基于空间自回归和地理加权回归模型的不同尺度下土地利用程度研究

以谷城县2009年土地利用现状为研究对象,在分析不同尺度土地利用程度及其驱动因子空间自相关的基础上,分别从全局和局部的角度考虑,建立空间自回归模型和地理加权回归模型。结果表明:该区土地利用程度及其驱动因子都存在一定的空间自相关性,并且具有尺度效应;空间自回归模型可以对各因子进行全局的参数估计,而地理加权回归模型可以给出局部模型的拟合度及驱动因子的参数估计,同时不同尺度地理加权回归模型对地理信息反映详略有一定的影响。     

空间效应及其回归模型在林业中的应用

介绍了空间自相关及空间异质性,综述了空间滞后模型 （SLM）、空间误差模型 （SEM）、混合效应模型 （MEM） 和地理加权回归模型 （GWR） 等空间回归模型在林业中的应用,分析了空间回归模型在不同尺度的林业问题中的应用情况,并针对空间回归模型在林业研究中应用所存在的问题进行探讨。     

黑龙江省森林空间自相关分析

运用空间自相关和自回归模型对黑龙江省森林空间分布的聚集性和相关性进行研究.结果表明:黑龙江省森林及其人文、地貌、气候等影响因子具有明显的空间正自相关;与经典回归模型相比,空间滞后模型模拟的效果是最优的;对于空间自相关关系显著的地区利用空间滞后模型,而对于空间自相关不显著的地区利用经典回归模型模拟的效果会更好一些.     

不同空间尺度下景观格局对人为干扰度的响应——以浙江金义新区为例

基于Landsat TM遥感数据,提取研究区域的土地利用数据,并利用ArcGIS 10.3中渔网工具分别创建不同尺度的评价单元。分别计算每种尺度下的景观格局指数,构建人为干扰强度指标,通过Pearson相关分析来探讨不同空间尺度下景观格局指数对人为干扰度的响应,研究金义都市新区的景观指数在不同空间尺度下对人为干扰度做出的响应。结果表明:①人为干扰强度空间分布表现为四周低,中间高。②斑块密度(PD)、香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)与人为干扰度呈正相关关系;蔓延度指数(CONTAG)、景观聚集度指数(AI)与人为干扰度呈显著负相关。③在探讨评价单元的空间尺度时发现,景观指数与人为干扰度的相关显著性表现不同,具体表现在:AI在空间尺度为2 000 m时,显著相关。而PD、CONTAG、SHDI及SHEI在空间尺度为4 000 m时,与人为干扰度的显著相关,说明人为干扰度与景观格局指数之间的响应存在空间尺度差异性。④在处于发展初期的区县尺度下进行景观格局指数与人为干扰度相关性分析时,发现选取评价单元为4 000 m时,得到的相关性和显著性结果较好。     

基于空间自回归模型的中部经济增长分析

为了揭示区域经济发展与其影响因素间的作用关系,为制定区域经济发展政策提供参考,以中部6省经济 数据为例,采用普通回归模型和空间自回归模型分析和比较人均 GDP增长率及其影响因素的相关关系.结果表 明:数据空间自回归模型的拟合度较普通回归模型好,说明空间自回归模型能够更好地解释人均GDP增长率与其 影响因素间的相关关系,其中比较显著的影响因素有人口密度、固定资产投资总额和第三产业生产总值.     

海口市东海岸带土地利用变化强度及其尺度效应研究

以海口市东海岸带1991年TM、2010年ALOS遥感影像为数据源,在深入分析土地利用转移矩阵的基础上,提出了基于自然生态影响的土地利用变化强度指数,对研究区不同大小规则格网划分下的土地利用变化强度进行了空间自相关和插值,并对空间分布特征进行了研究。得出以下结论:(1)随着尺度增加,土地利用变化强度值变化范围减小,变异性减弱,但平均值变化较小,数据值均近似符合正态分布。(2)当尺度变大时,由于土地利用斑块的聚合作用和区划效应,土地利用变化强度的空间分布均匀性增加,在较远的距离上呈现空间自相关,同时随机因素的作用逐渐增强,全局空间自相关性表现出逐渐减弱的趋势。(3)格网单元越小,呈现的土地利用变化信息越详细,但全局信息特征被掩盖;格网单元越大,总体特征越明显,但数据局部信息被弱化,从而导致部分原始数据信息遗失。(4)以TM/ALOS为数据源时500 m格网为最适宜分析尺度,1991~2010年研究区土地偏离自然生态方向、强烈变化以上区域占总面积的20.70%;趋向自然生态方向、强烈变化以上区域占总面积的2.48%;轻微变化所占比例最大。土地利用变化强度的尺度效应与经济、人口的有一定差异。     

汾河流域2001—2013年植被覆盖时空变化及其对气候因子的响应

利用2001—2013年汾河流域卫星遥感数据归一化植被指数(NDVI)、地表温度(LST)和降水实测资料,分析了汾河流域及其上、中、下游近13 a来NDVI的时空变化特征及其对气候因子的响应。结果表明,近13 a汾河流域月NDVI变化呈现单峰型;整个流域及上、中、下游的植被覆盖率均有所提高;植被覆盖状况由西北向东南逐渐变好;基于月尺度的NDVI与LST呈显著正相关,而降水量与NDVI的相关关系为抛物线型;基于月尺度的NDVI与同期的LST和降水量的复合相关模型优于单变量相关模型,复合相关模型为:NDVI=0.007Ts+0.002P+0.222;基于年际尺度的NDVI与LST的单变量相关不显著,而NDVI与降水量的单变量相关性显著;NDVI的赫斯特指数表明,汾河流域的植被覆盖状况将持续改善。     

不同地表覆盖类型对城市地表热环境的调节

以南宁市高速环道范围内的主城区为研究对象,通过Landsat TM遥感影像反演地表温度(LST),提取归一化差值植被指数(NDVI)、改进的归一化差异水体指数(MNDWI)、改进的归一化建筑指数(NDBI),用最大似然分类法将研究区地表覆盖类型分为水体、林地、园地和建筑用地。同时将研究区按照3km×3km规格分为47个统计小区域,利用ArcGIS中的空间分析功能,统计每个小区域各地表覆盖类型的面积比例及其平均地表温度,并对两者进行相关分析。从而在像元(30m×30m)和小区域(3km×3km)2个尺度上定量研究地表覆盖类型对地表温度的影响。结果表明,在像元尺度上,地表覆盖类型的地表温度排序,从高到低依次为建筑用地、园地、林地、水体;LST与NDBI呈显著线性正相关,LST与NDVI和MNDWI呈非线性关系;LST与正的NDVI和正的MNDWI均呈显著线性负相关;在小区域尺度上,平均地表温度最高的是以建筑用地为主的15号小区域达33.2℃,平均地表温度最低的是以绿地和水体为主的36号小区域仅27.8℃,小区域的水体、林地、园地的面积比例和小区域的平均地表温度呈负相关关系,建筑用地面积比例与小区域平均地表温度呈明显正相关关系。不同地表覆盖类型对地表温度的影响不同,绿地与水体均具有降温作用,且绿地比水体降温效果好。因此,在城市规划中,通过适当设置水体和绿地可以达到调节地表热环境,缓解热岛效应的目的。     

基于随机森林模型的黑龙江省地表温度降尺度的研究

作为研究地表能量平衡的重要参数,地表温度是研究地表物理过程、监测全球资源环境以及气候变化的重要指标之一。通过降尺度处理提高MODIS LST数据空间分辨率,对LST和气候的研究都具有重要的意义。选取黑龙江省作为研究区,选择MOD11A2数据,通过随机森林算法对MODIS LST(1 000 m空间分辨率)进行降尺度处理,并通过气象数据作为验证。试验结果表明：利用随机森林算法对黑龙江省LST数据进行降尺度,降尺度结果良好,降尺度LST的均方根误差（Root Mean Square,RMSE）为2.13 K。     

基于GWR思茅松单木含碳量模型的构建及空间分布研究

以云南澜沧县思茅松天然林单木为研究对象,测定了解析木各个器官的含碳量,采用地理加权回归模型,以地形因子和测树学因子作为变量,对思茅松单木树枝、树叶、树干、树皮、树根和全树含碳量进行模型构建,同时构建最小二乘模型作为比较,分析模型优劣。结果表明：思茅松单木在250 m区域范围内不同器官的含碳量存在空间自相关,因此在研究思茅松单木含碳量的问题时,不能忽略空间自相关的影响。半变异函数能够定量对思茅松各器官含碳量的空间异质性进行分析,200 m范围的空间异质性主要是由随机部分引起的,在研究类似的问题时要确定适当的研究尺度。地理加权回归模型具有较好的拟合效果,各维度含碳量模型的R²均在0.8以上,虽然部分器官含碳量模型的AIC比OLS的略大,但地理加权回归模型的均方根误差均小于最小二乘模型,地理加权回归模型的残差也小于最小二乘模型的残差,模型精度优于最小二乘模型,同时说明地理加权回归模型能够有效解释最小二乘模型无法解释的空间异质性。     

海口市东海岸带土地利用变化强度及其尺度效应研究

以海口市东海岸带1991年TM、2010年ALOS遥感影像为数据源,在深入分析土地利用转移矩阵的基础上,提出了基于自然生态影响的土地利用变化强度指数,对研究区不同大小规则格网划分下的土地利用变化强度进行了空间自相关和插值,并对空间分布特征进行了研究。得出以下结论:(1)随着尺度增加,土地利用变化强度值变化范围减小,变异性减弱,但平均值变化较小,数据值均近似符合正态分布。(2)当尺度变大时,由于土地利用斑块的聚合作用和区划效应,土地利用变化强度的空间分布均匀性增加,在较远的距离上呈现空间自相关,同时随机因素的作用逐渐增强,全局空间自相关性表现出逐渐减弱的趋势。(3)格网单元越小,呈现的土地利用变化信息越详细,但全局信息特征被掩盖;格网单元越大,总体特征越明显,但数据局部信息被弱化,从而导致部分原始数据信息遗失。(4)以TM/ALOS为数据源时500 m格网为最适宜分析尺度,1991²010年研究区土地偏离自然生态方向、强烈变化以上区域占总面积的20.70%;趋向自然生态方向、强烈变化以上区域占总面积的2.48%;轻微变化所占比例最大。土地利用变化强度的尺度效应与经济、人口的有一定差异。     

武夷山自然保护区植被景观斑块空间自相关性的多尺度效应

利用莫兰指数和盖利比指数,对武夷山自然保护区植被景观斑块空间自相关性的多尺度效应进行研究,结果表明:在3个分类尺度上,不同景观类型斑块的自相关性呈现出不同的自相关性;对于本区域而言,以优势树种为分类标准的二级分类尺度是研究此类问题较为理想的分类尺度。     

城市化流域生态系统服务价值时空分异特征及其对土地利用程度的响应

以南京市九乡河流域为研究区域,以2003与2009年2景QuickBird影像数据为基本信息源,应用空间自相关模型,结合GIS空间分析技术,定量探讨了城市化流域生态系统服务价值时空分异特征,以及土地利用程度对生态服务价值空间分异的影响.结果表明:2003-2009年,九乡河流域生态系统服务总价值减少了2.59％,而流域生态系统服务价值的空间聚集性增强;生态服务价值的高-高区域主要集中在流域上游,低-低区域主要集中在流域下游的仙林大学城一带;九乡河流域生态系统服务价值空间分异发生了明显变化,下游仙林大学城一带低-低分布区快速扩张,而高-高分布区仅在九乡河源头及下游的局部区域有所增加;流域生态服务价值空间自相关表现出明显的尺度效应,随着研究尺度增大,生态服务价值的空间自相关性逐渐增强;九乡河流域生态服务价值的空间分异及其变化主要是由土地开发利用引起,流域土地利用程度对生态服务价值存在明显的负效应.     

土地利用与地表温度的空间关系

引入地理权重回归模型进行福州市土地利用与地表温度的空间关系模拟,从格网尺度上探讨城市土地利用对地表温度影响的空间非平稳性。结果表明:建设用地、林草地和水体是影响研究区地表温度的主要土地利用类型,该3种地类对地表温度的影响存在显著的空间非平稳性:建设用地的增温作用以北部林区最强,中部建成区及耕地分布集中区域最弱;林草地和水体的降温作用均以建成区中心最强,向外逐渐减弱,在水域增加林草地或在林区增加水体则会使地表温度升高。由于地理权重回归模型是对土地利用与地表温度空间关系的局部拟合,可以体现不同土地利用对地表温度影响的空间非平稳性,可为区域土地利用与地表温度空间关系研究提供新思路。     

基于ESDA-GWR的四川省粮食单产时空演变及影响因素研究

以四川省21个市州为研究区域,利用ESDA空间自相关分析和GIS空间分析中地理加权回归模型(GWR),探讨了2004~2013年四川省粮食单产的空间特征及影响因素。结果表明:1四川省粮食单产差异明显,整体呈现"中心高四周低"的空间特征。2通过空间自相关分析,全局Moran’s I指数的最小值为0.14,为空间正相关,表明21个市州的粮食单产空间上聚集,并且德阳、南充的粮食单产的"热点"效应逐渐扩散。3对影响因素的地理加权回归分析发现,化肥施用量的回归系数最大,说明化肥施用量是对粮食单产的最主要因素。按其影响程度由大到小排序为:化肥施用量﹥农业机械动力﹥耕地用电量﹥有效灌溉面积。     

平顶山市土壤速效养分空间变异分析

基于地理信息系统(GIS)和地统计学研究了平顶山烟区土壤耕层碱解氮、速效磷、速效钾的空间变异规律.应用GIS将588个采样点数据同其地理坐标相结合,在地市级大范围内进行地统计学分析.研究表明,碱解氮、速效磷、速效钾经对数变换后,样点数据呈正态分布;利用半方差函数模拟变异函数曲线,三者均符合球状模型;3种养分要素的空间自相关程度都属于中等的空间自相关,但空间相关的尺度范围不同,速效磷空间相关尺度最大,速效钾的相关尺度最小;经交叉验证,模拟的球状模型可较好的对整个区域进行插值预测.插值结果表明,速效氮和速效磷在西北到东南的方向上有明显的结构性,速效钾的方向结构性不明显.     

基于DEM的粤北地区土地利用景观格局尺度效应研究

利用土地利用空间数据和高程数据(DEM),应用空间分析方法和景观格局分析方法,对粤北地区不同高程下的土地利用景观格局及景观指数在30~500 m尺度下的变化作了分析。结果表明:在高程500 m以下的区域各景观类型分布均较丰富,200 m以下的区域为居民点分布的主要区域;除蔓延度指数外,其他景观指数均随高程的增加而降低;在景观水平及不同高程上表现出尺度效应的景观指数有斑块密度、斑块形状指数、平均分维度指数和蔓延度指数;在土地利用类型水平上表现出尺度效应的景观指数有斑块密度、面积加权形状指数、平均分维度指数、聚集度指数和凝聚度指数。     

基于DEM的粤北地区土地利用景观格局尺度效应研究

利用土地利用空间数据和高程数据(DEM),应用空间分析方法和景观格局分析方法,对粤北地区不同高程下的土地利用景观格局及景观指数在30⁵00 m尺度下的变化作了分析。结果表明:在高程500 m以下的区域各景观类型分布均较丰富,200 m以下的区域为居民点分布的主要区域;除蔓延度指数外,其他景观指数均随高程的增加而降低;在景观水平及不同高程上表现出尺度效应的景观指数有斑块密度、斑块形状指数、平均分维度指数和蔓延度指数;在土地利用类型水平上表现出尺度效应的景观指数有斑块密度、面积加权形状指数、平均分维度指数、聚集度指数和凝聚度指数。     

基于空间自相关构建树木生长模型

2004—2008年，在日本九州地区宫崎县田野天然次生林内设置的一块100 m×100 m固定标准地中，通过每木调查，测量了固定标准地内树木的种类、空间位置、生长等数据。为了便于理解，以固定标准地中优势树种蚊母树为主要研究对象，在考虑周边所有树木的影响的同时，利用贝叶斯统计方法分析了空间自相关及树木间的对称竞争、非对称竞争对树木生长过程的影响，并比较了忽略空间自相关的情况。结果表明:在构建研究对象树种的生长模型时，树木个体间的竞争是不可缺少的参数，尤其是个体间的对称竞争。在利用空间自相关参数建模时，最终模型的决定系数R2＝0.83；而忽略空间自相关参数的模型，其决定系数R2＝0.74。通过其他主要树种的分析也表明了导入空间自相关参数的优越性，因此可以认为，考虑空间自相关的随机效应模型能更精确地预测树木的生长。本研究所采用的空间自相关模型不仅可以利用树木个体的分布信息推测其生态学特征，还为树木生长模拟提供了理论与方法上的借鉴。      

运用EOS／MODIS资料对银川城市热场的遥感分析

采用一种基于MODIS遥感资料和地面自动气象站(AWS)观测数据反演地表温度(LST)的统计方法,得出银川市四季各典型月份晴空地表的热场在季节、空间上的二维分布;通过对热场强度的研究,得出银川主城区夏季存在明显"热岛"效应,冬季存在明显"冷岛"效应的初步分析结果;通过对LST与植被指数间的关系分析研究得出:银川植被生长季LST与归一化植被指数呈负相关关系,且线性关系明显,R2值可达0.7。另外,反演结果还显示了贺兰山东麓山前在夏季,存在明显的高温区,结合对植被指数的分布研究,表明这里植被少,覆盖度低,下垫面主要以砾石为主。