基于小波变换的生态环境空间特征尺度研究

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1、报告人：李小梅基于小波变换的生态环境空间特征尺度研究报告主要内容生态环境空间尺度研究提出的缘由尺度研究的内涵研究技术路线特征尺度的确定方法特征尺度研究结果的应用及其地学成因分析结论1问题提出由来学科前沿：尺度问题一直是景观生态学高度关注的问题,也是景观生态学中“格局－过程－尺度”三者之间研究的薄弱环节困惑：生态环境尺度研究的困惑在于寻找类似“光学变焦”的研究工具可能性：生态环境是一个复杂非线形系统,目前数学上发展出非线性系统的研究工具，运用此工具处理表达生态环境特征的遥感定量数据，使生态环境多尺度研究成为可能理论意义：地学和生态学规律的不确定性——生态环境尺度研究试

2、图解释的问题实践需要：规划/区划/评价过程中存在的区域边界模糊和专家知识经验冲突问题，使决策者难以得到信服的结论。研究进展尺度研究的广度尺度研究进展的深度研究进展2.尺度研究内涵讨论尺度是地表生态环境规律的时间空间属性度量2.尺度研究内涵讨论尺度关注的重点：不是定位于某个尺度上的生态环境格局分布规律而是定位于生态环境规律在不同尺度下的联系或转化尺度研究目前存在的问题：特征尺度的确定原则和标准生态环境界线的阈值研究生态因子之间的关系与尺度的控制生态环境尺度分解方法好坏的对比和度量标准生态环境尺度推演方法生态环境尺度约束机制3.研究技术路线3.1多尺度分析方法3.2论文研

3、究数据TM影像资料：1989.04.09、2000.05.04、2002.03.07，影像分辨率为30m×30m。背景资料为：1：100000县界图、1：100000地形图。生态环境实地调查数据研究样区和研究样带选择生态环境多尺度分析数据生态样带1NDVI小波尺度转换后的近似信息生态样带1NDVI小波尺度转换后的细节信息4.特征尺度确定方法的研究特征尺度含义：指在一定区域内能表征景观异质性的最佳斑块大小描述景观异质性的最适宜空间尺度特征尺度确定的初步原则小波方差极大值的对应尺度空间自相关系数波动最频繁区域对应的空间滞后距离或尺度范围小波信息熵极大值的对应尺度4.1生态

4、环境因子的小波方差小波方差极大值确定的特征尺度生态样带1各生态环境要素的小波重构信息方差-尺度拟合曲线特征4.2空间自相关性分析I系数越大，表示相邻单元之间的相似性较大。C系数的值越大，表示相邻单元之间的差异性越大。MoranI系数的值域范围为±1之间，I>0表示正相关，I=0表示不相关，I<0表示负相关。GearyC系数的值域范围为0～2之间，大于1表示负相关，等于1表示不相关，小于1表示正相关。4.2空间自相关性分析特征尺度4.3小波信息熵特征尺度小波信息熵-尺度拟合曲线4.4特征尺度确定原则特征尺度的界定:特征尺度是一个确定的尺度范围，非一个固定的尺度或分辨率数

5、值。生态环境类型之间的界限具有模糊性;生态环境类型的变化不是一个突变过程，而是一个渐变过程。特征尺度的确定标准:主要判定依据辅助依据:小波近似信息方差变化率出现极大值对应尺度值+小波空间自相关系数波动频繁所对应的尺度范围小波细节信息方差极大值的对应尺度小波细节信息熵极大值的对应尺度＋=特征尺度范围5.特征尺度研究结果的应用:区域生态环境的空间尺度响应特征及其成因分析5.1生态环境因子空间格局—尺度响应特征5.2生态环境因子空间格局—尺度响应特征的地学成因分析5.1生态环境因子空间格局—尺度响应特征5.1生态环境因子空间格局—尺度响应特征结论生态因子的空间格局-尺度响应

6、特征:NDVI的特征尺度自西向东变大；南北方向受生态景观类型的多少而影响。BRIGHT的特征尺度自西向东，特征尺度变小;自北向南，特征尺度增大；WET在纬度带上特征尺度较小，自西向东，特征尺度变小。PC在各生态样带上特征尺度的变化幅度较大，一般跨越2-3个尺度。DEM和SLOPE特殊，小波信息方差可以监测出SLOPE的特征尺度，而小波信息熵均不能监测出DEM和SLOPE的特征尺度。样带编号主导特征尺度14-524-535-64755-666-7生态样带的主导特征尺度研究区域特征尺度为第4－7尺度纬度带的主导特征尺度集中于第4—5尺度经度带的特征尺度集中于第6—7尺度5

7、.2生态环境特征尺度的地学成因分析成因之一：生态环境空间格局的物理模板——地质构造和地势走向是整体生态环境尺度效应的基底。福建省北东-南西走向的构造体系影响着各生态样带的起伏度。其引起的特征尺度变异范围为1-3个尺度。生态样带起伏度统计参数5.2生态环境特征尺度的地学成因分析成因之二：人类活动和植被因素的影响作用，改变生态环境参数的局部特征尺度。改变的幅度大小在局部1-2个尺度。6.总结论特征尺度的确定主要原则:小波细节信息方差极大值的对应尺度小波细节信息熵极大值的对应尺度区域生态环境特征尺度的地学成因:地质构造和地势走向是整体生态环境尺度效应的基底