全 文 ：第 4 卷 第 3 期
1 9 9 1 年 6 月
林业 科孚研 究
FO R ES T R E S EA R C H
、’ 0 1 . 4 , N o . 3
J u n
。 ,
1 9 9 1
城市森林绿地和环境质量
定量评价的研究 *
孙翠玲 李重和 顾万春
(中国林业科学研究院林业研究所 )
摘要 本文 以国家统计部门公开发表的资料为墓础 , 选用全国1 个大城市的有关 16 个因子 进
行评价分析 。 用标准复回归方法量定各因素对环境的影响 , 并采用聚类分析和主成分分 析方法 ,
以验证定量评定的可信性 , 其结果与环境评价模型垂本一致 。
关. 词 城市环境效应值 , 环境质量定量评价 , 绿化综合指数 , 污染综合指数
城市森林绿地环境效益是森林综合效益的重要组成部分 , 也是城市生态的主要研究内容
之一 。 近年来 , 国外十分重视城市环境质量的评价和环境规划 , 日本 、 美国 、英国、捷克和斯
洛伐克等国分别提出城市环境的评价与规划标准或模式。 英国 R . F . R e k ie 提 出 , 根 据
环境调查 、 监测与环境评价以筛选出环境问题 , 对不同环境间题 , 用规 划的方法解决工‘卜 美
国的 D o n al d M a y 提出 , 根据目前环境质量与经济发展带来的可能影响 , 作出分析预测因 ,
进行环境规划 , 解决今后的环境问题 。 但是 , 各种提法的基础都建筑在目前环境评价之上 。
从整体来看 , 城市间可比性较小 , 城市内因子评价难度较大。 因此 , 目前城市森林绿地
环境多在绿地面积 、 绿地率 、 人均绿地 、 乔林绿地等项 目上评 比 , 几乎说不清楚 森林绿地在
城市中的定量效能究竟如何 {’J。
本文摆脱人们常用的城市森林绿地环境效益评价方法 , 对全国n 个大城市30 个环境因子
进行系统分析 , 用标准复回归方法量定各因素对环境 的影响 , 并用城市污染综合指数与绿化
综合指数参加评定。 在城市环境质量衡量标准方面 , 采用两个指数的同时 , 将人 口 自然死亡
率 、 呼吸病发病率和癌病发生率等健康状况指标作为直接评定标准 。在城市生态质量评定时 ,
采用聚类分析和主成分分析方法 [s, ‘: , 验证定量评定的可信性。
l 用于评价的城市与生态环境因子的选择
城市生态环境涉及面很广 , 机理十分复杂 , 存在着多因素多层次的交互作用。 不同经济
基础与发展模型 、 不同的环境背景 、 人群体特征、 环境指标与质量都可能存在不 同的环境效
果。 本研究从实际出发 , 以国家统计部门或公开发表的资料为墓础 , 地方部 门数据做补充 ,
使用全国观测比较完整的 1 978 ~ 19 8 3年生态环境数据 , 在众多的环境因素中参照 已有分析资
料而选用主导因素 , 力求简化分析过程使其更接近于实际 。
: 1; 文于 1 99 0年 1 0月 1 6 日收到。
* 本文为 (2 。0 0 年中国森林发展与环境效益预浏的研究》项 目的一部分 , 课题负责人蒋有绪先生 。
3 期 孙翠玲等: 城市森林绿地和环境质量定量评价的研究
1
。
1 用于评价的城市
在全国一百多个大中城市中 , 根据地理位置、 绿化水平 、 环境污染状况 、 社会人文 、 城
市类型 、 经济地位和已有资料完整程度等 , 选择出长春、 沈阳 、 天津 、 北京 、 郑州 、 武汉、
成都、 重庆 、 南京 、 上海、 广州等 n 个城市为代表 , 进行城市森林绿地环境质量评定 。
被选 用的n 个大城市 , 在地理分布上代表了全国大部分地区 。 这些城市虽然在城市性质
上存在差异 , 但都是“大而全” , 都有大城市的属性。 大城市人口 多 , 是遗传组成的杂合群体 。
当然也存在地理差异 , 但比中小城市的社会人文的可比性要大得多。 而且 , 这 1 个大城市的
生态环境因子数据可靠性较高 。
1
。
2 调查资料与因子筛选
1
.
2
.
1 社会人文经济情况 ¹ 人 口与人口组成 , º 城市面积 , » 建筑面积 , ¼住房面积 , ½
人均住房面积 , ¾工业产值 , ¿ 人均工业产值 , À燃料消耗量 。
1 . 2 . 2 地理 、 气象因子网 Á 地理坐标 , 海拔 , @ 地形 , 气温 , 1 月均温 , 7 月均
温 , 湿度与干燥度 , 风 。
1。2
.
3 森林绿地状况 @ 绿地面积 , 绿地覆被率 , 乔林绿地率 , 函人均绿地面积 。
1 , 2 . 4 城市 大气污染状况 冈 @ 5 0 : 含量 , N认 含量 , 降尘量 , @ 颗粒物含量。
1 . 2
.
5 居 民健康状 况 门诊人数及比率 , 呼吸道发病率 , @ 癌病率 , 人口自然死亡率。
1 . 2
.
6 环保投资 “三废 ”治理投资 , 绿地建设投资。
根据对环境质量评价的重要程度 , 对上述30 个因子 , 用逐步回归方法选出14 个对人健康
影响较大的因子 (表 1 ) , 同时将绿地与污染两项分别综合表达成绿化综合指数 ( Q ) 与污染综
合指数 ( P )两个因子 , 共16 个因子用于评价分析 。
表 1 全国1 个城市16 项指标三年均值统计
纬 7 月 人 工业总 人均
度 均温 口 产 值 产值
(亿元 /
(N 。 ) ( ℃) (万人 ) (亿元 ) 万人 )
N o
x
(m g / (m g /
m 3) m “)
自 然
死 亡率
(编 )
呼吸 疙症 绿地
病比 比例 覆被
例 (万 分 率
(沁 ) 之一 ) ( % )
人均
绿地面积
( m Z /
人 )
绿化综
合指数
Q
城市名
,lJ亡口」⋯50,J7
.
1 3 17
.
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.
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1
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6
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1 0
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.
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.
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.
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.
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.
7
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.
0 3 1 1
.
2 2
.
5
1 2
.
8 6 2 1
.
7 2 3 0 0 3
.
5
8
.
0 5 2 2
.
5 0 1 4
.
3 0
.
8
1 2
.
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.
5 5 25
.
5 6
.
5
7
.
3 3 1 5
.
3 8 1 0
.
2 1
.
0
(缺 ) (缺) 3 2 . ‘ 2 . 2
6 9 6 1 8
.
7 7 2 2
.
8 1
.
8
1 8
.
8 7 3 吐. 4 6 4
6
。
6 0
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。
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2
.
4 0
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2
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1
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2
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5196%7234805
一匕台4J从咋‘n”勺户O北京 4 0 . 0 2 6 . 0
上海 3 1 . 7 2 7 . 9
天津 3 8 . 5 2 5 . 9
长春 4 3 . 9 2 1 . 5
沈阳 4 2 . 1 2 4 . 6
南京 3 2 . 3 2 8 . 2
重庆 2 9 . 3 2 3 . 3
广州 2 3 . 蚕 2 8 . 3
成都 3 0 . 8 2 5 . 8
郑州 3 4 . 8 2 7 . 4
武汉 31 . 0 29 . 0
平均
值
标准
2 2 2 0
.
4 1 7 3
5 8 0 0
.
9 4 4 6
2 0 0 刃 . 5 7 6 4
3 6 0
.
2 7 4 8
10 0 0
.
3 5 4 6
7 1 0
.
4 2 0 1
6 8 0
.
3 5 7 9
9 2 0
.
3 9 3 2
4 了 0 . 3 7 9 0
3 2 0 3 7 2 1
1 0 3 0
.
3 9 0 2
0
.
1 2 0
.
0 6 0
.
8 7
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.
1 1 0
.
1 7 0
.
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0
.
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.
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.
6 6
0
.
0 4 0
.
0 5 0
.
4 5
0
.
1 4 0
.
0 8 0
.
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0
.
0 6 0
.
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.
2 4
0
.
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.
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.
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0
.
0 8 0
.
0 4 0
.
2 7
0
.
1 1 0
.
2屯 0 . 2 4
0
.
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.
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. 吐3
0
.
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.
3 6 0 3 6
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.
1 4
.
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3 1
.
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.
0 8
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.
0 5
.
3 8
5 3
.
1 3
.
4 4
4 9
.
4 5
.
3 6
2 4
.
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.
4 2
1 81 4 9
.
8 0
1 5
.
7 2 1 4
1 1
.
9 3
.
3 6
4 1
.
3 3
.
4 5
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.
6 6 5 1
4
.
1 6 3 6
(缺 )
6 3 5
,‘J恤月了1占口0.汽“任肠”舀丹 卜.立J任,do甘内bQ“O,目卜563,12上21
6
.
3 2 6 3
2
.
2 2 1 0 1
.
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.
9 3 6 6
.
6 44 1
.
6 7 5 6
差
. . . 曰两. . 曰. . . . . . 曰 .
1
。
3
1
。
3
。
1
两个指数的计算
绿化综合指数( 口)
30 4 林 业 科 学 研 究 4 卷
D,一从Q 二 习
式中 D ‘是 i个绿化指标观测值 , i = 1 , 2 , ⋯⋯ , t 。 本分析 t = 2 , 即城市绿化覆被率 (D : ) , 人
均绿地面积 (D Z ) 。 M ‘是指绿化指标的经验值 , 本分析暂用n 个城市均值表达 。 绿 化 综合指
数 Q值 , 凡在2 . 0以上者为良好 , 在2 . 0 以下者为差。
1
.
3
.
2 环境污 染综合指数 (P )
~ 石 C :厂 = 启与下二‘ = 1 0 ‘
式中 C ‘是 i 个大气污染项目实测值 , i = 1 , 2 , ⋯ ⋯ , r 。 本文 1 = 4 。 S ‘是 i 种污染项 目国家
颁发环境质量标准的指标 。 环境污染综合指数 P 值 , 凡大于 4 . 。为超标 。
2 城市森林绿地环境定量评价
根据 已有数据分析和他人 资料L’, “l, 反映城市生态环境质量以及城市森林绿地质量的 重
要标志是城市人 口的平均健康状况 , 而在健康状况诸标志 中城市人 口自然死亡率是主要体现
因子。 根据这一结论把生态环境 的直接反映标志定为城市人口 自然死亡率 , 建立因果数学关
系t3 1 。
2
.
1 影晌生态环境质t 的大环境因子和城市内环境因子
影响生态环境质量的大环境因子 : 城市坐标纬度(北纬 x : ) , 7 月份平均气温(介 ) , 城市
内环境因子 : 污染综合指数(丸 ) , 绿化综合指数 (x’)等 4 个 。 自变量数据标准化 , 再与城 市
人口 自然死亡率标准化数据(, 产)建立标准化复回归关系 , 得到 :
百‘ = 一 0 . 9 5 5 7 x : , + 1 . 5 6 , 7 x z ‘ + 0 . 7 3 6 s x s , 一 o . 69 9 z x . , ⋯⋯ (模 型 工)
模型 工中 , 各变量复回归系数意味着自变量对应变量的贡献程度 , 复回归系数前正负号表示
与应变量作用的方向。 趋势是 : 纬度越低 , 7 月份温度越高 , 污染指数越高 , 绿化指数越低 ,
人 口 自然死亡率越高。 而且 , 大环境 因 子 的 作 用 是 主 要 的, x , 与 x : 标准回归系!数 一的 绝
对值和为2 . 8 2 5 4 , 占总贡献“ % 。 城市内环境因子贡献较小 , x 3 与 x ‘ 的标准回归系数绝对
值和达 1 . 4 53 9 , 占总贡献34 % 。 即宏观上影响城市人体健康的大环境因子主 要是地理位置和
气候因子 , 而气候因子更重要 。 污染与绿化建设是第二位的因子 , 而污染比绿化的作用更大
些 。
为了验证模型 I 的正确性 , 将人均绿地面积(x : )、 绿地覆被率(x 2 )、 绿地总面 积 (x 3 )、
工业总产值(x ‘)、 5 0 : 浓度(x 。 )、 颗粒物含量(x 。)、 呼吸病发病率 (二 , )与人 口自然死亡率 (砂
建立复 回归方程式 :
梦 二 4 . 15 3 0 3 一 0 . 0 0 0 4 5 x 一 0 . 10 4 9 0 x z 一 0 . 0 6 4 3 7 x 3 一 0 。 0 0 0 0 4 x 一 + 0 。 6 8 8 5 3 x 。 +
0
.
3 0 4 2 2 x
。 + 0 . 1 8 9 47 x 7
。 偏相关系数 : 一 0 . 4 5 9 8 3 , 一 0 . 4 9 7 3 3 , 一 0 。 4 9 9 5 2 , 一 0 . 0 0 8 14 ,
+ o
·
3 6 1 肠, + 0 . 12 3 3 6 , + 0 。4 8 9 9 1 。 复相关系数 : R 二 0 . 7 8 3 魂3 。 分析结果与模型 I 基本一
致 。
2
.
2 城市内环境因子对人体 . 康影晌程度
在模型 工中影响城市环境内部因子的污染综合指数与绿化综合指数相对重要性相似 , 前
者略大些 , 方向相 ‘反。 单独 比较这两个变量对人口 自然死亡率的影响又将如何? 将污染综合
3 期 孙翠玲等 : 城市森林绿地和环境质量定量评价的研究 急0 5
指数(x : ) 、 绿化综合指数(朴 )与人口 自然死亡率(妙建立标准化复回归方程 :
, ‘ = 0 . 5 5 9 8 5 x : ‘一 0 . 2 2 0 4 6 x : ‘⋯ ⋯ (模型 亚 )
结果表明 , 影响城市 内环境质量程度 , 环境污染占 7 成 , 绿地占 3 成。 再将污染综合指数(x : ) 、
绿化综合指数(介)、 人均工业总产值 (xs )与人 口 自然死亡率 (妇建立标准复回归方程 :
夕, = 0 . 5 5 9 ss x , ‘一 0 . 2 4 3 3 6 x Z , + 0 . 1 2 7 0 3 x 3 ‘⋯⋯ (模型皿 )
考虑到工业化程度所得到的模型 皿与模型 亚大体一致 。 很显然 , 污染综合指数的相对重要性
约占 7 成与绿化综合指数约占 3 成这个 比值 , 是在地理与气象因子影响之下 , 还未考虑地区
性疾病和遗传等方面因子 , 是有条件的估算值。
2
.
3 评价模型的建立 (根据城市内主要环境因子 )
利用模型 亚对全国1 个城市环境效应定量评定 , 其公式:
GA
= 全二‘渔开兰 . . . ⋯ (模型 ; )‘= 1 0 1
式中召月—城市环境质量评价数值 , 负值为优 , 零为合格 , 正值越大环境质量越差 (表 2) 。万 ‘— i个变量的权重值 , 本文 诬= 1 , 2 。 W , 为污染综合指数权重 , W : 为绿化综合指数权重 ,平 * = 阮尹(标准化复回归系数 ) , x , 为污染指数变量 , x : 为绿化指数变量 , S ‘为标准 差 。 计算
结果见表 2 。 1 1个城市 G 通值在 一 0 . 8 0 6 0 0~ 1 。 5 8 0 0 1 , 平均值为0 。 0 0 5 3 5 , 标准误(S万)约等
于。. 3 。 依据标准误与均值分为 : 一 0 . 5以下 , 一 0 . 5~ 一 。. 15 , 一 0 . 15 ~ 0 . 15 , 0 . 1 5~ o . 5’
0
。
5以上 , 共分 5 级 。 工级是长春 、 广州 ; 亚级是南京 、 武汉 、 成都 、 郑州 ; 1 级是北京 ; 兀
级是上海 、 沈阳 ; V 级是重庆 。
表 2 与表 1 数值对比看来 , 我国的三大火炉重庆、 武汉和南京人口 自然死亡率都高。 重
庆环境质量最差 , 容易解释 , 而武汉与南京 , 还有上海等长江中下游城市除受夏季高温影响
之外 , 是否是流域污染严重所致? 留待进一步研究 。
表 2 我国1 个大城市环境效应定t 评定
城市环境效应值 城 市 环 境 效 应 等 级 与 等 级 值
城 市 名 评 语等 级— G A 值 区 间(‘月) 污 染 绿 化长 春 一 0 . 80 6 0 0 1 轻 好 一 0 . 50 以下广 州 一 。 6 1 2 1 8 1 轻 好 一 0 . 5 0以下甫 京 一 0 . 4 8 6 6 7 亚 较轻 较好 一 0 . 5 0一 一 0 . 1 5式 汉 一 0 . 3 5 4 1 7 亚 较轻 较好 一 0 . 50 ~ 一 0 . 15成 都 一 。. 2 8 2 1 8 亚 较轻 较好 一 0 . 5 0 ~ 一 0 . 1 5
郑 州 一 0 . 1 9 9 5 2 亚 较轻 较好 一 0 . 5 0 ~ 一 0 . 1 5
北 京 + 0 . 1 51 8 8 1 中度 尚可 一 0 . 1 5 ~ + 0 . 1 5
上 海 + 0 . 2 5 1 4 0 万 较重 较差 + 0 . 15一 + 0 . 5 0
天 津 + 0 . 3 96 9 3 万 较重 较差 + 0 . 15 ~ + 0 . 5 Q‘
沈 阳 + 0 . 4 19 3 4 万 较重 较差 千 0 . 15 一 + 0 . 5 0
重 庆 + 1 . 5 80 0 1 y 重 差 + 0 . 5 0 以上
二
3 城市生态环境的多变量排序
以上分析已经肯定了影响城市生态的污染因素和绿地因素实际意义和定量数值 。 下面将
休 业 科 学 研 究 4 卷
有关变量与健康因素等12 个变量进行多变量分析 , 作为城市生态评价与分类的验证 。 用于分
析的变量包括园林绿地面积 、 覆被率 、 人均绿地面积 、 工业总产 值 、 5 0 : 、 NOx 、 颗 粒物、
降尘 、 人 口自然死亡率 、 呼吸病发病比例 、 门诊率等 , 分析方法和数据组成如下 :
(l) 欧氏距离(离差平方和)聚类分析 , n 个城市 , 每城市1 9 8 0~ 1 9 8 2年数据 , n = 3 。
(2) 主成分分析排序 , 10 个城市 1 9 8 0年至 19 82年数据 , , 二 30 。 聚类分析(表 3 )有甲、 乙
两种方法 , 主成分分析 , 第一 、 第二 、 第三主成分累计贡献 率分别为6 . 1 18 % 、 85 。 62 % 、
9 9
.
3 5 4 %
, 取前两个主成分为坐标画图 1[ .1 。 从图中看到每个城市 3 年的点子很集中, 依坐
标空间可以分成五组(图虚线所示 ) , 其结果与表 3 乙分类的五个组级完全吻合 。
上边两种方法的分类结果 , 都反映了城
市生态质量的分类与环境效应等级相一致 。
从而进一步认可了 召刁 值评定 (模型 万 )的合
理性 , 提出了更灵活的城市生态分类评价方
法及其数学依据 。
裹 3 旅类分析的两种分类结果与巨离
(甲 ) 分 类 (乙 ) 分 类
2 组及城市名 甲 距 离 5 组及城市名 乙 距 离
(1 )长春 广州 (1 )宜庆 1 . 9 9 4 6 5
南京 武汉 1 1 1 . 3 , 2 0 0 (2 )上海 天津 55 一5 6 5
成都 郑州 沈阳
(2 )北京 天津 (3 )北京 4 2 . 9 7 6 4 5
沈阳 上海 12 5 . 7 6 1 “ (‘)成都 郑 州 ‘; . “ , 1 5
皿庆 南京 武汉
(5 )长春 广州 7 1 . 3 5 0 9 8
图 1 10 个城市 3 年 8 个变最主成 分分析的二维坐标田
4 结论与讨论
(l) 当前 , 随着城市化过程的发展 , 一方面因其现代化能够使环境质量得到改善和提高 ,
另一方面 , 因城市发展的某些盲目性可能使城市机能失调 , 带来环境污染 [ ‘〕, 森林绿地质量与
数量下降 , 城市生态恶化加剧 , 出现了一系列的“城市病” 。 就我国n 个大城市环境质最的定
量评定结果 , 按城市环境效应 值 (G刁) 可分为五类城市 : I类良好 , 有长春 、 广州 , n 类较
好 , 有南京、 武汉、 成都 、 郑州 , 皿类中等 , 有北京 , IV 类较差 , 有上海、 天津 、 沈阳 , V
类最差 , 有重庆 。
(2 ) 在城市环境质量的宏观评定中, 影响生态环境的大环境因子 (包括地理与气象)重要
程度占“ % , 城市内的环境因子 (包括污染与绿地)重要程度占34 % 。
(3) 在城市内各种环境因子中, 对人 民健康影响程度 , 就污染与森林绿地而言 , 环境污
染综合指数占 7 成 , 绿地综合指数占 3 成 。 在当前我国城市污染较重 、 城市环境质量不高的
时期 , 治理污染改善环境质量是首要任务 , 但也不可忽视森林绿地对城市环境质量的改善作
用。 随着城市污染治理水平的提高 , 城市森林绿地对城市环境质量的贡献将逐步增大。
(4) 通过城市生态因子多变量排序 , 聚类分析和主成分分析 , 其结论与环境定t 评价模
3 期 孙翠玲等 : 城市森林绿地和环境质量定量评价的研究 3 0 7
型基本一致 , 更证实了城市环境质量评价的合理性 。
(5 ) 本项研究是一次尝试 , 其变量选择 、 数学方法以及资料准备方面仍有待进一步深化
和提高 。 而且随着城市治理环境污染和绿化水平的提高 , 对于城市生态环境定量评价的研究
工作应定期进行 , 以便及时掌握城市环境质量 , 加速城市森林绿地的建设。
参 考 文 献
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仁4 〕 D e b a u e r , L . 1. e t a l . , 1。, o , Su m m a r y o f o b s e r v a tio n a l s tu d y o n it s a ir q u a lity a n d
o n v e g e t a t io n
,
E 月 v ir o n 协 e o t P o ll“tf o 。 , 6 5(2 ) : 1 0 9 ~ 1 1 9 .
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.
e ffe e ts
S flu o e
S tu d 夕 o n the Qu a o tita tiv e E v a l a tio n o f A fjo r e s t
t夕 a n d E n o ir o n m e n ta l Qu a lit夕
Cu ilin g L i Ch o n g he G u W a n eh u n
卜乞n厂†U!八Ž
( T he 尸 e s巴a r e 人 I n stft u t e o f F o r e : t ry C月F )
A b s tr a e t B a s e d o n t h e s t a t ist ie a l da t
a Pu b li sh e d in Ch in a
, 1 6 fa e t o r s
se le e t e d fr o m 1 1 b ig Ch i n e s e e it ie s w e r e e v a lu a t e d
.
T h e i n flu e n e e o f e a e h
fa e t o r t o th e e n v ir o n m e n t w a s a n a ly z e d b y m e a n s o f s ta n d a r d e o m p le x
r e g r e s i o n
.
U s in g p r i n e ip a l e o m p o n e n t a n a lys is a n d e lu st e r a n a ly s is
, th e
r e su lt o b ta i n e d a ft e r th e d e Pe n de n e y o f q u a n t it a t i v e e v a lu a t i o n e o in e i d e s
w ith th e m o d e 1 o f e n v ir o n m e n ta l q u a n t it a t i v e e v a lu a t io n
.
K e y w o r d s c ity e n v i r o n m e n t e ffie ie n e y v a lu e : q u a n t i ta t iv e e v a lu a t io n
o f e n v i r o n me
n ta l q u a li ty ; a ffo r e s ta t i o n in t e g r a t e d i n d e x :
Po llu t i o n in t e g r a t e d in de x