Краснощёков А.Н., e-mail: kan_alex2000@mail.ru;
Трифонова Т.А., e-mail: tatrifon@mail.ru;
Кулагина Е.Ю., e-mail: kylaginaek@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», г. Владимир
Determination of the Bio-climatic Comfort on a Territory with GIS
С применением современных геоинформационных технологий разработана методика определения интегральной биоклиматической комфортности, на ее основе проведено зонирование территории ЦФО. Полученные результаты могут быть использованы для научно-обоснованного выбора рекреационных зон, получения объективной информации об уровнях риска для здоровья населения в связи с воздействием комплекса климатических факторов.
Условия жизни населения любого региона определяются совокупностью социально-экономических, природных и прочих факторов. Одним из таких условий, формирующих комфортность проживания, являются биоклиматические особенности территории, отражающие влияние комплекса климатических факторов на организм человека. Оценку биоклиматических условий принято проводить на основе определения и расчета биоклиматических индексов, которые представляют собой сочетание действия на организм человека нескольких метеопараметров.
Предлагаемый алгоритм определения интегральной биоклиматической комфортности представлен на рис. 1. Он основан на применении современных геоинформационных систем (ГИС) на платформе Esri ArcGIS и апробирован на примере территории Центрального федерального округа (ЦФО).
Рис. 1. Алгоритм определения интегральной биоклиматической комфортности.
Для определения комфортности условий территории ЦФО были выбраны наиболее широко распространенные биоклиматические индексы:
- эффективная температура (ЕТ,°С), которая характеризует эффект воздействия на человека температуры воздуха и скорости ветра;
- эквивалентно-эффективная температура (ЕЕТ,°С), учитывающая при оценке тепловой чувствительности человека влияние температуры, влажности воздуха и скорости ветра;
- биологически активная температура (БАТ,°С), определяющая воздействие температуры, влажности воздуха и скорости ветра на организм человека;
- количественный критерий климатического комфорта (Н, мкал/(см2·с)), учитывающий влияние температуры воздуха и скорости ветра;
- индекс патогенности метеорологической ситуации (I, балл), указывающий на характер раздражающего воздействия погоды на человека. Он слагается из индексов, отражающих динамику погоды по изменению температуры и влажности воздуха, скорости ветра и т.д.
Расчет проводился на основе обработанной первичной метеорологической информации с 44 метеостанций ЦФО и приграничных областей за период с 2001 по 2010 год с помощью скрипта «Интерполяция и расчет биоклиматических параметров в пространственно-заданной точке» [1], разработанного на интегрированном в ArcView GIS объектно-ориентированном языке программирования Avenue.
Для каждого биоклиматического показателя разрабатывались слои путем интерполяции в растр методом сплайн. Выбор данного метода наиболее удобен и предпочтителен в случаях с плавно изменяющимися поверхностями. В качестве «Поля Z значений» выбирался один из исследуемых биоклиматических индексов, тип сплайна – «Регуляризованный», размер выходной ячейки устанавливался равным 0,01°. Таким образом, были созданы карты по 5 биоклиматическим показателям за каждый год (всего более 50 карт).
Для определения средних значений биоклиматических показателей на территории каждой из областей исследуемого региона полученные слои переводились из растра в точки с помощью инструмента геообработки Растр в точки (Raster To Point) набора инструментов Конвертация (Conversion Tools) в ПО ArcGIS. В результате все ранее созданные растровые биоклиматические слои преобразовывались в точечные.
Далее, поочередно каждый из полученных точечных слоев был открыт в приложении ArcMap и добавлен к существующему слою, основанному на административном делении исследуемого региона. С помощью инструмента геообработки Пространственное соединение (Spatial Join) (набор инструментов Анализ (Conversion Tools), группа инструментов Наложение) были присоединены атрибуты из одного объекта (слой с климатическими и биоклиматическими параметрами) к другому (административные границы) на основании пространственного взаиморасположения. На выходе получились административные районы с приписанными к ним атрибутами биоклиматических параметров.
Затем с помощью инструмента геообработки Слияние по атрибуту (Dissolve) (набор инструментов Управление данными (Data Management Tools), группа инструментов Генерализация) точки были объединены по общему значению в поле «Название области». В качестве параметра, по которому проводился расчет, выбирался В результате, в документ карты ArcMap добавлялся новый слой, содержащий информацию о средних значениях исследуемых биоклиматических параметров по каждой из областей.
Однако рассматриваемые биоклиматические индексы имеют различные единицы измерения и количество классов комфортности, что не позволяет корректно и достоверно оценить комфортность условий территории в целом. В связи с этим, показатели индексов были приведены к безразмерному виду методом балльных оценок. Для этого существующая градация показателей путем шкалирования была разбита на 5 классов, каждый из которых соответствует разному уровню комфортности – от некомфортных до высокой комфортности условий (рис. 2). При этом важным условием было соблюдение границ комфортных и дискомфортных значений, предложенных авторами каждого показателя.
Рис. 2. Шкала уровней комфортности.
Далее с применением дополнительного модуля ArcGISSpatial Analyst была проведена переклассификация и сложение биоклиматических слоев. В результате переклассификации в атрибутивной таблице каждого биоклиматического слоя были получены баллы биоклиматического комфорта (от 1 до 5). После сложения слоев с помощью инструмента геообработки Алгебра карт (Map Algebra) (рис. 3) был создан слой интегральной биоклиматической комфортности (рис. 4).
Рис. 3. Модель сложения биоклиматических слоев.
В этой модели (рис. 3) каждый из слоев располагается по приоритетности значений. В данном случае самым нижним слоем является слой количественного критерия климатического комфорта (Н), следовательно, по этому показателю на территории всего региона отмечаются наиболее дискомфортные условия. При формировании биоклиматической комфортности приоритетное значение имеет верхний слой биологически активной температуры (БАТ).
Рис. 4. Карта интегральной биоклиматической комфортности территории Центрального федерального округа.
Полученная карта наглядно отображает зоны различной биоклиматической комфортности территории. Дифференциация территории по степени комфортности биоклиматических условий позволит научно-обоснованно подходить к вопросу выбора рекреационных зон, совершенствовать систему мониторинга состояния здоровья населения и среды обитания для предупреждения и профилактики заболеваний, решать другие актуальные задачи.
Литература
- Краснощеков, А.Н. Интерполяция и расчет биоклиматических параметров в пространственно-заданной точке. // А.Н. Краснощеков, Е.Ю. Кулагина / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам № 2011616600 от 24.08.2011г.
