生态系统服务权衡与协同动态分析:利用InVEST模型估算产水、固碳、生境质量和土壤保持;时空异质性、双变量分析、多元回归分析等

生态系统服务分之间的权衡与协同关系是现有研究的重难点,即一种服务的增长削弱(促进)另一种服务的权衡(协同)。人口快速增长和社会经济发展影响生态系统的稳定性,限制了生态系统的服务功能,且某些生态系统服务的退化将加剧生态危机,从而严重威胁人类安全并制约全球的可持续发展。目前,主要采用统计描述、空间制图、情景模拟等方法,定量和定性地分析不同生态系统服务之间的权衡和协同作用机制。

R是一套完整的数据处理、计算和制图软件系统,用于统计分析、绘图的语言和操作环境。它可以提供一些集成的统计工具,但更大量的是它提供各种数学计算、统计计算的函数,从而使使用者能灵活机动的进行数据分析,甚至创造出符合需要的新的统计计算方法。ArcGIS Pro是新一代的桌面地图绘制分析软件,用户可以用来收集、组织、管理、分析、交流和发布地理信息,相对于ArcGIS,其在大规模数据加载以及其它的一些热点GIS问题处理方面更具有优势。

通过学习,从技术上,您将会充分体验到ArcGIS Pro桌面版软件和R语言统计分析的优势,针对不同类型的空间数据,掌握数据导入导出、操作处理和基本分析等基础操作,掌握基础统计可视化和空间数据可视化技术,并能够进一步结合空间统计分析技术进行展开;从专题内容中,针对生态系统服务分之间的权衡与协同关系研究的重难点,您将学会利用InVEST 模型估算产水、固碳、生境质量和土壤保持 4 种服务,并分析其时空异质性,您将掌握双变量分析、多元回归分析等多种方法探究服务间的权衡与协同关系。能够系统全面地掌握空间数据处理的知识和技术内容,定量探究生态系统服务权衡协同关系与社会生态因素的相关关系,服务于区域生态系统保护与社会经济的协调可持续发展。

专题一 生态系统服务详解

1.生态系统服务概念和基本理论

2.生态系统服务评估方法与模型

3.生态系统服务权衡与协同研究方法与意义

4.文献可视化分析

专题二 平台基础

一、ArcGIS Pro介绍

1.ArcGIS Pro简介

2.ArcGIS Pro基础

3.ArcGIS Pro数据预处理

4.ArcGIS Pro空间分析

5.模型构建器

6.ArcGIS Pro符号制作

7.ArcGIS Pro制图布局与出图

二、R环境配置与基础操作

1.R语言基础

R语言准备:软件与函数包的安装

2.R语言基础数据文件操作处理

函数包准备、基础数据读写

基础数据文件存储、基础数据操作与处理

3.R语言空间数据处理

函数包准备

空间数据对象基本类型

空间数据的导入、导出

空间数据操作与处理

专题三 数据获取与预处理

数据预处理(ArcGIS Pro及R环境)

1.土地利用数据进行拼接、裁剪、重投影(桌面端与云计算)

2.将社会经济数据、植被指数数据进行裁剪、重投影及重采样处理(桌面端与云计算)

3.将基础地理信息数据进行拼接、投影转换,矢量数据栅格化

4.气象数据裁剪、重投影及重采样处理;站点数据提取及地统计分析

5.DEM数据投影变换和影像裁剪

6.数据清洗:去除重复数据、填补缺失值、处理异常值和转换数据格式等操作

专题四 生态系统服务估算

1.InVEST模型与技术思路

2.产水量计算

InVEST模型的产水量模块是基于Budyko水热耦合平衡原理,结合不同土地利用类型的土壤渗透性、蒸散性的空间差异等因素对径流的影响构建适宜模型,以栅格为单元定量估算水源供给能力。

3.土壤保持量估算

InVEST模型中,土壤保持量(SD)为自然植被保护下的潜在土壤侵蚀量(RKLS)与人工管理和保持措施下的实际土壤侵蚀量(ULSE)之差。

4.生境退化度估算

5.碳储量估算

专题五 生态系统服务权衡与协同

1.土地利用模拟预测

ArcGIS Pro区域分析、渔网分析

土地利用转移矩阵、影响因子提取

2.R语言统计数据表达与可视化

基础plot函数、基础数据可视化、多元数据可视化

3.相关性分析

ArcGIS Pro空间自相关分析

空间自相关 (Global Moran's I)

聚类和异常值分析 (Anselin Local Moran's I)

聚类分布制图:热点分析 (Getis-Ord Gi*)

4.权衡与协同分析

R环境中相关系数和显著性水平分析

生态系统服务簇分析

生态系统服务时间权衡与协同

生态系统服务空间权衡与协同

专题六 空间统计分析

1.R函数包准备

2.地理探测器驱动分析

渔网采样、地理探测器、最优参数地理探测器

3.空间回归分析

普通最小二乘法回归分析

地理加权回归分析(GWR)

多尺度地理加权回归分析(MGWR)

专题七 论文撰写与图表复现

1.科技论文结构 2.摘要和结论

3.引言与讨论 4.论文投稿技巧分析

5.SCI论文案例分析


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