基于小波變換的生態(tài)環(huán)境空間尺度研究.pdf

1、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜非線性系統(tǒng)，“3S”技術(shù)的發(fā)展使這個(gè)復(fù)雜非線性系統(tǒng)的特性表達(dá)具有了定量化的數(shù)字特征。地理學(xué)宏觀規(guī)律和生態(tài)學(xué)微觀規(guī)律如何在海量的定量化信息數(shù)據(jù)中得到表達(dá)和體現(xiàn)，涉及到這些規(guī)律的存在前提-作用尺度問題。目前普遍存在于生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的區(qū)劃過程中的專家經(jīng)驗(yàn)沖突和不確定性問題、區(qū)劃界限模糊或人為化問題都與尺度問題研究密切相關(guān)。 尺度問題一直是生態(tài)環(huán)境研究相關(guān)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，本文從尺度表達(dá)對象、尺度研究采用的數(shù)據(jù)資料和尺

2、度定量化研究方法三個(gè)方面對研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并對典型研究實(shí)例進(jìn)行了細(xì)致的分析和評述。在此基礎(chǔ)上提出尺度研究的重點(diǎn)不是定位于某個(gè)尺度上的生態(tài)環(huán)境規(guī)律本身，而是定位于多尺度下生態(tài)環(huán)境規(guī)律之間的聯(lián)系或轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步提出目前尺度研究存在的幾個(gè)問題。在文獻(xiàn)綜述及對其分析評價(jià)的基礎(chǔ)上確立了本論文的重點(diǎn)研究內(nèi)容：以遙感數(shù)據(jù)為基本數(shù)據(jù)源，應(yīng)用多分辨率數(shù)學(xué)工具-小波分析進(jìn)行尺度上推，研究生態(tài)環(huán)境特征尺度的確定原則及其地學(xué)成因、生態(tài)環(huán)境參數(shù)的空間格局-尺度

3、效應(yīng)規(guī)律、生態(tài)環(huán)境參數(shù)之間相互關(guān)系的尺度效應(yīng)、特征尺度下的生態(tài)閾位識(shí)別和劃分、生態(tài)環(huán)境格局-尺度效應(yīng)的時(shí)間響應(yīng)五方面內(nèi)容。最后以上述研究結(jié)論為基礎(chǔ)，對生態(tài)環(huán)境尺度問題的內(nèi)涵提出新見解。對生態(tài)環(huán)境尺度研究有待深化的方向和內(nèi)容予以討論。論文的主要結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1)實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境空間尺度定量化分析將傳統(tǒng)的時(shí)間-頻率域的多分辨率分析方法成功引入生態(tài)環(huán)境的空間尺度研究領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了具有空間屬性數(shù)字信號(hào)的多尺度定量化分析。生態(tài)環(huán)境空間尺

4、度定量化分析的技術(shù)方法為：以遙感數(shù)據(jù)和地面數(shù)字化信息為生態(tài)環(huán)境信息源，以小波多分辨率分析為尺度分析工具，將生態(tài)環(huán)境空間信息進(jìn)行多尺度分解變換：進(jìn)一步對多尺度信息進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析，包括空間自相關(guān)系數(shù)分析、尺度方差分析和尺度信息熵分析，得到生態(tài)環(huán)境特征尺度值；更深入一層，在特征尺度結(jié)果之上，進(jìn)行傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，包括相關(guān)分析、偏相關(guān)分析和空間聚類分析，得到特征尺度下的生態(tài)環(huán)境閾值帶。該閾值帶可以直接應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境評價(jià)和生態(tài)環(huán)境規(guī)劃的實(shí)際工

5、作中。 2)構(gòu)建了生態(tài)環(huán)境尺度分析的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系生態(tài)環(huán)境尺度分析包括特征尺度和閾值帶兩個(gè)方面。特征尺度確定的標(biāo)準(zhǔn)為：以小波細(xì)節(jié)信息方差極大值的對應(yīng)尺度+小波細(xì)節(jié)信息熵極大值的對應(yīng)尺度為主要判定依據(jù)，同時(shí)輔以小波近似信息方差變化率出現(xiàn)極大值的對應(yīng)尺度和小波空間自相關(guān)系數(shù)方差波動(dòng)頻繁的對應(yīng)空間距離作為驗(yàn)證。特征尺度上下界限范圍值由主要判定依據(jù)確定。 生態(tài)環(huán)境閾值帶劃分標(biāo)準(zhǔn)：特征尺度上生態(tài)環(huán)境近似信息梯度值出現(xiàn)峰值；細(xì)節(jié)信息同

6、時(shí)出現(xiàn)峰值；空間連續(xù)分布；閾值帶寬度之低限值是特征尺度對應(yīng)的像元數(shù)，高限值是相鄰峰值+兩側(cè)二分之一峰值所對應(yīng)的空間像元數(shù)；若高限值小于低限值，排除；若閾值帶寬度大于相鄰類型帶寬度，排除。 3)部分豐富了生態(tài)環(huán)境尺度的內(nèi)涵在時(shí)間空間坐標(biāo)系下以尺度作為度量單位，可以將生態(tài)環(huán)境具有宏觀性質(zhì)的地帶性規(guī)律和微觀的地表觀測實(shí)驗(yàn)得到的點(diǎn)上規(guī)律統(tǒng)一定位，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境規(guī)律的定位度量。因此生態(tài)環(huán)境尺度架起了地理學(xué)宏觀規(guī)律和生態(tài)學(xué)微觀規(guī)律互相溝通的一