两者存在线性关系;地形起伏度与经济发展水平呈显著空间负相关关系，呈高—低，低—高，高—高，低—低四类空间分布集聚，其中高—低水平区集中在云南省西部，低—高水平区集中在云南省中部.

关键词：地形起伏度;空间集聚;云南省

[中图分类号]P208 [文献标志码]A

Abstract：Based on the SRTM DEM of 90 m resolution in Yunnan Province，and analyze the distribution characteristics of the Relief Degree of Land Surface in Yunnan Province.Through the spatial autocorrelation model，the spatial and temporal evolution pattern of county economic development level in Yunnan Province is discussed.The results show that： The optimal analysis window size of the Relief Degree of Land Surface of Yunnan Province under SRTM DEM source data of 90 m resolution is 11×11;The Relief Degree of Land Surface decreases from the northwest to the southeast，and is closely related to the altitude.There is a linear relationship between the two，The Relief Degree of Land Surface has a significant spatial negative correlation with the economic development level，which is high-low，low-high，high- high， low-low four types of spatial distribution，of which high-low horizontal areas are concentrated in the western part of Yunnan Province，and low-high level areas are concentrated in the central part of Yunnan Province.

Key words：the relief degree of land surface;spatial agglomeration;Yunnan Province

地形起伏度是影響山区经济发展的重要地形因子.西南地区是我国垂直梯度分异与地表割裂程度最为明显的地区之一，受地理环境、历史沿革和社会人文多样等条件影响，经济相对东部平原地区欠发达.[1]云南省位于我国西南边陲，区域内高差悬殊，地貌类型复杂多样，山区面积占其土地面积的94%，是西南山区的典型代表.地形起伏度综合表征区域海拔与地面割裂程度，影响区域社会经济发展、人口分布和交通布局.已有研究多从国家层面[2]的大尺度和地区层面的小尺度[3-5]展开，研究区多以经济发达[6-8]的行政单元为主，对大中尺度的欠发达区域[9]研究较少.研究方法上普遍采用以拟合曲线为主的回归分析[10-12]，忽略了空间异质性与依赖性.本文以90 m分辨率的SRTM DEM数据为基础，利用ArcGIS中的栅格计算器提取各县域平均地形起伏度，使用自然断点法对其分级，通过全域空间自相关、局域空间自相关、局域空间自相关分布及显著性检验，研究各县区经济发展水平的时空演变格局.

1 研究区概况

云南省位于中国西南边陲，与川、藏、黔等省市自治区相邻，与缅甸、越南、老挝3个国家交界，辖区面积39 Wkm2，居中国第8位.地势西高东低，西北方向多海拔3 000 m及以上的山脉，东南方向以低山、浑圆丘陵和坝子为主，东西海拔差值达到6 000多米，高低悬殊.地形复杂，山是主要特征，在山区、丘陵、高原和大坝上有多种类型的地貌.境内河流众多，年径流量达到200 km3，三倍于黄河，且河流落差都很大，蕴藏有巨大的水能资源.气候复杂多样，区域季节降水呈现出极不均匀的分布特征，年均降水在1 100 mm左右，部分南部地区降雨量达到1 600 mm以上.云南省有129个县级行政单元，截至2017年底，有人口4 800.5万人，GDP 16 376.34亿元.

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

采用基本格网单位为90 m×90 m的云南省SRTM DEM数据和云南省县域2007-2017年社会经济发展数据.SRTM DEM数据下载平台为地理空间数据云，grid网格格式，坐标投影为WGS_1984_Albers.县域2007-2017年社会经济数据来源于《云南统计年鉴》《云南科技统计年鉴》《中华人民共和国分县市人口统计资料》与各地区统计公报.

2.2 研究方法与模型设定

2.2.1 地形起伏度的提取

确定最佳分析窗口分析窗口范围设置合理与否影响着区域地形起伏度的提取效果.以SRTM DEM数据为基础，通过ArcGIS空间分析模块中的Neighborhood Statistics及Raster calculator完成窗口分析.采用矩形窗口提取地形起伏度，按3×3，5×5，7×7，…，35×35（步距为2）的窗口大小依次移动，提取分析窗口范围内高程的MAXMUM和MINIMUM，计算高程差[MAXMUM—MINIMUM].[MAXMUM—MINIMUM]即对应分析窗口下的地形起伏度值.高程差随空间分析领域的扩展而增大，即不同尺度、地形与不同数据类型下的分析窗口亦不同.将分析窗口面积与平均起伏度值进行相关分析，得到拟合曲线y=0.966 6 x0.4 063，R2=0.985 7，图1.拟合效果良好.曲线上存在唯一一个平均高差增幅由陡变缓的拐点，该点所对应的面积既为笔者寻找的最佳分析窗口.为避免目视判断幂数拟合曲线拐点所产生的误差，研究选用均值变点法求证该点.[13]

3 地形起伏度的分布规律

以县域为研究单元，将各县域平均地形起伏度用GIS软件中自然间段分级法进行划分.参考地貌制图规范中的基本形态划分，将云南省地形起伏度划分为高水平区（6.4 134～8.6 313）、较高水平区（5.0 538～6.4 134）、中水平区（3.8 761～5.0 538）、较低水平区（2.4 215～3.8 761）和低水平区（1.1 586～2.4 215）5个级别（图3），并对各类型区进行统计分析.

高水平区包括香格里拉、德钦和贡山等8个区县，平均海拔2 785 m，占云南省面积的10.88%.该类区县多位于横断山区，地貌类型为高山峡谷，地表割裂程度大.较高水平区包含腾冲、鲁甸、会泽等22个区县，平均海拔2 011 m，占云南省面积的19.99%.该类区县多处于山间河谷地形区，地表割裂程度较高水平区低，落差较小.中水平区包括大关、彝良、施甸等38个区县，平均海拔1 686 m，占云南省面积的28.76%.较低水平区包括祥云、开远、弥勒等40个区县，平均海拔为1 548 m，占云南省面积的32.20%.低水平区包括西山、盘龙、五华等21个区县，平均海拔1 785 m，占云南省面积的8.17%，该类区县地势较平坦，大部分县区经济发展较好.

县域平均地形起伏度与平均海拔均呈现出从西北向东南逐渐降低的趋势.为使二者间的关系更清晰，对其进行回归分析，确定联立方程式（图2）.如图2所示，二者为线性关系，R2=0.339 4，且通过了5%的显著性检验，相互关系可用公式表达为：y=161.9x-870.46.整体上，地形起伏度随平均海拔的增加而增大，平均海拔高的区域地形起伏度也较高，平均海拔低的区域地形起伏度也较小.局部区域，如云南省西南部与南部部分低海拔水平地区由于受到澜沧江、元江等河流侵蚀切割作用的影响，地形起伏度较大.真实地反映出云南省以山区为主且复杂多样的地形地貌特征，影响着云南省县域经济的空间分布格局.

4 地形起伏度对经济发展水平的空间集聚特征分析

4.1 全域空間自相关

使用Geoda软件计算结果表明，2007年和2017年地形起伏度与经济发展水平双变量空间自相关Moran's I值分别为-0.251，-0.264，均通过P<0.05检验，说明云南省地形起伏度与经济发展水平呈负相关，即地形起伏度大，经济发展水平低;地形起伏度小，经济发展水平高.从图3看，2007与2017年，观测点大多均匀落在第Ⅱ、Ⅳ象限，而落在第Ⅰ、Ⅲ象限的点较少，表明地形起伏度与经济发展水平更多地呈高低、低高聚集趋势，即地形起伏度大，经济发展水平较低的单元与周围同样地形起伏度大，经济发展水平较低的单元发生聚集，而地形起伏度小—经济发展水平较高的单元也与周围地形起伏度小—经济发展水平较高的单元发生聚集.

4.2 局域空间自相关

县域地形起伏度与县域经济发展水平呈显著空间负相关关系，呈现出高—低，低—高，高—高，低—低四类集聚区.其中高地形起伏度—低经济发展水平区集中在云南省西部，低地形起伏度—高经济发展水平区集中在云南省中部.2007到2017年，地形起伏度与经济发展水平空间分布关系发生较大变化：高低聚集的县区数量保持12个，低高聚集县区数量由18个变到19个，高高聚集保持1个不变.临沧、保山、红河的一些县区由不显著变为高低聚集，五华区由不显著变为低高聚集.地形起伏度与经济发展水平之间的关系有高—低、低—高、高—高、低—低四种类型：

高—低型相对于周围地区，地形起伏度较大、经济发展水平较低的区域，分布在迪庆、怒江、丽江的部分县区.这些地区平均地形起伏度在200 m以上，农业占有相当大的比重，第一产业产值占比多在25%左右，但因地形起伏度大，可利用土地较少，且多禁止开发区，土地开发利用多受阻，农业发展受限.区域内有多著名旅游景点，有丰富的旅游资源，旅游开发潜力大，因自然条件恶劣、区位条件差、交通不便等因素严重阻碍了区域经济发展.

低—高型地形起伏度较小、经济水平较高的区域，分布在昆明市及其附近.这些地区地处成都平原，平均地形起伏度在50 m左右，地形起伏度小，自然条件优越，铁路公路密集成网，交通发达，人口密集，为云南省经济核心地区.

高—高型地形起伏度较大、经济发展水平较高的区域，分布于武定县、禄劝区、易门县、寻甸县.武定县、禄劝区属于楚雄州，境内铁矿等矿产资源丰富，第二产业产值占比在40%以上，工业发达.寻甸县是昆明市的组成部分，易门县紧邻昆明市区，受市区辐射带动作用强，这些地区地形起伏度虽较大，但因自然资源或地理位置优势，经济水平较高.

低—低型地形起伏度较小、经济发展水平较低的区域，分布于孟连县、西盟县、澜沧县、江城县.孟连县第一产业产值占比在30%以上，农业比重过大，第二产业产值不足30%，工业不发达，加之其地理位置较差，交通不便，人口较少，因而虽地形起伏度小但经济水平仍较低.澜沧县成为低—低型的主要原因是人口基数大.该类地区2017年GDP均在60亿元以上，生产总值并不低，其与地形起伏度的空间关系也表现为不显著型，但该类地区年末常住人口均超过35万人，人口基数庞大，导致其人均GDP仅1.5万元左右，低于云南省平均水平3.4万元，这也侧面说明了该类地区还没有充分发挥地形优势，经济不够发达.[15]

5 结论及启示

研究以分辨率为90 m×90 m的SRTM DEM为源数据，Arcgis 10.2为主要平台进行数据处理，采用领域分析法，提取云南省特定分析窗口下的地形起伏度，采用均值变点法，确定云南省地形起伏度最佳分析窗口，分析最佳分析窗口下地形起伏度的分布特点，进而探究云南省地形起伏度对经济发展水平空间集聚的影响，得出以下结论：

（1）以云南省为代表的西南山区地形起伏度的最佳分析窗口大小为11×11（分辨率为90 m×90 m的SRTM DEM源数据）.

（2）平均地形起伏度和平均海拔存在线性关系，R2=0.3 394.总体上有高海拔、高地形、低海拔、低地形;局部低海拔地区受河流切割作用影响，地形起伏度也较大.反映出云南省以山区为主，且地形地貌复杂多样的特征，影响着云南省县域经济发展的时空分布格局.

（3）地形起伏度与经济发展水平呈显著空间相关关系，空间分布上主要呈现出高—低、低—高、高—高、低—低四类集聚区，其中高地形起伏度—低经济发展水平区集中在云南省西部;低地形起伏度—高经济发展水平区集中在云南省中部.

（4）不同地域地形起伏度和经济发展有差异，因此，区域未来发展应因地制宜.丽江、迪庆、怒江等地区地形起伏度大，区域内旅游资源丰富，但自然环境承载力较差，不适宜大量人口集聚，人口發展不是主要任务，未来应着力于改善交通条件，努力提高经济水平.昆明市无论是从GDP还是人均GDP上看均是经济发达地区，未来在发展自身的基础上还应充分发挥带头作用，带动周边地区乃至全省的经济发展.澜沧县、永德县等地人口基数相对较大，未来应适当控制人口增长，努力提高经济水平.昭通、文山等虽然受地理环境资源等因素影响，但地形对经济发展水平无显著影响.这些城市依赖于水电、矿产或旅游业的发展，未来应在优势产业的基础上发展其他产业，促进经济全面发展.地形是一个综合的自然要素，地形起伏度仅是地形特征的一个派生，未来可以从高度、坡度、坡向等多地形特征深入探讨地形与经济的关系.

参考文献

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