基于主成分分析法的城中村居...评估——以武汉市洪山区为例_涂鑫鑫.pdf
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1、第32卷第2期2023年2月长江流域资源与环境esources and Environment in the Yangtze BasinVol32 No2Feb 2023基于主成分分析法的城中村居民社会脆弱性评估 以武汉市洪山区为例涂鑫鑫1,李伟夫1,陈洪1,徐佳2,3*(1 华中农业大学理学院,湖北 武汉 430070;2 大连理工大学人文与社会科学学部,辽宁 大连 116081;3 名古屋大学环境学研究科,日本 名古屋 4648601)摘要:脆弱性经常与风险、危害相关联,是灾害研究中运用的重要概念。在城市化和气候变化背景下,评估区域脆弱性水平,识别脆弱人群是我国防灾减灾事业的重要环节。选取
2、武汉市洪山区的城中村居民作为调查对象,根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的“暴露性敏感性适应能力”分析框架构建自然灾害的社会脆弱性评价指标体系,利用问卷调查法获取数据。在主成分分析法(PCA)确定指标权重的基础上,通过加权综合评价法评估居民的社会脆弱性水平。结果显示该区域城中村居民处于较为脆弱的状态,且其脆弱性分布不均匀,呈现“中间多,两头少”的特点,结构性差异显著,而且适应能力较低是导致居民脆弱的重要原因。还显示不同年龄、户口类型和收入的居民脆弱性差异明显。农村户口居民脆弱性高于城镇户口居民,且农村人口的敏感性偏高、适应能力较低,在面对灾害和风险时,更容易受到冲击;随着年龄增加,
3、个体适应外部风险的能力下降,但在敏感性方面,结果却显示部分城中村的青年群体相较而言处于较高水平;收入水平提高对降低居民社会脆弱性有积极影响,政策制定者可以根据不同收入群体的特点采取行之有效的降低脆弱性的策略。另外,女性的社会脆弱性整体只略高于男性,且从暴露性、敏感性和适应能力三方面来看性别间的差异并不明显。关键词:社会脆弱性;城中村;灾害;主成分分析;指标权重中图分类号:C92.4文献标识码:A文章编号:1004-8227(2023)02-0284-13DOI:10.11870/cjlyzyyhj202302005收稿日期:2022-03-21;修回日期:2022-05-13基金项目:中央高校
4、基本科研业务费专项资金项目(2662020LXQD002)作者简介:涂鑫鑫(1999),女,硕士研究生,主要研究方向为应用统计学,人口统计分析 E-mail:*通讯作者 E-mail:xujia_ 近年来,全球气候和生态环境发生了重大的变化13,极端天气和自然灾害的频率不断增加。仅 2020 年一年间全球各种自然灾害共造成 9 840万人次受灾,15 080 人因灾死亡或失踪4。我国地域广阔,气候复杂多样,是世界上遭受灾害损失最严重的国家之一1,2。70%以上的城市、50%以上的人口分布在气象、地震和海洋等自然灾害严重的地区5。自然灾害和各类风险给我国带来了巨大的经济损失和人员伤亡,严重威胁着
5、国家发展和人民的幸福6,7。灾害是自然风险和社会脆弱性相互作用的结果,同等强度的灾害发生在不同的地区,对不同的群体,所造成的结果和影响是不同的,这取决于他们的脆弱性程度3,7。作为我国在城市化进程中的产物,“城中村”是城市和农村的一种独特结合体8。与城市社区相比较,城中村社区的公共基础设施和服务体系不完善,居住环境差9,面临着来自自然、社会、经济的多方面压力。另一方面,城中村以相对低廉的房屋价格,容纳了大量的外来务工人员和城市低收入群体。Pelling等10 指出,日益增加的流动性可能会改变流动人口的物理环境,加剧他们的贫困状况,并刺激某些特定的正在城市化地区脆弱性的出现。通过不同学者1113
6、 对城中村的研究发现,城中村居住的人员复杂且管理混乱,其居民在教育、住房、医疗、文娱、就业等状况不尽人意。由于收入、教育水平、社会保障等方面的限制,他们的灾害意识和对风险管理的认识不足,容易遭受灾害冲击,陷入贫困。近年来,暴雨、洪涝、干旱等自然灾害频发1,3,对城中村地区居民生活造成了巨大的冲击。随着城市化的发展和未来气候变化城中村地区的脆弱性程度可能进一步增加,我国城中村的减灾问题仍然十分严峻。本研究从微观角度出发,建立脆弱性指标体系,主要目的是评估城中村居民的社会脆弱性,并识别不同特征的居民的脆弱性水平,分析造成脆弱性差异的原因,有针对性对城中村防灾减灾提供政策建议。同时致力于提高城中村社
7、区和家庭的防灾减灾能力,寻求城中村地区适应能力提高和风险减少相结合的发展方式,最终实现城中村社区和家庭的可持续发展。1研究综述国外的灾害社会科学研究从 1950s 以来不断发展,涵盖灾害社会学、人类生态学、脆弱性论、风险论、韧性论等多个方面14。西方国家从1980 年代就展开了综合的脆弱性研究,并将研究成果运用到灾害管理中,实现了与具体的防灾措施的结合。但我国灾害社会科学研究起步较晚,目前,在研究成果尤其是在社会脆弱性的研究成果方面,与发达国家相比还有较大的差距15。脆弱性是目前灾害研究的重要课题。灾害的发生是“触发因素”和“脆弱性”共同作用的结果3,7。社会层面的脆弱性可以看做是自然、社会和
8、个人的改变所带来的结果,这些改变使人们暴露于灾害的风险中6,16。社会脆弱性状态是某一区域或群体在灾前就已经存在的17,它与缺乏资源、贫穷和边缘化紧密相关10,18。社会脆弱性还与人类应对直接或预期灾难压力的适应能力有关17,是一种暴露于自然环境和社会压力下适应能力不够而导致受到的伤害或损失19,20。尽管目前还未形成统一的脆弱性定义,但总的来说学界广泛认可脆弱性是社会群体或组织暴露在灾害冲击下潜在的受灾因素、易受伤害程度及应对能力的大小2022。社会脆弱性从不同的视角构建了不同的分析框架,例如从政治经济视角出发的压力和释放模型(Pressure and elease Model,PA),它强
9、调脆弱性和危害在灾害形成中的共同作用,从根本原因,动态压力,不安全的条件等方面揭示脆弱性产生的根源23。另外脆弱性也与贫困密切相关。贫困是人们易受自然灾害影响的重要驱动因素,而自然灾害反过来又以可衡量的方式加剧了贫困。因此在很多情境中,使用可持续生计框架(Sustainable Livelihood Framework)来评估脆弱性是可行的24。维持生计所需的能力、资产(物质和社会资源)和活动都包含在可持续生计框架中。从社会生态视角出发的地方风险模型(Hazards-of-Place,HOP),它强调灾害应该是在自然和社会结构层面上运行的特定区域的产物,以及特定社会对灾害的脆弱性25。因此,在
10、这一模型中GIS 经常用于叠加灾害类型和社会脆弱性指标,以呈现多种自然和社会因素影响下脆弱性的空间差异21。人环境耦合系统分析框架(Vulnerabili-ty Framework of Coupled Human-Environment Sys-tem),强调人文条件与环境相互耦合作用的关系及存与不同尺度上,灾害的相互作用、环境的恢复力以及应对机制26,等等。近年来,在当今全球环境变化和可持续发展背景下,气候变化专门委员会从“暴露性敏感性适应能力”三个维度构建了脆弱性框架27,常被用在个体差异的脆弱性评估中。他不仅考虑了客观环境对人们脆弱性的影响,还考虑了人的主观行为和意识对脆弱性的影响。其
11、中,与暴露性不同,适应能力和敏感性成分是系统的内部、不可观察和不可测量的属性28,29。暴露性是系统暴露的脆弱性环境,敏感性是指人类社会系统受不利因素影响时,表现出来的敏感程度,适应能力是抵御风险的能力。脆弱性的定量分析能更直观地提高与非专家决策者的沟通效率30,量化脆弱性指标可以降低其分析的复杂性27,为政策建议提供更有力的依据。对脆弱性进行定量分析前首先要选取指标,学者对社会脆弱性概念的理解不同,构建的指标体系也不同。例如,Cutter 等17 利用了美国县级社会经济和人口统计的数据,构建了环境灾害社会脆弱性指标体系(SoVI)。Dwyer31 根据脆弱性因子,构建了个人/家庭、社区、社会
12、公共服务、政府组织管理共四维度指标体系。Wisner 等23 根据资产的概念,构建了五大资本模块分别包括个体资本、社会资本、实物资本、经济资本和自然资本。陶鹏等32 将构建脆弱性的要素分别划分为个体资本,即知识经验、技能、经济能力、行动能力、性别、年龄等;社会资本,即社会关系网络;公共资本,即公共基础设施;自然资本,即582第 2 期涂鑫鑫,等:基于主成分分析法的城中村居民社会脆弱性评估 以武汉市洪山区为例区域的自然条件与资源。综合目前的主要研究成果发现社会指标的选取主要与社会系统遭受的暴露性、敏感性和恢复能力等有关。由于灾害影响并不均匀,弱势群体的脆弱性可能更高,社会脆弱性指标包括人口和社会
13、特征相关的要素33。常用的指标包括年龄、教育水平、住房和居住环境、社会资本(社会关系网络)、社会保障、防灾意识和准备、健康状况等。建立合适的指标体系后,需要对构建的指标进行赋值计算权重,其计算方法有专家打分法、层次分析法34、主成分分析法35、熵值法36 等。在脆弱性的评价方法方面,较为常用的有综合指数法37、决策树分析法38、BP 人口神经网络模型法39、函数模型法36 等。而社会脆弱性指数也有不同的计算模型,如社会脆弱性指数(SoVI)17、社区脆弱性指数(CVI)40、城市社会脆弱性指数(SV)41 等。不同的评价方法和指标选择不存在绝对的优劣或对错,往往需要根据实际情况出发进行判断。我
14、国的社会脆弱性研究,近十年间来才开始得到学界的较多关注3。目前对自然灾害脆弱性的研究主要集中在城市地区,如张永领等42 对上海市自然灾害社会脆弱性进行了评估,发现各区呈现出的不同社会脆弱性程度;文彦君等43 以陕西省宝鸡市各县区为例,发现其自然灾害社会脆弱性具有明显空间差异,区域人口、经济密度及财产数量是主要因素,而对城中村地区的自然灾害社会脆弱性研究较少。在对城中村进行的大量研究中,主要都是集中在居住环境、人口构成、教育和收入等方面11,13,也鲜少有学者探讨其脆弱性。社会脆弱性评估,对于区域防灾减灾和灾害应急管理具有十分重要的意义。虽然近年来我国的脆弱性研究取得了一定的进展,但是依然存在很
15、多问题,例如,在脆弱性评估方面忽略了从实际地域情况出发,另外多数依靠宏观普查数据,对脆弱性地区(如城中村地区)和脆弱性群体的关注不足。2研究方法2.1研究区域武汉市位于湖北省东北部,长江与汉水交汇处,也是我国中部地区最大的城市之一。包含武昌区、洪山区、江汉区等 13 个行政区。其中,洪山区,位于武汉市东南部,下辖 13 个街道、1个乡。截至 2020 年底,洪山区常住人口约 173万人44。该区地貌以平原为主,地势呈现西北低、东南高的特点,全区约 93%的土地低于海拔 40 m。而且河流湖泊众多,全区水面积约 1.33 hm2,占总面积的 23.3%,在全国大城市中居于首位。该区夏 秋 季 节
16、 雨 水 充 沛,年 平 均 降 雨 量 约 达1 163 ml44。尤其每年的 6 月到 8 月江河水位暴涨,据记载,到 1998 年遭受较严重的洪涝灾害共计 14 次,且直至目前洪水依然是威胁该地区社会发展的最严重的灾害之一45。同时,洪山区曾经发生过超三级以上的地震有 21 次,干旱热害也是会常有发生45。洪山区作为“以城带郊”的城区,在用地类型和使用功能上,属于典型的城市边缘区46。在武汉市的 147 个城中村中,洪山区有 66 个,大约占总数的 48%,承载人口数量超过 10 万以上47。虽然武 汉 市 土 地 利 用 总 体 规 划(2006 2020年)48 强调要加大对“城中村
17、”的整治力度,但截止目前,在主城区范围内尤其洪山区依然存在大量城中村空间。作为城乡结合体,因为建筑密度高、管理权责不明确、社会基础设施不足等原因,这些城中村蕴藏着巨大的灾害风险隐患。在未来可能的灾害背景下,城中村容纳的大量的流动人口中较脆弱的群体将会遭受更大的威胁。2.2数据来源及指标体系构建2.2.1数据来源本文的研究数据来自 2021 年 6 到 7 月对洪山区的 11 个城中村社区居民进行的关于灾害社会脆弱性的问卷调查。目标社区的选择是在初步调查的基础上,充分考虑了各个社区的人口要素,社会要素和空间要素。在选择抽样方法时,考虑到许多城市流动人口,特别是农民工等,并未完全纳入城市人口名单。
18、因此,我们采用配额抽样的方法确定每个社区的样本量,并通过随机调查获得每个社区的问卷。本次共计发放调查问卷 620 份,其中有效问卷数为 599 份,有效率为 96.6%。2.2.2指标体系本文基于 IPCC 的“暴露性敏感性适应能力”概念框架20,50,对武汉市洪山区城中村居民的脆弱性水平进行评估。从武汉市社区居民的暴露性、敏感性、适应能力 3 个方面入手,综合初步调查结果和专家建议后分别选取了地理位置、682长江流域资源与环境第 32 卷住房和居住地建筑安全性、设施可获得性、健康状况、生计稳定性、债务情况、租户与否、社会融入、教育水平、家庭结构、社会网络/社会资本、社会保险、社会福利、灾害意
19、识、灾害准备共 15 项指标,见表 1,全部指标的数据均来源于问卷。图 1洪山区地理位置图(包含已调研城中村社区的位置)Fig.1Location of study area(Including locations of surveyed urban villages)表 1洪山区城中村居民的社会脆弱性评价指标体系Tab.1Social vulnerability evaluation index of residents in urban villages in Hongshan District一级指标二级指标评价变量指标类型权重暴露性地理位置住房和居住地建筑设施可获得性居住地安全程度00
20、20 9房屋建设抵抗灾害侵袭程度0016 5防灾设施完善程度0001 4各项设施利用的便利程度0002 7敏感性健康状况居民健康程度0079 3生计稳定性工作(收入)的稳定程度0032 1债务情况是否有借款或贷款0073 9租户房屋所有者还是租户+0053 4适应能力社会融入教育水平家庭结构社会网络/社会资本社会保险社会福利灾害意识灾害准备融入当地社会情况0061 2居民的教育水平0089 3抚养孩子及赡养老人占家庭总人口的比例+0033 8遇到灾害损失后,能否快速得到家人、亲戚和朋友的帮助0060 8遇到灾害损失后,能否快速得到社区、政府或 NGO 的帮助0065 8是否有足够的保险0092
21、 1是否有足够的社会保障0044 7灾害知识及灾害经验了解情况0060 4对自己居住的地方发生的灾害的了解程度0026 2防灾和灾后逃生用品的准备0073 8是否参加过防灾演练0111 8注:正向指标与社会脆弱性呈正相关,指标值越大脆弱性越大,表明越容易受到自然灾害的影响;负向指标与社会脆弱性呈负相关,指标值越大脆弱性越小,表明越不容易受到自然灾害的影响782第 2 期涂鑫鑫,等:基于主成分分析法的城中村居民社会脆弱性评估 以武汉市洪山区为例暴露性是指人口、社会经济、家庭财产等承灾体暴露于灾害风险的程度49。本文主要选取居住的地理位置即居住地是否安全,住房和居住地建设包括居住是否可以抵抗灾害袭
22、击,避难所、排洪设施等防灾设施是否完善以及周边各项设施可利用的便利程度等作为暴露性指标,来研究武汉市洪山区城中村居民暴露在自然灾害、社会风险下的现状。敏感性是指人类社会系统在面对灾害时,表现出来的敏感程度49,其主要涉及身体和经济状况,在本研究中主要选取居民的健康状况、生计稳定性即工作稳定程度、是否有欠债和是否为租户等指标。适应能力是居民适应潜在损害、利用机会或应对后果的能力50。本研究主要包括居民融入当地社会情况、受教育水平、社会网络(社会资本)、社会保险、社会福利,是否具备灾害意识以及防灾和灾后逃生用品的准备、老年人和小孩所占家庭人数的比例等指标。2.3分析策略本文首先对社会脆弱性概念进行
23、梳理以及对研究进展情况进行归纳总结,依据 IPCC20,50 的“暴露性敏感性适应能力”概念框架,选取 15个脆弱性指标构建洪山区城中村灾害脆弱性的评价体系。运用主成分分析确定各脆弱性指标的权重,并结合问卷调查数据,使用综合加权评分法得到最终的居民社会脆弱性,也分别获得暴露性、敏感性和适应能力结果。考虑到居民的脆弱性与个人因素和社会状况等多个层面相关,本文将从年龄、性别、户口类别、收入 4 个方面出发,研究不同因素对脆弱性的影响,分析和描述不同特征的居民在社会脆弱性的现状与差异,考察和识别居民中脆弱群体。2.4数据分析2.4.1指标权重的确定在确定自然灾害社会脆弱性的评价指标权重时,本文采用了
24、主成分分析确定权重,通过对原始多维变量做线性组合,保持原始的大部分信息,避免了主观性。将原有多个相关性较强的变量 x1、x2、xp重新组合,生成少数几个彼此不相关的变量 F1、F2、Fm,使它们尽可能多地提取原有变量的信息。做主成分分析前,首先要对原始数据进行标准化,并进行 KMO 检验和Bartlett 球 形 检 验。分 析 结 果 得 KMO 的 值 为0.755,表明各变量之间存在相关关系,且 Bart-lett 球形检验的 P 值为 0.00 小于 0.05,通过显著性检验,表明该数据可以用主成分分析法来确定权重。具体步骤如下:(1)求数据经过标准化后的矩阵。设评价变量为 p 个,样
25、本个数为 n,xij为第 i 个样本的第 j个变量,则:X=x11x1pxn1xnp(1)(2)求变量之间的相关系数矩阵:rij=nk=1(xki xi)(xkj xj)nk=1(xki xi)2nk=1(xkj xj)2(2)式中:rij为第 i 个变量与第 j 个变量的相关系数,可得变量的相关系数矩阵。(3)对相关系数矩阵求特征值与特征根。通过表 2 可知,前 6 个主成分的特征值大于 1,但其仅保留了原始指标中 58%的信息,保留信息不充分。为了在确定指标权重时使用的信息更加充分,本文考虑了所有的成分确定权重。记 cj为第j 个主成分对应的方差贡献率,zij为第 j 个特征向量的第 i
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