基于多源数据的粤港澳大湾区森林暗夜公园选址研究

刘泽杰 钟永德 陈 朝

(1. 中南林业科技大学林学院, 长沙 410004；2. 中南林业科技大学旅游学院, 长沙 410004；3. 湖南网络工程职业学院, 长沙 410004)

暗夜星空作为一种自然资源是可以恢复的，不像一些其他自然资源，一旦消失将永远失去[1]。暗夜星空是一种重要的自然资源[2]，其重要性是不言而喻的。暗夜星空资源作为一种旅游资源吸引了大量游客[3]，其不仅能带给旅游者视觉上的审美与愉悦体验[4]，还能对旅游者的感知和行为意图产生积极影响[5]，并且特定地区的优质暗夜资源带来的旅游活动也可以带动当地旅游业的发展[6]，改善当地的经济、社会和环境的可持续性[7]。国际上，夜空保护理念最早可追溯到1916年美国国家管理局颁布的《基本法》第27条《繁星，繁星之夜》，此后不断完善的理念提出将暗夜星空作为重要的自然资源保护[8]。直到1988年，第一个暗夜保护组织即国际夜空保护协会才成立，这也是目前世界上最权威的暗夜公园认证机构。国际夜空保护协会于2006年才对国际暗夜公园进行定义。在全球范围内，受保护的地区在夜间往往比未受保护的地区更暗[9]。国际暗夜协会作为暗夜保护最具影响力的机构，在世界各地评选暗夜条件较好的公园促进当地的天文旅游[10]，以“倡导保护暗夜星空”和“教育公众和政策制定者有关暗夜星空保护的知识”为目标，通过对国际暗夜公园提供认证的形式对暗夜星空进行保护和教育[11]。“暗夜保护区”的概念是保护夜空向前迈出的一步，是提高公众对全球光污染扩散问题认识的一种手段[12]。自2001年以来，国际暗夜协会认证暗夜保护区的工作取得了重要进展[13]。

国外对暗夜星空资源的保护及研究起步较早，早在20世纪70年代初期，光污染问题就引起了学者的高度重视[14]。有关研究表明，全世界1/5的人口、2/3的美国人和一半以上的欧洲人已经失去了用肉眼看到生活环境天空的条件[15]。暗夜星空资源的消逝主要是由于日趋严重的光污染导致。随着照明技术的不断发展，光污染成为不可忽视的突出问题[16]。越来越多的证据表明，在夜间暴露在某些类型的光线下，超过阈值水平可能会对人类和环境产生有害影响[12]。Berlicki等[17]认为建立暗夜公园是保护暗夜星空资源、促进人们保护暗夜星空资源意识提高的重要手段之一。国内对暗夜星空资源的保护及研究起步较晚，中国作为领土面积全球排名第三的大国，截止到2023年3月1日，中国在世界暗夜保护地名录上仅有6处，分别为西藏阿里、西藏那曲、江苏野鹿荡、陕西金照、江西葛源、山西洪谷。中国夜空保护活动起步虽晚，但已在逐步开展并获得了中国政府和国际组织的关注[18]。中国阿里和那曲获得另一国际组织-IUCN暗夜委员会认证，成为中国首批得到国际组织认可的暗夜保护地[19]。2014年7月，阿里夜空公园作为中国首家夜空公园成立，是中国国内夜空保护迈向规范化的第一步[20]。此外，深圳市也提出将建设大鹏星空公园，打造深圳市暗夜保护示范区[21]。目前国内对暗夜星空的研究主要还停留在理论探索以及可行性论证上，而对具体的实际性选址问题研究很少。

建立暗夜公园是保护暗夜星空自然资源的有效手段之一[22]，建设暗夜公园、发展星空旅游是自然保护地暗夜资源利用的最佳方式[23]。森林资源是地球上最宝贵的自然资源，与人类文明进步和社会发展密不可分[24]。森林作为一种自然资源急需要保护好，也需要合理利用好。利用森林资源开展各类旅游活动，是在不破坏森林环境的条件下发挥森林的综合效益[25]。在东南地区结合森林选址建设森林暗夜公园，既是对森林资源的保护又是对暗夜星空资源的保护。大范围的研究区域选址，主要运用到的研究方法是基于NPP-VIIRS夜间灯光数据与其他多源空间数据，对可能的森林暗夜公园站点制定约束条件和适宜条件，最终选定建造森林暗夜公园的合适地点[26]。本研究旨在为粤港澳大湾区森林暗夜公园的规划提供选址依据，并为国内其他区域的选址提供一个可参考的选址研究方法。

1 研究区域和研究方法

1.1 研究区域概况

粤港澳大湾区位于111°21′26″~115°26′16″E，21°27′40″~24°23′32″N范围内（见图1），共包括香港特别行政区、澳门特别行政区和广东省广州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、东莞市、中山市、江门市、肇庆市，面积约为5.59万km2。粤港澳大湾区地理条件优越，“三面环山，三江汇聚”，经济腹地广阔，泛珠三角区域拥有全国1/3的人口和1/3的经济总量，2022年粤港澳大湾区经济总量超13万亿人民币。经济高速发展的同时意味着光污染现象日趋严重，暗夜星空这一宝贵的资源在这一区域逐渐消逝，而对暗夜星空资源最好的保护便是建立森林暗夜公园。根据2021年粤港澳大湾区土地覆盖数据，可以得到粤港澳大湾区的森林覆盖率为53.8%，这为建立森林暗夜公园提供了良好的自然条件，而高速发展的经济为建设森林暗夜公园提供了完善的基础设施。选取粤港澳大湾区作为森林暗夜公园的选址研究区域，以上两方面因素使得森林暗夜公园建设拥有更强的可实施性，也可为其他区域的森林暗夜公园选址提供一个参考样式。

图1 研究区域Fig. 1 Study area

1.2 数据来源与说明

根据国际夜空保护协会发布的《国际暗夜公园项目指南》（2018年）[27]中规定的暗夜公园建立标准，考虑到为森林暗夜公园选址，所以选取NPP-VIIRS夜间灯光数据、无云覆盖数据、PM2.5数据、人口密度数据、交通路网数据，以及NDVI数据、土地覆盖数据作为选址要素因子进行评价。数据具体来源见表1。

表1 数据来源Table 1 Data source

1.2.1 NPP-VIIRS数据

本研究所使用NPP-VIIRS夜间灯光数据来自地球观测组（Earth Observation Group，EOG）数据，选取其中的 “AVG”数据（暗夜星空受人工光源的影响强度）和“CVG”数据（无云覆盖天数），均为2021年全年夜光平均值数据。

1.2.2 PM2.5数据

大气中的PM2.5也是影响人们观测星空的重要因素之一。本研究PM2.5数据来源于大气成分分析组织，通过它获取中国区域2021年的平均PM2.5数据。

1.2.3 人口密度数据

人口密度空间分布也影响着森林暗夜公园选址。人口密度数据来源于LandScan全球人口密度空间分布数据，选取研究区域2021年人口密度空间分布数据。

1.2.4 交通路网数据

交通便捷程度，阻力大小是森林暗夜公园建立后可进入性的重要影响因素之一。交通路网数据来源于（open street map，OSM）2021基础路网分布数据。

1.2.5 归一化植被指数数据

归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI），在已有的20多种植被指数中应用最为广泛。NDVI数据作为植被指数也是影响森林暗夜公园选址的因素之一。NDVI数据来源于earthdata 2021NDVI数据。

1.2.6 土地覆盖数据

研究区域为中国南方区域，一般没有城镇和农田的地方，被森林覆盖，而研究区域内的亚热带季风气候中森林多密集茂盛，会对人们观赏暗夜星空资源造成影响，所以土地覆盖数据中的Land Cover中的Trees可作为选址要素分析中的负面影响因子考虑。

1.3 研究方法

1.3.1 选址评价体系

为了方便公式建立，本研究定义森林暗夜公园选址（FDNPS，式中记作F）作为选址适宜性评价指标。具体公式如下：

式中：AVG为暗夜灯光指数（AVG），即受到人工光源影响大小；CVG为无云覆盖指数（CVG），即无云层遮挡天数；PM2.5为PM2.5指数，即为PM2.5污染程度；PD为人口密度指数(PD)，即为人口密度空间分布多少；TC为交通路网指数(TC)，即表示交通可达性的高低；INDVI为归一化植被指数(NDVI)，即为植被覆盖程度高低；α1~α6为各个指标对应的权重。通过以上6个指数的叠加分析建立最终选址适宜度标准。

1.3.2 归一化法

运用归一化法统一各个因子的量纲。为消除指标之间的量纲影响，归一化法需要进行数据标准化处理，将各个因子的阈值都统一为[0~1]之间。归一化结果有研究目标与标准化处理后的指标呈正相关，即原变量越大越好（收益型）；也有研究目标与标准化处理后的指标呈负相关，即原变量越小越好（成本型）。两种归一化具体公式如下：

式中：yi代表各个因素的归一化值；xi代表对应因子的初始值；max(xi)代表对应因子初始值中的最大值；min(xi)代表对应因子初始值中的最小值。

1.3.3 渔网

借助arcgis10.8工具构建渔网[28]，计算各个网格到最近路网的距离，反权重取值得到交通可达性栅格数据作为交通可达性指数。考虑到粤港澳大湾区的实际面积，将渔网划分为4 km×4 km的网格进行分析。

1.3.4 栅格权重叠加分析法

运用arcgis地理栅格数据权重叠加分析法进行选址绘图。本研究构建的选址评价体系共有6个影响因子，对各影响因子做相应的归一化处理后按权重进行栅格权重叠加分析。栅格权重叠加分析是依据每个因子的权重指数与相应的因子归一化后的值相乘，并相加叠加起来得到最终的选址适宜性指标。

1.3.5 AHP层次分析法

层次分析法（AHP）是20世纪70年代发展起来的一种系统分析方法[29]，其提供了一种结构化的方法用来处理复杂的决策问题。它利用判断矩阵，通过各因素之间的两两比较确定合适的标度，此过程需要结合专家打分得到判断矩阵中的数值。通过对不同因素的两两比较，决策者可以量化主观偏好，并通过数学计算得出相对权重。同时，AHP也可以纳入可用的客观数据，使决策更加准确可靠。基于以上优点，结合本研究数据特点，最终采取AHP层次分析法为各个因子提供权重分析，确定各个因子所占据的权重比例。

2 森林暗夜公园选址体系构建

2.1 各选址影响要素分析

1）土地覆盖：在森林暗夜公园的选址过程中，土地利用性质是一个重要的考虑因素。选择位于森林地区的土地利用性质可以更好地保护和利用自然环境和生态系统。森林提供了丰富的生物多样性和自然景观，能够为暗夜公园提供独特的夜间体验。由图2a可知：粤港澳大湾区森林覆盖程度总体较高的地区为肇庆市、江门市、惠州市，中部地区佛山市、广州市、中山市、东莞市都是城区与森林相间分布，香港特别行政区、澳门特别行政区、深圳市都是城区周边零星分布森林。由于土地利用数据无法归一化处理，而由图2b对比可知，森林覆盖度高的地方NDVI值高，森林覆盖度低的地方NDVI值低，所以用NDVI数据代替土地利用数据参与选址因子分析。

图2 单要素现状Fig. 2 Status diagram of single factor

2）归一化植被指数(NDVI)：在森林暗夜公园的选址过程中，可以考虑NDVI值作为评估指标之一。NDVI可以反映植被的覆盖程度和健康状况。选择具有较高NDVI值的土地区域可以表示该地区具有较为茂盛的植被，这对于森林暗夜公园非常重要。较高的植被覆盖程度可以提供更好的绿色环境和美丽景观，增强公园的自然感和吸引力,并且可能与更为完整和稳定的生态系统相关联，这对于森林暗夜公园的可持续性和生态保护非常重要。植被通过吸收二氧化碳和释放氧气来改善空气质量。较高的NDVI值通常与较好的空气质量和较低的空气污染相关。由图2b可知，粤港澳大湾区NDVI值相对较高区域为肇庆市、江门市、广州市北部、惠州市，NDVI值相对较低区域为澳门特别行政区、佛山市、中山市、东莞市、广州市南部。

3）人口密度：在森林暗夜公园选址过程中，人口密度是一个需要综合考虑的因素。在选址过程中，人口密度可以提供关于潜在用户群体的信息。较高的人口密度意味着更多的潜在用户和潜在需求，可能增加森林暗夜公园的使用率和吸引力。人口密度也与公园的可访问性相关，较高的人口密度通常伴随着更多的交通和基础设施，包括道路、公共交通等，这有助于人们更容易到达森林暗夜公园。人口密集的地区可能更容易吸引游客和居民在夜晚光顾公园。由图2c可知，粤港澳大湾区人口密度集中区域为香港特别行政区、澳门特别行政区、广州市、深圳市的中心城区，其他区域人口密度相对较低。

4） 交通可达性：在森林暗夜公园的选址过程中，交通可达性是一个重要的考虑因素，良好的交通可达性意味着公园可以更轻松地被人们访问和利用。公园的选址应考虑附近的交通网络，包括道路、公共交通等。交通可达性还与公园的可持续性和出行方式相关。由图2d可知，粤港澳大湾区的交通可达性总体较高，肇庆市北部边缘区域、江门市西部边缘区域、惠州市东部边缘区域、广州市南部沿海区域交通阻力大，可达性相对较低。

5）无云覆盖天数：在森林暗夜公园的选址过程中，无云覆盖天数是一个重要的考虑因素。较高的无云覆盖率有利于星空观测、暗夜环境保护和夜间活动的开展。无云覆盖的天数意味着更多的晴朗夜晚，有利于观测星空和天文活动。对于那些希望提供星空观赏和天文教育的暗夜公园，无云覆盖天数是一个重要的考虑因素。较高的无云覆盖率可以提供更好的星空观测条件，吸引天文爱好者和游客，无云覆盖的天数可以提供更多的夜间活动和参与度。由图2e可知，粤港澳大湾区无云覆盖天数分布呈现中部一带无云覆盖天数高，南部沿海区域无云覆盖天数低，其他区域居于两者之间。香港特别行政区、澳门特别行政区、深圳市沿海区域、东莞市沿海区域、广州市沿海区域、中山市沿海区域、珠海市沿海区域、江门市沿海区域都是无云覆盖天数极低区域，佛山市、广州市中部、东莞市北部、惠州市中部是无云覆盖天数极高区域。

6）PM2.5指数：在森林暗夜公园的选址过程中，PM2.5污染是一个需要考虑的因素。较低的PM2.5浓度有助于提供良好的视觉质量、保护人体健康和提供宜人的夜间环境体验，而高的PM2.5污染会降低空气质量，导致能见度下降。在选址过程中，较高的PM2.5浓度可能会降低观测星空的能力，影响公园内夜晚的视觉质量。由图2f可知，香港特别行政区、澳门特别行政区、珠海市南部沿海区域、江门市西南沿海区域、惠州市东南沿海区域的PM2.5较粤港澳大湾区其他区域明显高，肇庆市中部区域较粤港澳大湾区其他区域明显低。

7）夜间灯光指数：夜间灯光即人工光源的使用可能导致光污染问题，即过度亮化的现象。光污染会破坏夜空的自然黑暗，对星空观测和天文活动造成干扰，同时也影响野生动物的生物节律和生态系统的平衡。人工光源的设计和使用方式对森林暗夜公园的环境体验产生影响：合理的灯光设计可以提供舒适、温馨的夜晚氛围，增加游客的吸引力和参与感；如果灯光过强或不适宜，可能会对夜间环境的自然感受产生负面影响。因此，在森林暗夜公园选址过程中，应综合考虑人工光源的影响和管理。由图2g可知，粤港澳大湾区受人工光源影响程度较高的区域相对集中在整个粤港澳大湾区的中部地区：主要高灯光强度影响区域为香港特别行政区、澳门特别行政区、深圳市沿海和与香港邻近区域、广州市西北区域和东南沿海区域、惠州市沿海区域、珠海市与澳门邻近区域；主要次灯光强度影响区域为中山市市中心、佛山市；主要低灯光强度影响区域为江门市、肇庆市、惠州非沿海区域。

2.2 模型构建

2.2.1 指标分级

将各个指标分为4个等级，分别为：D1表示极好，D2很好，D3表示较好，D4表示不好。各指标具体分级标准及分级结果见表2、图3。

表2 适宜性评价标准Table 2 Suitability evaluation criteria

图3 单要素分级Fig. 3 Single factor classification diagram

2.2.2 权重计算

第1步，构建主观评价矩阵，见表3中两两对比的指标指数。以网络问卷的形式征询了涉及林学、旅游管理、风景园林、交通与物流等相关专业30位专家意见，最终取30位专家打分平均值作为构建矩阵的指数计算权重。 第2步，采用方根法求取特征向量，将特征向量归一化后即为各选址要素的权重占比，结果见表4。第3步，使用一致性检验判断所构建的判断矩阵是否存在逻辑错误，若不通过，则需要重新构建判断矩阵。层次分析法的计算结果显示，最大特征根为6.104。根据RI表查到对应的随机一致性指标RI值(式中记作RI)为1.25，因此一致性比率（CR，式中记作CR）CR=CI/RI=0.017＜0.1（式中CI表示CI值），通过了一次性检验。

表3 两两比较矩阵Table 3 Pairwise comparison matrix

表4 AHP层次分析结果Table 4 Results of AHP hierarchy analysis

2.2.3 构建森林暗夜公园适宜性选址评价模型

根据层次分析法得出的权重和研究方法中的选址评价体系，运用arcgis 10.8构建森林暗夜公园选址适宜性评价模型。在构建模型的过程中，要先对暗夜灯光数据（AVG）、无云覆盖天数（CVG）、PM2.5、人口密度（PD）、交通路网指数（TC）和植被归一化指数（DNVI）等6个要素做归一化处理，消除指标之间的量纲影响，再运用研究方法中的公式（1）进行叠加处理，得到最终的适宜性选址评价结果。各单要素的归一化结果如图4所示。

图4 单要素归一化Fig. 4 Single factor normalization diagram

3 结果与分析

3.1 森林暗夜公园选址适宜性分析

通过上述森林暗夜公园适宜性选址评价模型，对6个参与权重叠加分析的栅格数据依据表4中AHP层次分析法的权重值加权叠加分析处理，得到粤港澳大湾区森林暗夜公园选址空间分布图。本研究将森林暗夜公园选址适宜度按照ArcGis-Pro3.02中的自然间断点分组法（Jenks）分为4个等级，分别为高适宜区（0.62~0.89）、中适宜区（0.52~0.61）、低适宜区（0.49~0.51）和不适宜区（0.30~0.48）。图5为森林暗夜公园适宜性选址的分级结果图。由图5可知：高适宜区多零星分布在肇庆市、江门市、香港特别行政区、惠州市、广州市东北部与惠州市交界处；中适宜区集中分布在肇庆市、江门市、惠州市以及广州市东北部与惠州市交界处；低适宜区及不适宜区集中分布在粤港澳大湾区中部地区，包括佛山市、中山市、东莞市、深圳市、珠海市、澳门特别行政区、广州中南部。

图5 森林暗夜公园适宜性选址分级Fig. 5 Suitability location classification diagram of the Forest Night Park

3.2 森林暗夜公园选址适宜性等级

根据图5中森林暗夜公园的选址适宜性得分，划分为不适宜、低适宜、中适宜和高适宜4个等级。总体上看，粤港澳大湾区高适宜、中适宜占比较大的区域为肇庆市、江门市南部、广州市北部、惠州市东南部、惠州市西北部、香港特别行政区东北部，这些区域综合选址因素得分较高，具备建设森林暗夜公园的良好综合条件，适宜开展森林暗夜公园建设。在实际建设中，可将最终适宜性得分低于0.49的作为不适宜区剔除，剔除后选址适宜性具体划分等级及区域见表5。

表5 森林暗夜公园选址适宜性等级划分情况Table 5 Classification of location suitability of the Forest Night Park

3.3 保护地实际落地性问题

中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于在国土空间规划中统筹规划落实三条控制线的指导意见》[30]明确规定，将各类自然保护地纳入生态保护红线管控范围，并对核心保护区和一般控制区实行差别化管控。其中，核心保护区原则上禁止人为活动，一般控制区限制人为活动。如图6所示，鼎湖山作为我国第一自然保护区，核心保护区有良好的高度适宜建设区域，但是核心保护区禁止人为活动，森林暗夜公园选址应当向外顺延，不能在核心区进行森林暗夜公园建设。在实际建设中，应当结合当地的自然保护区边界情况进行建设选址。

图6 鼎湖山保护地适宜性建设示意Fig. 6 Schematic diagram of suitability construction of Dinghushan Protected Area

4 结论与建议

4.1 结论

1）总体上看，粤港澳大湾区森林暗夜公园高适宜建设区域零散分布，较为集中区域为肇庆市东南部、江门市西部、惠州市北部及东南部、广州市东北部、香港特别行政区东北部，中度适宜区基本环绕零散分布的高度适宜区大片连续分布，低适宜及不适宜区则主要集中分布在粤港澳边缘可达性较低与各个城市主城区城市化程度较高的区域。

2）通过对单个因素的分析以及层次分析法确定的权重比值看，粤港澳大湾区的森林暗夜公园选址影响要素中暗夜灯光指数、人口密度以及NDVI指数是影响较大的指标，既需要好的暗夜星空资源、森林资源的同时，也需要市场即大多数人可以进入森林、体验星空之美。

3）中度适宜建设区多环绕在零星分散的高度适宜建设区周边，两者多邻近连片分布，这有利于森林暗夜公园建设，而且沿着粤港澳大湾区外围肇庆市、江门市、广州市北部、惠州市北部及东部、香港特别行政区分布，分布范围较广，有利于结合不同的区位地域、不同的特色文化、不同的发展程度，建设不同类型具有特色的森林暗夜公园。

4.2 建议

1）融入国家公园体系，与国家发展方向一致。中共中央办公厅、国务院办公厅于2017年09月26日发布的《建立国家公园体制总体方案》[31]中提出国家公园坚持世代传承，给子孙后代留下珍贵的自然遗产。暗夜星空作为一种珍贵的自然资源，随着社会经济的持续发展、人工灯源的快速增加对暗夜星空造成了不可逆转的影响。作为中国经济发展最迅速的区域之一，粤港澳大湾区应积极响应国家的政策方向，积极融入国家公园体系建设，共同推动生态文明建设，保护暗夜星空资源。

2）契合当地发展规划，与地方发展步伐协调。要与区域发展规划相一致，了解粤港澳大湾区的区域发展规划，并与相关部门进行合作和沟通，确保暗夜森林公园的建设与区域整体发展战略和规划相一致，并为区域的生态旅游和可持续发展作出贡献。要与当地社区、政府和利益相关方进行广泛的沟通和合作，了解他们对暗夜森林公园建设的期望和关注点，并确保他们的利益得到平衡和考虑，以提高项目的可接受性和社会认可度。

3）建设主题要因地制宜，与各地特色文化交融。粤港澳大湾区森林暗夜公园选址高适宜零星分散在整个粤港澳大湾区的边缘区域，每个地区可以结合地方的地理位置、文化特色、经济实力建设相应的森林暗夜公园。例如，肇庆市鼎湖山自然保护区作为中国第一自然保护区是森林暗夜公园建设的高适宜区，可以将森林暗夜公园植入到现有的保护区中去，作为内陆山地森林公园的代表；江门市下川岛上的荔枝湾生态森林是森林暗夜公园建设高适宜区，可以建设岛屿型森林暗夜公园；香港特别行政区东北部的八仙岭郊野公园是森林暗夜公园建设高适宜区，可以建设临海森林暗夜公园。不同的森林暗夜公园建设既能体现各地特色，又能为不同需求的人群提供相应的观赏地点。

4）宣传力度持续加大，与各种宣传方式结合。森林暗夜公园的宣传对于提升知名度、吸引游客、促进经济发展、传递环保理念和文化传承具有重要意义。目前一般中国国民对于森林暗夜公园了解不多，只有加大宣传力度才能让更多的人了解森林暗夜公园的存在和特色。这既有利于人们体验暗夜星空这一珍贵自然资源，又可以通过体验加强人们对于森林、暗夜星空资源的保护意识，促进人与自然和谐相处。