基于ArcGIS Pro、R、INVEST等多技术融合下生态系统服务权衡与协同动态分析实践应用

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。

第一章: 生态系统服务

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

第二章: 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

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

第三章: 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

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

章: 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。

式中:为土地利用类型为时栅格上的年产水量(mm),为栅格的年均降水量(mm),为实际年平均蒸散发量(mm)。

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。

式中:R为降雨侵蚀力因子;K为土壤可蚀性因子;LS为坡度坡长因子;C为植被覆盖因子;P为土壤保持措施因子。

4. 生境退化度 估算

生境退化度越高表明威胁因子对生境的威胁程度越高,计算公式如下:

式中:表示栅格x的生境退化度;R表示威胁因子个数;y指威胁栅格图上的各个栅格;是指威胁因子r栅格图上的栅格个数;是威胁因子的权重;表示威胁强度;表示威胁水平;表示法律保护程度,程度越大表明受威胁程度越小;

表示土地利用类型j对威胁因子r的敏感性,该值越趋近于1,说明敏感性越强;为生境栅格x与威胁因子栅格y之间的距离;是威胁因子的最大影响距离。

5.碳储量估算

InVEST模型中,生态系统的碳储量()由地上碳储量()、地下碳储量()、土壤碳储量()和死亡有机碳储量()四个基本碳库组成,模型的计算公式为:

章: 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

第六章: 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)

章: 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

SCI论文案例分