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地球信息科学学报 >

2017 , Vol. 19 >Issue 2: 225 - 237

DOI: https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2017.00225

地理空间分析综合应用

西藏一江两河地区人口分布与地形要素关系分析

  • 赵彤彤 , 1, 2 ,
  • 宋邦国 1, 2 ,
  • 陈远生 , 1*, * ,
  • 闫慧敏 1 ,
  • 徐增让 1
展开
  • 1. 中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101
  • 2. 中国科学院大学,北京 100049
*通讯作者：陈远生（1962-）,男,安徽怀宁人,研究员,研究方向为水需求管理。E-mail:

作者简介：赵彤彤（1989-）,女,山东茌平人,博士生,研究方向为高原生态环境与民生的关系。 E-mail:

收稿日期: 2016-09-19

  要求修回日期: 2016-11-04

  网络出版日期: 2017-02-17

基金资助

国家科技支撑计划项目（2013BAC04B03）

国家重点研发计划项目（2016YFC0502004）

国家自然科学基金项目（41571496）

收起

Analysis of Population Distribution and Its Spatial Relationship with Terrain Elements in the Yarlung Zangbo River, Nyangqu River and Lhasa River Region, Tibet

  • ZHAO Tongtong , 1, 2 ,
  • SONG Bangguo 1, 2 ,
  • CHEN Yuansheng , 1, * ,
  • YAN Huimin 1 ,
  • XU Zengrang 1
Expand
  • 1. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
  • 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
*Corresponding author: CHEN Yuansheng, E-mail:

Received date: 2016-09-19

  Request revised date: 2016-11-04

  Online published: 2017-02-17

Copyright

《地球信息科学学报》编辑部 所有
Fold

摘要

地形条件是影响区域人口分布的最基本的因素之一,本文基于1 km×1 km人口空间分布公里网格数据定量分析一江两河地区人口分布基本特征及其与高程、坡度、坡向、地形起伏度等地形要素之间的关系,有助于揭示西藏高原人口分布现状的本质、理解人口空间分布结构特征,对于今后宜居地选址、改善农牧民人居环境、制定区域经济发展政策,促进区域内人口、资源与环境可持续发展具有重要意义。研究结果表明：① 一江两河地区90%的区域人口密度不足10人/km2,80%的人口分布在不足5%的土地上,人口分布比较集中。当前一江两河地区有2个主要的人口集中区,分别是拉萨市城关区和日喀则地区日喀则市,拉萨市城关区尤其显著。② 一江两河地区人口沿河分布,80.46%的人口居住在距离河流10 km以内区域,人口总数、人口密度与距河流距离呈明显的指数关系,距离河流2 km以内的区域人口密度高于50人/km2;③ 近99%的人口分布在海拔4500 m以下,当高程超过3800 m时,人口密度随海拔升高呈下降趋势;④ 近70%的人口分布在坡度小于15°的区域,而且随着坡度越大,人口密度越小,人口分布受坡向的影响不明显;⑤ 地形起伏度对人口分布的影响显著,近85%的人口分布在地形起伏度小于800 m的区域,人口密度与地形起伏度之间为倒指数关系。

关键词： 公里网格; 人口分布; 地形要素; 一江两河地区

本文引用格式

赵彤彤 , 宋邦国 , 陈远生 , 闫慧敏 , 徐增让 . 西藏一江两河地区人口分布与地形要素关系分析[J]. 地球信息科学学报, 2017 , 19(2) : 225 -237 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2017.00225

Abstract

The Yarlung Zangbo River, Nyangqu River and Lhasa River Region (the YNL River Region) is the political, economic and cultural center of Tibet, with large population and more developed economy. In this region, there are a variety of complex terrain units, such as mountain plateau, valley plains, and the geomorphological conditions directly or indirectly affect population distribution in this region. Study on the relationship between population distribution and complex topography can be helpful to reveal the present situation of population distribution and understand the spatial structure of population distribution. This study will play an important role in selecting a livable site, improving living environment of the farmers and herdsmen and making the policy of regional economic development. This study will have great significance on the sustainable development of the population, resources and environment in this region. Based on the STRM DEM (30 m) and 1km×1km population density raster data in 2010, we used spatial analysis of ARCGIS 10.1 and raster calculation to extracted terrain features data from DEM. This paper analyzed the population distribution in the YNL River Region, Tibet and quantified the relationship between population distribution and topographical parameters, i.e. elevation, slope, aspect and relief degree of land surface (RDLS). The results showed that: (1) The population density in 90% of the total area of the YNL River Region is less than 10 persons / km2, and 80% of the population distributes in less than 5% of the land. The population distribution is relatively concentrated. At present, there are two main population gathering area in YNL River Region, Chengguan District in Lhasa and Shigatse City in Shigatse Region. Lhasa Chengguan District is particularly significant. (2) Population shows a significant characteristic of distribution along the river. 80.46% of the population lives in the area less than 10 km to the river and there is a significant exponential correlation between population and the distance to rivers. The population density within 2 km from the river is higher than 50 persons / km2. (3) Nearly 99% of the population locates at an altitude of 4500 m or less. When the altitude exceeds 3800m, population density with elevation shows a downward trend. (4) Nearly 70% of the population distributes in the area with slope gradient less than 15°. The greater slope, the smaller population density. The slope aspect has no significant influence on population distribution. (5) RDLS has a relatively significant influence on population distribution. 85% of the population is located in the regions with RDLS less than 800 m. The population density and RDLS are in inverse exponential relationship.

Key words： kilometer grids; population distribution; terrain; the YNL River Region, Tibet

1 引言

人口空间分布是一定时期人口在某一区域内的空间存在形式[1-2],一直是人口研究领域的重要内容[3]。人口空间分布是区域内自然因素、社会经济因素、政治因素等共同作用的结果[4],人口空间分布差异是区域差异的客观反映,人口数量变化和空间分布通过改变粮食需求、土地利用覆被等直接或间接影响全球气候和生态过程[5],探讨区域人口空间分布规律是研究区域人口、资源与环境协调发展的基础[6],为解决经济环境问题,制定相关政策提供重要依据。
人口空间分布受自然条件和社会经济条件的制约。在自然因素中,地形地貌和河流对人口分布的影响极其重要[7]。随着技术条件的发展,目前国内外许多学者利用GIS空间分析方法对人口空间分布做了大量的研究[8-9],当前用来研究人口分布的指标主要包括人口密度[10]、人口重心、人口集聚等,研究方法主要包括空间自相关[11]、地统计学方法[8,12]、人口重心迁移模型[13]等,其中最常用的方法是利用空间自相关模型检验人口密度的空间关联程度,如高超、金凤君等利用空间自相关模型分析出南非的人口高度集聚区在大都市和沿海港口城市[11];随着人口数据空间化技术的逐步提高,人口分布研究单元也从行政单元发展为更加精细的1 km×1 km人口公里网格数据,数据形式更多样,有利于开展多方位、多角度的人口分布研究。人口、资源、环境与发展问题是当今世界面临的大问题,人口分布受自然环境与资源条件的限制。对于人口分布与自然因素间关系,很多学者从地形因素的角度分析了人口分布的空间特征及其与地形因子之间的相关性,结果表明人口分布与地形因子（如高程、坡度、坡向等）有较强的相关性[14-15]。近年来,封志明等探讨分析了中国人口分布的土地资源和水资源的限制性和限制度[16],进一步深入了人口与资源环境关系的地域格局与变化规律的研究。
青藏高原被成为世界的“第三极”,地形地貌复杂、高原气候独特,是形成青藏高原自然环境复杂性和生态脆弱性的主要驱动力,复杂的地形地貌及高原气候也是造成青藏高原人口分布不均衡、制约区域经济发展的主要原因。廖顺宝、孙九林等利用GIS工具定量分析了青藏高原人口分布与海拔高度、土地利用、道路网、河流水系等环境因素之间的关系[17]。一江两河地区是西藏的政治、经济、文化中心,是人口较为集中、经济较为发达的区域,地形地貌复杂多变。研究一江两河地区的人口分布特点及其与地形地貌之间的关系对于指导区域可持续发展具有重要的意义。事实上,2011年唐伟、钟祥浩等以县域为基本单元,利用统计年鉴数据以县域为空间对一江两河地区1990-2008年人口分布空间格局的演变进行了分析[18],研究结果表明一江两河地区人口密度和人口总数明显增长,人口分布趋于多核心集中。
目前,针对一江两河的研究主要以县域为基本单元,这种研究单元的划分方法默认县域内人口均匀分布,不能反映实际情况,而格网化人口分布数据比行政单元人口密度数据能更直观地表达人口的真实分布状况[19]。西藏一江两河地区复杂多变的地形造成了区域内人口分布的差异性,本研究利用1 km×1 km人口空间分布公里网格数据,在ArcGIS 10.1中采用栅格计算、分区统计、缓冲区分析等空间分析与统计方法,定量分析了人口空间分布与河流、海拔、坡度、坡向、地形起伏度等因素之间的关系,有利于了解一江两河地区人口分布格局与自然环境的相互关系。

2 研究区概况

西藏“一江两河”地区（the Yarlung Zangbo River, Nyangqu River and Lhasa River Region,简称the YNL River Region）,指西藏自治区的雅鲁藏布江中部及其主要支流拉萨河和年楚河的中部流域地区,位于青藏高原南部,地理位置为28°20′~30°20′ N,87°00′~92°35′ E,东至墨竹工卡县和桑日县,与林芝地区相邻,西至日喀则地区谢通门县,毗邻那曲地区,南北介于喜马拉雅山脉北麓与冈底斯山-念青唐古拉山脉之间,是东西狭长的河谷地带,属于藏南山原宽谷区的主体部分（图1）。一江两河地区土地面积约6.67万km2,占西藏自治区总面积的5.48%,包括拉萨市、日喀则地区和山南地区的18个县（市、区）,人口数量约占西藏总人口的三分之一。区内土地平坦、自然条件优越,经济水平优于西藏自治区其他区域。
Fig. 1 The map of YNL River Region

图1 一江两河地区地理位置示意图

西藏一江两河地区平均海拔在3500~4500 m之间,地势西高东低,南北高中间低,雅鲁藏布江自西向东横贯中部,其干流及支流谷地海拔均在4100 m以下,最低的桑日东南河谷为3237 m,羊卓雍湖西岸的宁金康沙峰海拔7212 m,是本区的最高峰。一江两河北部山脊海拔5000~5500 m,是藏南与藏北气候分野之重要地理界线。一江两河地区多数河流谷地的宽度在2~5 km之间,但在拉萨河、年楚河等支流与干流汇合处,最宽超过10 km。一江两河地区河流两岸地形平缓,多为河漫滩、冲积阶地与洪积扇等,是西藏自治区耕地和人口集中分布区。

3 数据来源与数据处理

3.1 数据来源

本文所用的数据主要有：① 30 m数字高程模型数据（DEM）,来源于中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站(http://www.gscloud.cn);② 2010年人口空间分布公里网格数据,精度为1 km×1 km,来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn);③ 全国 1: 10 万县级行政区划矢量数据;④ 1:100万河流矢量数据。

3.2 数据处理

（1）对人口栅格数据进行精度检验。人口空间分布公里网格数据是在分县人口统计数据的基础上,考虑人口-自然要素的地理分异规律,通过空间插值生成的1 km×1 km栅格数据,每个栅格的值为该平方公里的人口数。生产方法是：根据人口增长和区域差异特征分层分区建模,建设各区内同意土地利用类型人口密度相同,各区内选取N个样点县,利用最小二乘法计算各土地利用类型人口密度,重置格网,按照各土地利用类型面积权重计算人口密度[20],格网尺度的人口空间分布格局分析能够较清晰地反映县、乡镇内部的人口空间分布状况[21]。实际工作中,首先利用ArcGIS区域统计功能,计算出一江两河地区各县人口数量,与西藏统计年鉴2010年各县人口数据进行对比,发现人口栅格数据最大误差为16.8%,最小误差为1.2%,平均误差为8.9%,抽样精度90%以上;其次利用将人口栅格数据转成kml格式的数据导入Google Earth 中,对比土地利用情况调整异常值,确保数据可用。
（2）利用ArcGIS的多环缓冲区功能,对河流建立每隔1 km的河流多环缓冲区（1~10 km,共10环）,并统计距离河流不同距离的人口数量,计算人口密度,定量分析人口分布与河流的关系;
（3）利用ArcGIS中的空间分析工具箱（Spatial Analysis）中的表面分析工具（Surface Analysis）,提取坡度、地形起伏度等数据,利用区域统计方法定量分析不同高程、坡度、地形起伏度的人口分布情况。
具体提取地形起伏度的方法为利用ArcGIS 10.1中的块统计分析命令,选择100×100的栅格单位的矩形窗口作为分析单元,分别从DEM中提取出最低海拔（HMAX）和最高海拔（HMIN）,地形起伏度是一定面积内最高海拔与最低海拔之差,表示为：
RDLS = HMAX - HMIN （1）
式中：RDLS表示地形起伏度;HMAX表示最高海 拔/m;HMIN表示最低海拔/m。

4 人口空间分布特征

4.1 人口空间分布的区域差异分析

2010年西藏一江两河地区人口总数为102.21万,平均密度为17人/km²。对一江两河地区1 km×1 km人口空间分布公里网格数据进行人口密度分级（图2）并分类统计人口数量（表1）。
Tab. 1 The classification of population density in YNL River Region

表1 西藏一江两河地区人口密度分级统计表

人口密度/
(人/km²)		 人口 土地 分布区域
总量/104人 比例/% 面积/104km² 比例/%
0~10 0.50 0.49 6.01 90.05 一江两河地区大部分区域
11~50 5.81 5.68 0.20 3.04 距离河流较远的地区
51~100 11.99 11.73 0.16 2.43 雅鲁藏布江日喀则、山南段支流部分县域乡镇,拉萨河堆龙德庆段支流区域
101~300 45.93 44.94 0.26 3.92 年楚河、拉萨河及其支流两岸谷地
301~500 8.21 8.03 0.02 0.33 雅鲁藏布江日喀则段和山南段及其支流零星城镇,拉萨河及其支流部分区域
>500 29.76 29.12 0.02 0.23 拉萨河谷、泽当平原、年楚河流域（包括拉萨市城关区、日喀则市驻地、山南地区驻地乃东县泽当镇以及流域内县政府驻地）
人口密度小于10人/ km²的区域面积最大,所占比例高达一江两河地区总面积的90%,人口数量却只占区域人口总数的0.5%;其次是人口密度介于101~300人/ km²的区域,面积占比接近4%,人口占比为3.92%;人口密度大于500人/ km²的区域仅占总面积的0.23%,人口数量却占区域人口总数的29.12%（表1）。可见一江两河地区80%以上的人口分布在不足5%的土地上,人口空间分布比较集中。
Fig. 2 The population density of YNL River Region

图2 一江两河地区人口分布图

根据图2,人口密度超过500人/ km²的区域主要位于拉萨河谷、年楚河流域以及泽当平原,分别对应拉萨市城关区、日喀则地区驻地日喀则市、 山南地区驻地乃东县泽当镇;人口密度介于 300~500人/km²的区域主要是谢通门县、南木林县、尼木县等零星城镇,拉萨河及其支流部分区域;人口密度介于101~300人/ km²的区域主要位于年楚河流域的日喀则地区驻地、白朗县和江孜县、雅鲁藏布江及拉萨河部分区域;人口密度介于 10~100人/ km²的区域包括一江两河地区的大部分乡镇驻地。
按照行政区统计结果显示（表2）,拉萨市和日喀则地区人口总量大致相当,占比均为40%左右,拉萨市略高。但是人口密度来看,拉萨市平均为22.82人/ km²,山南地区密度为17.77人/km²,日喀则地区人口密度不足拉萨市的一半,仅为10.94 人/km²。
Tab. 2 The statistical table of the population in YNL River Region

表2 一江两河地区各县人口统计表

地区 县名 土地 人口总数 人口密度/(人/km²)
面积/104km² 比例/% 总量/104人 比例/%
拉萨市 城关区 0.01 0.78 18.03 17.64 345.47
达孜县 0.01 2.04 2.89 2.82 21.15
曲水县 0.02 2.43 3.42 3.35 21.06
堆龙德庆县 0.03 3.99 4.94 4.83 18.47
林周县 0.05 6.72 5.97 5.84 13.26
尼木县 0.03 4.88 3.22 3.15 9.83
墨竹工卡县 0.06 8.23 4.91 4.80 8.90
日喀则地区 日喀则市 0.04 5.47 11.00 10.76 30.04
江孜县 0.04 5.77 6.61 6.46 17.09
白朗县 0.03 4.17 4.69 4.59 16.78
拉孜县 0.05 6.72 5.31 5.19 11.79
南木林县 0.08 12.08 8.19 8.02 10.13
谢通门县 0.14 20.84 4.54 4.44 3.25
山南地区 乃东县 0.02 3.30 6.03 5.90 27.27
贡嘎县 0.02 3.57 4.94 4.83 20.66
琼结县 0.01 1.54 1.90 1.86 18.39
扎襄县 0.02 3.20 3.92 3.83 18.29
桑日县 0.03 3.93 1.70 1.67 6.48
一江两河地区共包含18个县（市、区）,区域内部人口数量和人口密度差异极大。平均人口密度最大的是拉萨市驻地城关区（345.47人/km²）,人口密度最小值出现在日喀则地区的谢通门县,仅为3.25人/km²,人口密度最大值与最小值之间相差近106倍。此外,人口密度大于20人/km²的还有日喀则市（30.04人/km²）、乃东县（27.27人/km²）、达孜县（21.15人/km²）、曲水县（21.06人/km²）、贡嘎县（20.66人/km²）5个县区;人口密度介于10~20人/ km²之间的县有8个;除谢通门县外,另有桑日县、墨竹工卡县、尼木县3个县人口密度小于10人/ km²。人口数量最多的是拉萨市城关区（18.03万）,其次是日喀则地区日喀则市（10.76万）,二者占一江两河总人口的28.4%,土地面积仅占一江两河总面积的6.2%,人口分布集中。
从人口数量和人口密度可看出,一江两河地区主要有2个人口集中区,分别是拉萨市城关区和日喀则地区的日喀则市,拉萨市城关区尤为显著。此外山南地区驻地乃东县泽当镇近年来经济发展迅速,已经成为新的人口集中区,一江两河地区人口分布正逐步呈现多中心空间结构特征。

4.2 人口分布与河流的空间关系

河流对于人口分布的作用主要体现在2方面：① 靠近河流,人类生产生活取用水方便;② 河流两岸地势平坦、交通便利,更适合人类居住以及开展农业生产等活动。西藏高原受特殊的自然条件和相对落后的社会经济条件制约,供水等基础设施薄弱,部分地区的生产生活用水依然依赖于河流。因此,河流是区域制约人口空间分布的主要自然因素之一。由图2可见,一江两河地区人口沿河分布,具有距离河流越近人口密度越高的特点。为了更清晰显示一江两河地区人口分布的这一特点,选取日喀则地区南木林县进行细节放大（图3,红色矩形框为放大区域）,可见距离香曲越远,人口密度越小。
Fig. 3 The details of population distribution along theriver in YNL River Region

图3 人口沿河分布细节图

为了将这一特点定量化,利用ArcGIS中的多环缓冲区功能,每隔1 km做一个河流缓冲区,从 1~10 km共10环,结合区域统计方法,统计出距河流不同距离的人口总数、人口密度,见表3,并绘制人口总数、人口密度随离河流距离变化的曲线 （图4、5）,定量分析人口分布与河流的关系。
Tab. 3 The relationship between population andrivers in YNL River Region

表3 一江两河地区人口分布与河流关系

距河流的
距离/km		 人口总数/
104人		 占比/
%		 人口总数
累积/104人		 人口累积
频率/%		 人口密度/（人/km2）
1 20.92 25.43 20.92 20.46 54.53
2 19.20 23.35 40.12 39.25 52.60
3 14.05 17.09 54.17 53.00 39.68
4 9.72 11.81 63.89 62.51 28.01
5 6.05 7.36 69.94 68.43 18.14
6 3.91 4.75 73.85 72.25 11.90
7 2.54 3.08 76.38 74.73 8.12
8 2.15 2.62 78.54 76.84 7.18
9 1.96 2.38 80.49 78.75 6.92
10 1.75 2.13 82.24 80.46 6.52
根据表3,距离河流10 km以内区域的人口总数为82.24万,占一江两河地区总人口的80.46%;20.92万人口分布在距离河流1 km的区域内,占总人口的20.46%,人口密度最大,为54.53 人/km2,是一江两河地区平均人口密度（17人/km2）的3.2倍;19.20万人居住在距离河流1~2 km之间的地方,人口密度为52.60人/km2;累计62.51%的人口分布在离河流4 km的区域。随着离河流距离的增加,人口总数逐渐减少,人口密度逐渐降低。
Fig. 4 The simulation curve of relationship between population and rivers in YNL River Region

图4 一江两河地区人口数量与河流关系的模拟曲线

图4、5表明,一江两河地区人口数量、人口密度随着离河流距离的增长呈指数递减,人口总数、人口密度与距河流距离之间为指数关系,拟合方程分别是y=31.162e-0.316x、y=77.917e-0.279x,拟合度分别0.97和0.95,拟合效果较好。可见,该地区河流对人口分布的影响十分显著,人口集中分布于离河流较近的区域内。
Fig. 5 The simulation curve of relationship between population density and rivers in YNL River Region

图5 一江两河地区人口密度与河流关系的模拟曲线

5 人口分布与地形要素的关系分析

5.1 人口分布与高程的关系

在众多自然因素中,高程对人口分布的影响十分重要。一般来说,越高的地方,分布的人口越少,人口一般分布在地势较为平缓的区域。为了将人口分布与高程的关系定量化,在ArcGIS中,将 1 km×1 km网格数据和高程数据进行空间叠加 （图6）,可见一江两河地区人口主要分布在海拔较低的河谷地区。
Fig. 6 The correlation evaluation map of population density and altitude in YNL River Region

图6 人口密度与高程相关性评价图

一江两河地区最低海拔为3237 m,最高海拔为7212 m,高差为3975 m。本研究将高程按照100 m划分等级,每一个等级视为一个分析单元。利用ArcGIS 10.1中的区域统计功能,统计出不同高程上的人口密度与人口总量情况,将人口分布与高程之间的关系定量化。由图7可见,在西藏一江两河地区,近99%的人口分布在海拔4500 m以下;大约85.3%的人口分布在3500~4100 m之间,其中3600~3700 m之间分布的人口数最多,占总人口的26%;18%的人口分布在3800~3900 m之间。
Fig. 7 The relationship between total population andaltitude in YNL River Region

图7 一江两河地区人口总数与高程的关系曲线

根据图8,高程在3600~3699 m之间人口密度最大,为284人/ km²,主要位于拉萨河流域拉萨市;其次是3800~3899 m高程带,人口密度为86人/ km²,主要位于雅鲁藏布江日喀则段和年楚河上游区域;海拔超过3800 m时,人口密度随海拔升高呈下降趋势,海拔超过4600 m时,每平方公里不足一人。海拔在西方曾被认为是影响人类健康的一个重要因素,主要是通过影响气温要素（大气压、气温、日光辐射）影响个体的生理机能,其中最显著的为大气压。海拔越高,大气压越低,相应的氧含量也越低,直接影响人体机能[22]。
Fig. 8 The relationship between population density and altitude in YNL River Region

图8 一江两河地区人口密度与高程的关系曲线

5.2 人口分布与坡度坡向的关系

坡度能直观地反映地表起伏的陡缓程度,是影响地表形态的主要因子之一[23],直接影响地表太阳辐射、温度、水分、植被等,对于农业耕作和人类居住地选择的影响显著,直接关系到人口的空间分布格局。根据2007年国土资源部《第二次全国土地调查技术规程》[24],本研究将一江两河地区的坡度分为5级,利用ArcGIS中的分区统计功能,对不同坡度级别下的人口总数、人口密度进行统计,详见表4。
Tab. 4 The statistical table of land and population at different slopes in YNL River Region

表4 一江两河地区坡度分级统计表

坡度/° 土地 人口数量 人口密度/(人/km²)
面积/104km² 比例/% 总量/104人 比例/% 最大值 平均值
0~2 0.09 1.31 6.65 6.50 4070 77.58
2~6 0.48 7.22 34.02 33.29 4070 72.18
6~15 1.48 22.18 37.50 36.69 4274 25.91
15~25 1.90 28.46 13.66 13.37 3273 7.36
>25 2.72 40.82 10.38 10.15 3607 3.90
由表4可知,一江两河地区76.48%的人口分布在坡度小于15°的区域,这部分区域面积仅占一江两河总面积的30.71%,人口密度最大值为4274人/ km²,平均值为39人/ km²。西藏一江两河流域不同坡度级别上人口密度平均值最大为77.58 人/ km²,主要位于0~2°之间的平坦地带,1.31%的土地上分布着全地区6.50%的人口。人口密度平均值最小的为大于25°的陡坡区域,其土地面积占一江两河总面积的40.8%,人口比重仅为10.4%,平均每平方公里的土地上分布不足4人。
Fig. 9 The relationship between population andaspect in YNL River Region

图9 一江两河地区各坡向人口分布情况

除坡度外,坡向直接影响地球表层的光、热、水分的分布等,对人类的生产生活的影响主要表现在光照时间的长短上,充足的较长时间的光照既有利于农作物的生长,也可以节约居民家庭的能源消 耗[25]。在ArcGIS中,从DEM提取坡向,然后利用分区统计功能,统计不同坡向的人口数量、人口密度等,得到结果见表5、图9。
Tab. 5 The statistical table of land and population at different aspects in YNL River Region

表5 一江两河地区不同坡向土地与人口统计表

坡向 土地数量 人口数量 人口密度/(人/km²)
面积/104 km2 比例/% 总量/104人 比例/% 最大值 平均值
无坡向 0.01 0.15 0.08 0.08 112 8.58
北 0.78 11.75 14.44 14.13 4070 18.82
东北 0.86 12.88 14.06 13.75 4070 16.72
东 0.87 13.06 16.48 16.13 4274 19.34
东南 0.84 12.65 13.18 12.90 4070 15.97
南 0.75 11.21 11.69 11.44 4070 15.98
西南 0.86 12.82 11.50 11.25 3926 13.74
西 0.87 13.01 10.77 10.54 4041 12.69
西北 0.83 12.46 10.01 9.79 4070 12.31
由表5、图9可看出：① 无坡向的绝对平面上人口数量、人口密度都明显小于其他各坡向,与绝对平坦地区面积小（仅0.01 km²）有关;② 人口数量从大到小依次是：东、北、东北、东南、南、西南、西、西北、无坡向;人口密度从大到小依次是：东、北、东北、南、东南、西南、西、西北、无坡向;将东、东南、南、西南划为阳坡,西、西北、北、东北划为阴坡,阳坡人口数量和人口密度（52.85万、16.26人/km²）均略高于阴坡（49.28万,15.13人/km²）;③ 除西、西北坡向略低外,其他各个坡向人口总数和人口密度相差不大,说明一江两河地区人口在各坡向上分布比较均匀,坡向对人口分布的影响不明显。

4.3 人口分布与地形起伏度的关系

地形起伏度（Relief Degree of Land Surface,RDLS）是指在某一特定区域内最高海拔与最低海拔之间的差值,是定量描述区域内地形特征、划分地貌类型的宏观性指标,可以反映较大范围区域内的地面起伏特征[26-27]。本研究利用DEM数据,分别提取最高海拔和最低海拔,根据封志明等[14]确定的计算模型,计算出一江两河地区的地形起伏度,并据此定量地分析探讨人口分布与地形起伏度之间的关系。
利用ArcGIS提取地形起伏度,对其进行重分类,并与人口数据进行空间叠加（图10）。图10为日喀则地区的一个局部图,由此可以看出人口主要集中分布在地形起伏度较小、地势平坦的区域。
Fig. 10 The correlation evaluation map of population and RLDS in YNL River Region

图10 人口密度与地形起伏度的相关性评价图

利用ArcGIS的空间分析及数理统计定量分析人口分布与地形起伏度的关系,数据分析结果 （表6、图11、12）显示,一江两河地区人口密度与地形起伏度之间是倒指数关系,拟合度为0.88。可见,地形起伏度对一江两河地区的人口空间分布的影响显著,地形起伏度较大的区域分布的人口总数少、密度小,大多数人口分布在地形起伏较低的平缓区域。
Tab. 6 The statistical table of land and population at different RDLS in YNL River Region

表6 一江两河地区不同地形起伏度下的土地和人口统计表

地形起伏度/m 土地 人口数量 人口密度/(人/km²) 人口累积频率/%
面积/104km² 比例/% 总量/104人 比例/% 最大值 平均值
0~200 0.13 1.97 18.03 17.64 4070 136.69 17.64
200~400 0.44 6.64 25.30 24.75 4274 56.79 42.39
400~600 1.39 20.81 23.54 23.03 4070 16.87 65.42
600~800 2.04 30.60 19.60 19.18 3273 9.56 84.60
800~1000 1.69 25.37 11.00 10.76 3926 6.47 95.36
1000~1200 0.75 11.20 3.48 3.41 3607 4.64 98.77
1200~1500 0.21 3.17 1.26 1.23 462 5.91 99.99
>1500 0.02 0.24 0.01 0.01 53 0.37 100.00
地形起伏度小于200 m时,人口分布最为密集,人口密度最大为136.7人/km²,在面积占比不足2%的土地上分布着17.6%的人口;当地形起伏度小于400 m时,人口累积频率为42.39%,相应的面积仅占一江两河地区的8.61%;地形起伏度小于800 m时,人口累积频率为84.60%,相应的土地面积累积频率为60.01%;地形起伏度小于1000 m时,人口累积数量占一江两河地区总人数的95.36%;地形起伏度大于1000 m的区域面积占一江两河地区总面积近15%,但仅分布不足5%的人口。
Fig. 11 The relationship between population andRDLS in YNL River Region

图11 一江两河地区人口密度-地形起伏度分布

Fig. 12 The accumulative frequency of population andland area in YNL River Region

图12 一江两河地区人口、土地面积-地形起伏度累积曲线

6 结论与讨论

基于30 m数字高程模型数据（DEM）和2010年1 km×1 km人口空间分布公里网格数据,利用DEM提取地形特征数据,并在ArcGIS 10.1中运用区域统计、栅格计算等功能,阐释一江两河地区人口分布特征并定量探讨人口空间分布与海拔、坡度、坡向以及地形起伏度等地形要素之间的关系。研究结果表明：
（1）西藏一江两河地区90%的区域人口密度不足10人/km2,80%的人口分布在不足5%的土地上,人口分布较为集中。人口密度较大的区域包括拉萨河谷、年楚河流域和泽当平原,包括拉萨市城关区、日喀则地区日喀则市和山南地区乃东县,是一江两河地区主要的人口集中区。
（2）一江两河地区人口具有沿河分布的特点,80.46%的人口居住在距离河流10 km的区域,其中距离主要河流4 km的范围内分布着一江两河地区60%以上的人口,2 km以内人口密度最大,超过 50人/km2,是一江两河平均密度（17人/km2）的3倍。人口总数、人口密度随着距河流距离的增大呈指数递减,拟合度分别为0.97和0.95,河流对人口空间分布影响显著。
（3）西藏一江两河地区近99%的人口分布在海拔4500 m以下,大约85.3%的人口分布在3500~4100 m之间,高程超过3800 m时,人口密度随海拔升高呈下降趋势。
（4）一江两河地区近70%的人口分布在坡度小于15°的区域,而且随着坡度越大,人口密度越小;除平地外,一江两河地区各坡向的人口密度和人口总量相差较小,阳坡略高于阴坡,总体上人口分布较为均匀,受坡向影响不明显。
（5）地形起伏度对人口分布的影响显著,近85%的人口分布在地形起伏度小于800 m的区域,人口密度与地形起伏度之间为倒指数关系,拟合度为0.88。
基于公里网格数据,本文定量分析了人口空间分布与地形要素之间的关系,可以在一定程度上反映人类活动与自然环境的相互作用,有助于揭示西藏高原人口分布现状的本质、理解人口空间分布结构特征,对今后宜居地选址、改善农牧民人居环境、制定区域经济发展政策,促进区域内人口、资源与环境可持续发展具有重要意义。但是由于数据有限,本文只分析了一江两河地区人口分布现状及其与地形地貌的关系。今后的研究可以在对自然、社会经济等因素综合分析的基础上,利用不同时期的人口数据探讨人口分布的时空演变过程,对一江两河地区人口分布现象的内在联系、驱动因素和形成机制进行深入研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

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柏中强,王卷乐,姜浩,等.基于多源信息的人口分布格网化方法研究[J].地球信息科学学报,2015,17(6):653-660.<p>格网化人口分布数据比行政单元人口密度数据更易直观表达人口的真实分布状况。本文面向人口格网化管理的区域发展需求, 以延安市为研究对象, 基于增强居民地空间分布及其内部结构信息的理念, 利用乡镇界线和乡镇级人口统计数据为输入控制单元, 以土地利用数据、居民点信息、DEM、夜晚灯光数据等多源信息为指示因子, 采用多元回归建模方法获得了延安市2010年100 m格网人口分布数据。结果表明, 本文采用的人口格网化建模方法最终模型选用变量数少, 决定系数(<em>R</em><sup>2</sup>)达到0.872。最终模型在用于验证的24个乡镇中, 有18个乡镇的估计人口数与统计值误差绝对值小于10%。分析认为, 该建模策略结果可信, 多源的人口分布指示信息在人口格网化方法上明显优于单独的土地利用数据方法。本文获得的100 m格网延安市人口数据格网化结果, 显著增强了人口空间分布的细节信息, 对于县市一级的人口数据格网化具有借鉴意义。</p>

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[ Bai Z Q, Wang J L, Jiang H, et al.The gridding approach to redistribute population based on multi-source data[J]. Journal of Geo-information science, 2015,17(6):653-660. ]

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柏中强,王卷乐,杨飞.人口数据空间化研究综述[J].地理科学进展,2013,32(1):1692-1702.人口数据空间化研究旨在发掘和展现人口统计数据中隐含的空间信息,并以地理格网或其他区域划分的形式再现客观世界的人口分布,具有重要的科学意义.人口空间分布数据有助于从不同地理尺度和地理维度对人口统计数据形成有益补充,其应用广泛,相关研究方兴未艾.主要从以下3个方面对人口数据空间化研究进行综述:①主要空间化方法的原理及其适用性;②空间化中用到的建模参考因素,并结合具体应用案例分析其作用机理;③典型人口空间化数据集.在此基础上,分析了现阶段人口数据空间化所运用的输入数据的质量和详细程度、尺度效应及时空分辨率、长时间序列数据集和精度检验等方面存在的问题;并探讨了人口数据空间化未来的研究方向.

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[ Bai Z Q, Wang J L, Yang F.Research progress in spatialization of population data[J]. Progress in Geography, 2013,32(1):1692-1702. ]

[21]
王静,杨小唤,石瑞香.山东省人口空间分布格局的多尺度分析[J].地理科学进展,2012,31(2):176-182.人口空间分布具有一定的尺度依赖性,从不同尺度上对人口空间分布格局进行分析,可以更确切、真实地揭示人口的空间分布规律,为制定区域发展规划、灾害评价、环境保护等提供科学依据。本文以山东省为研究区,运用空间自相关方法和统计相关分析方法,比较市级、县级、1 km三个尺度上人口分布的空间自相关性及其与环境—经济因子的统计相关性,试图探讨不同尺度下人口的空间分布模式及影响(指示)因素,从不同尺度揭示人口的空间分布格局特征。结果表明:①从不同尺度对人口的空间分布格局进行分析,可以得到从宏观到微观不同详细程度的信息。从市级尺度分析,可以得到山东省整体的人口空间分布特征;从县级尺度分析,可以得到山东省各市内部的人口空间分布特征;从1 km尺度分析,可以得到山东省各县内部的人口空间分布特征。②不同尺度上,人口的空间分布格局特征不同。市级和县级尺度上,人口分布受环境—经济因子的影响表现出与一些因子显著相关,而受空间集聚的作用较小;1 km尺度上,人口分布与环境—经济因子的相关性较小,而主要受空间集聚的作用,在县内部,人口往往集中分布于某一区域,呈现出典型的集聚分布模式。

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[ Wang J Yang X H, Shi R X. Spatial distribution of the population in Shandong Province at multi-scales[J]. Progress in Geography, 2013,31(2):176-182. ]

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杨海艳. 我国人居适宜性的海拔高度分级研究[D].南京:南京师范大学,2013.

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李姗姗,曹广超,赵鹏飞.秦巴山区农村居民点空间分布及其影响因素分析——以陕西省宁强县为例[J].水土保持研究,2014,21(3):186-191.探讨不同地域农村居民点的空间分布规律,是整合优化农村居民点布局、促进土地集约化利用的重要依据。基于宁强县第二次土地调查数据和SRTM-DEM,采用平均最邻近指数、核密度估计、探索性数据分析和空间"热点"探测方法,研究农村居民点空间分布特征,并从自然环境和社会经济条件两方面着手,分析其主要影响因素。结果表明:受主导因素地形的影响,农村居民点的分布密度较大,斑块规模较小,土地利用集约化程度低;居民点的空间分布、用地规模差异显著,规模较大的斑块集中分布在河流阶地、低山区,呈"拱形分层"结构。依据因地制宜原则,宁强县农村居民点的整合优化可分为积极发展型、内部挖潜型、异地搬迁型,为该区小城镇建设与发展提供参考。

[ Li S S, Cao G C, Zhao P F.Analysis of spatial distribution of rural settlements and its influential factors in Qinba Mountain area: A case study of Ningqiang county in Shaanxi Province[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2014,21(3):186-191. ]

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[ TD/T 1014-2007, Second National Land Survey Technical Regulations[S]. Beijing: Ministry of Land and Resources of the People′s Republic of China, 2007. ]

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高星,姜鲁光,张蓬涛,等.澜沧江流域居民点空间分布格局及影响因素研究[J].地理空间信息,2012,10(5):139-142,9.居民点空间分布是区域自然、社会、经济以及历史发展的综合反映,影响着区域经济发展的规模、方向以及发展的可能性。区域自然环境是居民点形成和发展的基础,社会经济因素也对居民点的分布产生重要影响。基于澜沧江流域数字高程模型（DEM）提取坡度、坡向和地形起伏度,结合1∶5万地名数据库的居民点及国家1∶25万基础地理信息数据库的河流、道路信息,研究了澜沧江流域居民点的空间分布格局,并对澜沧江流域居民点分布的影响因素进行定量了分析。研究结果显示,海拔、坡度、坡向、地形起伏度对居民点的分布有显著影响,居民点倾向于分布在海拔较低、坡度和起伏度较小、东南坡向的地区,各级居民点沿河流、道路分布明显。另外,较高级别的居民点更趋向于分布在自然条件较好的区域。研究结果可为澜沧江流域综合开发和生态环境保护提供科学依据。

[ Gao X, Jiang L G, Zhang P T, et al.The study on settlements spatial distribution and its influencing factors in Lancang river[J]. Geographical Information, 2012,10(5):139-142,9. ]

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张锦明,游雄.地形起伏度最佳分析区域预测模型[J].遥感学报,2013,17(4):728-741.在中国区域内随机选取的78个实验区域的DEM数据作为实验对象,分别进行系列分析区域尺度的地形起伏度计算,建立了基于微观地形特征因子的地形起伏度最佳分析区域预测模型。实验结果表明:相同区域、不同尺度的DEM数据提取的地形起伏度存在差异,DEM尺度相差较小时,地形起伏度的差异也较小;地形起伏度和实验区域的平均高程、区域高程差、平均坡度和平均坡度变化率等地形特征因子存在强相关关系;当置信水平为0.05时,预测模型拟合参数的准确率达到95%以上,证明预测模型可以有效地确定最佳分析区域的取值范围。

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[ Zhang J M, You X.A prediction model of optimum statistical unit of relief[J]. Journal of Remote sensing, 2013,17(4):728-741. ]

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陈志明. 论中国地貌图的研制原则内容与方法——以 1:4 000 000全国地貌图为例[J].地理学报,1993,48(2):105-113.该图以多层次表示法和表列式分解型图例,着重表现构造地貌为基础的内外力地貌成因、形态及其发展过程的基本规律。在内力方面,采用板块构造理论为指导,表现了构造地貌;外力方面,除表现传统的堆积成因形态类型外,辅以气候地貌的地带分异;而形态分类则利用DTM,对国土地形进行了基本形态要素的机助分析与制图,并引进地形起伏度概念,调整了传统的形态分类方案。通过项目研制,作者力求探讨一种符合现代地貌学理论,服务于科研、教学和国土整治的新型国家地貌图。

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[ Chen Z M.On the principle, contents and methods used to compile the Chinese geomorphological maps: Taking the 1:4 000 000 Chinese geomorphological map as an example[J]. Acta GEographica Sinica, 1993,48(2):105-113. ]

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