基于地理加权回归克里格的日平均气温插值

气温是大量农业、水文、气候、生态模型的输入变量.在地形复杂的区域,考虑气温与环境变量的线性回归关系和残差的自相关性的方法(如回归克里格法,regression Kriging,RK)是目前气温插值的主要方法.但此类方法多使用基于普通最小二乘的全局回归技术,没有顾及回归关系的空间非平稳性.地理加权回归克里格(geographically weighted regression-Kriging,GWRK)是一种既能顾及回归关系的空间非平稳性、又能考虑残差的自相关性的一种插值方法.本文用RK和GWRK对海南岛2013年12月18日的日平均气温进行插值并进行比较研究.依相关性分析和逐步回归分析的结果,采用RK1(以海拔为辅助变量)、GWRK1(以海拔为辅助变量)、RK2(以纬度、海拔、海陆距离为辅助变量)和GWRK2(以海拔、海陆距离为辅助变量)4种模型进行研究,并用80个验证站评估4种模型的精度.结果表明:GWRK1模型的最大正误差、最大负误差、平均绝对误差、均方根误差均最接近于0.从最大正误差、平均绝对误差、均方根误差3个指标看,考虑更多辅助变量的RK2、GWRK2模型反而不及只考虑海拔的RK1、GWRK1模型,表明RK2、GWRK2模型中辅助变量之间的相关性对插值结果有较大影响.     

南京市绿色基础设施网络格局与连通性分析的尺度效应

以南京市为研究区,基于ArcGIS、Erdas、GuidosToolbox和Conefor等软件平台,采用形态学空间格局分析(MSPA)和景观连通性分析方法,通过在MSPA中设置不同的粒度、边缘宽度和在景观连通性分析中设置不同的扩散距离阈值,对2013年南京市绿色基础设施网络格局变化的尺度效应、边缘效应与距离效应进行评价.结果表明: 基于MSPA获取的景观类型构成存在明显的尺度效应和边缘效应,且边缘效应对MSPA景观类型的影响较尺度效应更为明显.不同扩散距离对景观连通性的影响很大,对于南京市来说,2 km或2.5 km是关键的扩散距离阈值.当输入数据选择粒度30 m、边缘宽度30 m时,可以得到南京市城市绿色基础设施(UGI)网络更为详尽的景观信息.基于MSPA与景观连通性方法,分析尺度效应、边缘效应、距离效应对研究区UGI网络景观类型的影响,有助于选择合适的粒度、边缘宽度及扩散距离,并更好地理解UGI网络的空间格局和与生态过程相关的尺度效应和距离效应,从而使得UGI网络时空格局变化分析时的参数设置更为科学合理.研究结果可为中尺度范围内UGI景观网络时空格局分析时的参数设置提供重要的参考和依据,对其他地区UGI景观网络的分析也具有一定的借鉴意义.     

基于空间优先级的福州市中心城区绿色基础设施网络构建

在城市用地极为紧张、生态环境保护遇到严峻挑战之际,如何高效构建绿色基础设施(GI)网络并识别相对重要的景观生态要素显得尤为重要.本研究以福州市中心城区为例,基于形态学空间格局分析方法与景观连通性评价对GI网络中心进行识别及优先级划分,使用最小成本路径及重力模型等方法提取各级潜在廊道,并利用密度分析和盲区分析对GI节点进...     

城市化下平原河流水系变化及空间响应

针对平原河网地区水系形态难以刻画并且受城市化的空间影响难以定量等问题,以太湖平原杭嘉湖地区为例,基于地形图获取的1980s与2010s水系数据和遥感影像等资料,运用多重分形理论及地理加权回归模型,定量揭示了20世纪80年代以来城市发展对河网水系演变的影响。结果表明：（1）杭嘉湖地区河网密度和水面率均呈减小趋势,衰减率分别为10%、13%;区内水系分布集中,均匀性下降;河流曲度降幅为0.5%,干流面积长度比在中、高城市化区域增幅较大。（2）水系变化对城市化的响应在空间上存在较为明显的异质性。城市化水平越低,水系形态演变越剧烈,空间分布不规则性越明显。（3）杭嘉湖地区存在"低-低"、"低-中"、"低-高"、"中-高"4种不同的城市化水平转变类型。城市化水平未发生转变时,水面率衰减更为剧烈,且水系空间分布均匀性下降,水系形态变化较大;城市化水平转变幅度越大,水系均匀化分布趋势越明显;受政策影响"中-高"发展区域仅河网密度变化较为明显。本研究将为城市河网水系保护和生态环境可持续发展提供科学参考。     

基于地理加权模型的南设得兰群岛北部南极磷虾渔场空间分布影响分析

结合南极磷虾渔业科学观察员收集的渔业数据和海洋环境数据,本研究利用地理加权回归模型(GWR),分析了具有空间属性的虾群深度和离岸距离两个因子,以及海水表温对南设得兰群岛北侧水域南极磷虾渔场空间分布的影响.结果表明:各年南极磷虾渔业单位捕捞努力量渔获量(CPUE)在空间上的分布无显著的集聚性;2010和2013年,3个因子之间存在空间自相关性(正相关),而2012和2016年则无自相关性.GWR模型结果显示,3个因子对CPUE的空间分布具有不同程度的影响,影响程度大小依次为虾群深度>离岸距离>温度.拟合结果发现,南设得兰群岛东、西两侧水域中表温对CPUE空间分布的影响与其他两个因子具有相反的趋势.虾群深度和离岸距离对CPUE的空间效应主要表现为负相关,但存在着年际和区域性差异.本研究结果可为南极磷虾渔场形成机制研究提供方法上的参考.     

基于生态系统服务的青海湖流域生态风险评估及其空间异质性影响因素分析

青海湖流域是我国西北部的"气候调节器"和"空气加湿器",其生态风险管控对青藏高原乃至我国西部的生态保护和可持续发展都有着重要意义。基于InVEST模型对青海湖流域2005年、2010年、2015年、2020年产水量、土壤保持、生境质量和碳储存4项生态系统服务进行定量评估,借助熵权-TOPSIS法,以生态系统服务的相对损失量来构建区域生态风险指数,并运用地理探测器和地理加权回归模型分析自然-社会要素对青海湖流域生态风险空间异质性的影响。结果表明:(1)2005-2020年青海湖流域产水量、土壤保持、生境质量和碳储存均呈现波动增加的趋势,增幅分别为10.17%、18.36%、9.84%、3.47%,各项生态系统服务的高值区分布于河流上游的河源区和植被覆盖率高的林地区域;(2)2005-2020年青海湖流域生态风险较高,但呈现波动降低的趋势。高风险区主要位于湖区、环湖区、布哈河河谷以及流域西北部;(3)青海湖流域生态风险的空间格局受地形及高程因子主导,但人为干扰度的影响力呈逐年上升趋势。驱动因子交互作用的解释力显著高于单因子;(4)主要驱动因子对研究区生态风险的作用方向及强度存在明显的空间分异特征,坡度呈正相关,年平均气温呈负相关,归一化植被指数(NDVI)和人为干扰度呈现出正负两种效应,但以正向效应为主。研究结果对青海湖流域生态风险管控和高原生态环境保护有一定借鉴意义。     

环京津城市群生态系统服务的时空演变与驱动因素

城市群已成为全球经济竞争的新空间单元,在促进城镇化建设,实现资源优质配置和发挥辐射带动作用等方面发挥着重要的功能。但剧烈的社会经济活动必然会对城市群生态系统服务造成破坏,因此开展城市群生态系统服务的时空演变研究,进而探索不同驱动因子对其的作用机制具有重要意义。目前,在已有的研究中缺少对城市群尺度和长时间跨度下的生态系统服务水平演变与驱动因素探究。为此,选取京津及环京津地区为研究区域,通过总结区域生态问题,构建起研究区域生态系统服务评价体系,并对2000-2018年生态系统服务进行计算,分析时空演变特征。然后,通过最小二乘法模型（Ordinary Least Squares,OLS）筛选出潜在的驱动因子,并导入地理加权回归模型（Geographically Weighted Regression,GWR）进行地理加权回归计算。最后,通过对结果分析,探讨自然和社会因子对生态系统服务的作用机制。研究结果表明：1）2000-2018年,研究区域生态系统服务呈现出先上升后下降,在2015年达到最高值的发展特征。2）在空间上,研究区域生态系统服务内总体上呈现燕山山脉及太行山山脉北部区域为生态系统服务的高值区域,坝上区域为低值区的空间分异特征。同时,生态系统服务演变在空间上呈现以燕山和太行山为界,燕山和太行山区域呈现先减弱后提升的趋势,西北区域整体呈现减弱趋势,东南区域从2015年起逐渐降低的空间演化特征。3）在驱动因素方面,自然环境和社会经济因素对生态系统服务的驱动作用从强到弱排列依次是：降雨量 > 土壤含沙 > 人口密度 > 温度 > 基础设施密度。4）其中,人口密度、土壤含沙量、基础设施呈较为明显的负相关驱动特征,降雨量呈较为明显的正相关驱动特征,温度则呈南部负相关,北部正相关,由东南向西北影响增强的趋势。本研究通过评估环京津城市群生态系统服务,分析区域生态系统服务的分析演变特征,并探索区域自然、社会因子对生态系统服务的驱动作用,为环京津城市群未来的生态环境保护和规划策略制定提供了科学指导和决策依据。     

绿色基础设施供需适配关系演进特征及其规律——以南京市为例

绿色基础设施（GI）供需均衡对维护城市或区域生态系统稳定,提升国土空间治理体系和治理能力现代化水平,推动城市高质量发展具有重要意义。从绿色基础设施供需适配关系的视角出发,运用生态系统服务价值法对GI服务供给进行测度,从社会、经济、生态和环境四方面综合评价GI需求,研究南京市GI供需适配关系的演进情势,揭示其时空配置的差异性。结果表明：（1）2000-2020年,南京市GI供给呈主城低、郊区高的分布格局,总供给、人均供给和单项供给均先减后增。（2）GI总需求逐年减少,形成从中心城区向郊区递减的三个圈层。（3）南京市共划出9个供需适配类型,对应11个辖区划出99个供需适配类型组合区,供需适配较好区与较差区分别占全市国土面积的26%和44%,呈不均衡分布。（4）主城区较适应的匹配类型是低供给-中需求,郊区维持低供给-低需求较符合区域发展实际,并针对不同类型区优化提升提出对策建议。     

基于景观格局和生态敏感性的海南西部地区生态脆弱性分析

以海南岛西部地区为研究对象,选取分离度、分形维数、破碎度3个景观格局指标和土地沙化、土壤侵蚀2个敏感性指数,构建景观类型脆弱度和区域生态脆弱度模型,从景观格局与生态系统敏感性相结合角度探讨了区域生态环境脆弱性问题。结果表明：（1）研究区耕地的景观类型脆弱度最大,林地次之,水域最小;（2）相关分析显示,景观类型脆弱度与沙化敏感性、景观类型脆弱度与破碎度、破碎度与土地沙化敏感性、破碎度与区域生态环境脆弱性之间存在着显著和极显著的正相关关系;（3）区域生态环境脆弱性分区的空间分布与客观实际吻合良好,表现为：水平方向上,生态脆弱度大体平行于海岸线,呈条带状分布,离海岸线的距离越近脆弱度值越高;垂直方向上,生态脆弱度具有随海拔增高坡度变大而出现增大的趋势;（4）格局指数与区域生态环境脆弱性驱动力间的关联分析,表明琼西区域景观特征和区域生态环境脆弱性的变化主要受人类活动所调控,同时,还受控于海洋和地貌两大自然因素。区域生态脆弱性格局指标与脆弱性驱动力之间有着良好的信息反馈联系;（5）从景观视角出发,建立起景观信息与区域生态环境响应之间的联系,可以从更广、更高层面上来分析与评价区域环境问题,并为区域生态环境的建设提供新的研究方法和思路及有益的实践指导。     

基于遥感生态指数的道路网络生态效应分析——以福州市为例

以2000年和2016年两期Landsat影像为基础数据源,借助遥感生态指数（RSEI）对福州市生态环境进行评价,在此基础上,从道路缓冲区、城乡梯度带、剖面线三种不同取样方法定量探讨RSEI对路网的响应机制;再以500 m×500 m、1000 m×1000 m、1500 m×1500 m、2000 m×2000 m、2500 m×2500 m、3000 m×3000 m不同尺度的网格划分空间单元,运用全局空间自相关、地理加权回归分析等方法分析了道路核密度（KDE）和RSEI及其之间关系的空间异质性。结果表明：从2000年到2016年,福州市生态环境好的区域面积增幅大于生态环境差的区域面积,生态环境质量向好的方向发展。各类型道路缓冲区的RSEI变化规律都是呈从0 m到3000 m逐渐上升的趋势,其中国道、省道、县道、乡镇道路影响的阈值分别在900、900、450、750 m左右。在城乡梯度分析中,RSEI曲线的变化规律都是随着与行政中心距离的增大而增大,到达一定阈值后趋于平缓,甚至还有小幅度的下降,区级的影响阈值在20 km左右,县级的影响阈值在12 km左右;而KDE曲线的变化规律与RSEI相反,其变化阈值与RSEI正好对应。剖面线所经过的行政中心处,其RSEI为低值,KDE为高值,西北方向的内陆地区RSEI高于东南方向的沿海地区。在多尺度的地理加权回归分析中,1500 m×1500 m和2000 m×2000 m这两个网格单元采样下的空间集聚性较强,空间异质性明显,总体上来看,RSEI与KDE呈现负相关关系,且相关关系存在空间分异,负回归系数主要分布在研究区的中心区域。研究结果可为福州市生态建设和路网规划提供参考依据。     

Analysis of the ecological vulnerability of the western Hainan Island based on its landscape pattern and ecosystem sensitivity

The ecological vulnerability of the western Hainan Island of China was assessed using a combined approach of landscape pattern and ecosystem sensitivity. Models were developed using the following five factors: reciprocal of fractal dimension (FD), isolation (FI), fragmentation (FN), sensitivity of land desertification (SD), and sensitivity of soil erosion (SW). The major findings include: (1) the vulnerability of various landscape types was in the following decreasing order: farmland > forestland > water area. This suggests that the ecosystems of farmland and forestland are unstable and sensitive to external disturbances; (2) significantly positive relationships were found between the vulnerability of landscape types (VI) and SD, VI and FN, FN and SD, and FN and EVI (regional eco-environment vulnerability). This suggests that FN and SD have considerable effects on VI and EVI in this case; (3) there is a good agreement between the predicted and the actual distribution of the EVI zones. EVI value tends to decrease with increasing distance from the coastline and increase with increasing altitude; (4) the landscape pattern and the regional ecological vulnerability in this study is predominantly controlled by human activities, although physical factors such as topography and oceanic influences also play roles in the process; and (5) the establishment of relationships between data with respect to landscape and the regional ecological responses could be beneficial in guiding the ecological construction of this region.     

Analysis of the ecological vulnerability of the western Hainan Island based on its landscape pattern and ecosystem sensitivity

The ecological vulnerability of the western Hainan Island of China was assessed using a combined approach of landscape pattern and ecosystem sensitivity. Models were developed using the following five factors: reciprocal of fractal dimension (FD), isolation (FI), fragmentation (FN), sensitivity of land desertification (SD), and sensitivity of soil erosion (SW). The major findings include: (1) the vulnerability of various landscape types was in the following decreasing order: farmland > forestland > water area. This suggests that the ecosystems of farmland and forestland are unstable and sensitive to external disturbances; (2) significantly positive relationships were found between the vulnerability of landscape types (VI) and SD, VI and FN, FN and SD, and FN and EVI (regional eco-environment vulnerability). This suggests that FN and SD have considerable effects on VI and EVI in this case; (3) there is a good agreement between the predicted and the actual distribution of the EVI zones. EVI value tends to decrease with increasing distance from the coastline and increase with increasing altitude; (4) the landscape pattern and the regional ecological vulnerability in this study is predominantly controlled by human activities, although physical factors such as topography and oceanic influences also play roles in the process; and (5) the establishment of relationships between data with respect to landscape and the regional ecological responses could be beneficial in guiding the ecological construction of this region.     

基于GWR模型的土地覆盖与地表温度的关系——以京津唐城市群为例

基于Landsat TM土地覆盖分类数据和MODIS地表温度数据,探讨京津唐城市群不同土地覆盖的地表温度(7日),并采用常用的普通线性回归(OLS)和地理加权回归(GWR)方法分别拟合土地覆盖比例与地表温度的关系.结果表明: 研究区不同土地覆盖类型的地表温度差异明显,人工表面(40.92±3.49 ℃)和耕地(39.74±3.74 ℃)的平均温度较高,林地(34.43±4.16 ℃)和湿地(35.42±4.33 ℃)的平均温度较低;土地覆盖比例与地表温度显著相关,且两者之间的定量关系存在空间非稳定性,地理位置以及周围环境影响的差异是空间非稳定性产生的主要原因;GWR模型的拟合结果优于OLS模型(R_GWR²>R_OLS²),并且GWR模型可以量化土地覆盖比例与地表温度两者关系的空间非稳定性特征.     

基于地理加权回归的渤海沙氏下鱵鱼仔稚鱼栖息地指数

为研究渤海鱼类资源早期补充过程,本文将地理加权回归法(GWR)引入栖息地指数(HSI)模型,选取海表温度、海表盐度、水深和叶绿素a浓度4个环境因子建立基于GWR的渤海沙氏下鱵鱼仔稚鱼的HSI_GWR模型.模拟发现:在2015年8月渤海的HSI_GWR模型中,海表温度和叶绿素a浓度为全局变量,两者的回归系数分别为-0.027和0.006,对HSI影响较小.海表盐度和水深为局地变量,两者回归系数绝对值的平均值分别为0.075和0.129,对HSI的影响较大.其中,海表盐度在渤海中部与HSI呈负相关,负相关系数最大,为-0.3,在三湾呈微弱正相关,相关系数最大值为0.1;水深在整个渤海均与HSI呈负相关,且在三湾的负相关程度明显大于渤海中部,三湾的负相关系数最大,为-0.16.该HSI_GWR模型的泊松相关系数为0.705,拟合效果较好,可为今后的鱼类栖息地环境研究提供一种新的方法.     

海南岛主要森林类型时空动态及关键驱动因子

天然林,橡胶林和浆纸林之间转化是海南岛森林生态系统演变的主要形式.以海南岛1988年(建省),1998年(提出生态省建设)和2008年(目前)3个年代的天然林,橡胶林和浆纸林遥感解译为基础,分析了三者的格局动态及关键驱动因子,得到以下结论:(1)1988-1998和1998-2008年间,天然林总面积呈现先明显增加(增加面积10.76万hm2),后明显减少(减少面积20.03万hm2)特点;橡胶林呈先小幅下降(下降面积7.14万hm2),后大幅度增加(增加面积20.03万hm2)的变化特点,浆纸林则一直呈增加的趋势;(2)三者年动态变化率在1998-2008年间最大(1.335％),1988-2008年间次之(0.965％),1988-1998年间最小(0.490％);(3)1988-1998年天然林空间范围转化呈内部增加,外部扩展的特征,增加的部分主要来自橡胶林和其他用地类型,同时,浆纸林空间转化呈局部增加和橡胶林呈局部减少的特点;1998-2008相比1988-1998年间,天然林空间范围呈外缘收缩,内部减少的特点,橡胶林和浆纸林则呈内外部都扩张的特点.类型间转化天然林向橡胶林,浆纸林和其他类型用地转化较明显;(4)不同时期的林地面积变化主要受政策,农业人口,农林产品市场价格等外在因素的作用,同时也受到道路,高程和坡度等内在因素的影响.最后,从林业监督,生态补偿,市场调节等角度提出海南省林业发展建议.     

基于地理加权回归的茶叶种植专业化空间格局及影响因素——以福建省安溪县为例

以专业化茶叶种植大县安溪县为例,通过评估各乡镇茶叶种植专业化水平,结合Pearson相关分析、普通最小二乘法模型(OLS)和地理加权回归模型(GWR),筛选出平均高程、农民人均纯收入、农业从业人口比重、距交通道路距离4个主要影响安溪县茶叶种植专业化程度的因素,并探讨其对茶叶种植专业化影响程度的空间分异规律.结果表明: 安溪县各乡镇茶叶种植专业化程度呈现显著的空间自相关,以县城为中心,茶叶种植专业化程度由近及远呈现出“低-中-高”的形似杜能农业区位模型的圈层结构;GWR的拟合度(0.624)高于OLS(0.595),且前者对空间数据的解释力更高;与杜能农业区位模型的市场距离决定机制相悖,茶叶种植专业化程度受山地自然环境因素的影响明显较社会经济因素更大;茶叶种植专业化程度与平均高程、农民人均纯收入、农业从业人口比重呈正相关,而与距交通道路距离总体呈负相关;茶叶种植专业化程度与平均高程、农民人均纯收入的回归系数主要呈现出“南高北低”的空间分布特征,农业从业人口比重则呈相反的规律,而距交通道路距离则主要呈现“西南低、东北高”的空间特征.