CN112508395A - 面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法 - Google Patents

面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法 Download PDF

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Abstract

面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法，它涉及生态系统属性组分组成结构的量化方法。它是要提供一种面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法。该方法：获取研究区生态参量的遥感卫星生态影像数据；对栅格数据确定分组方案进行分组；将栅格数据转换为生态系统属性组分的频率分布数据；然后用属性集中值减去属性中点值计算分布对称度，用属性平均值减去属性中点值计算属性偏斜度；分布对称度表征生态系统组分频数分布形态的对称状况；属性偏斜度表征生态系统组分频数分布整体相对于属性中间水平的偏斜状况，通过行定量描述，从而完善生态系统属性结构的量化分析方法。本发明可用于生态系统研究领域。

Description

面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法
技术领域
本发明涉及生态系统属性组分组成结构的量化方法。
背景技术
生态系统结构是指生态系统各种成分在空间上和时间上相对有序稳定状态，包括形态和营养关系两方面的内容。生态系统的生物种类、种群数量、种群的空间配置(包括水平分布和垂直分布)、种的时间变化等，构成了生态系统的形态结构。随着生态学的发展，为了能更清晰地反应出生态系统的各种组分对整个生态系统的影响，提出面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法。
发明内容
本发明是要提供一种面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法。
本发明的面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法，按以下步骤进行：
一、获取研究区植被指数或生态参量的遥感卫星生态影像数据；
二、对获得的栅格数据确定生态系统类型的植被指数分组方案，进行分组；
三、根据分组方案，将植被指数或生态参量栅格数据转换为生态系统属性组分的频率分布数据；
四、进量化计算：即计算分布对称度(DDS)和属性偏斜度(DAS)：
(1)分布对称度(DDS)：
从频率分布数据中查询，得到所占频数最大分组对应的组分属性数据，即属性集中值VAC；再提取分组属性的最小值与最大值，依据公式(1)计算属性中点值VAM(Value ofattribute median)；
Figure BDA0002813748830000011
其中：xmax为分组属性的最大值，xmin为分组属性的最小值
用属性集中值VAC减去属性中点值VAM，即公式(2)，获得分布对称度DDS(Degreeof distribution symmetry)；
DDS＝VAC-VAM (2)
该分布对称度DDS表征生态系统组分频数分布形态的对称与否状况，是对生态系统属性结构的细致描述；若DDS>0，即生态系统组分属性集中值大于属性中点值，组分频率分布主体呈现向右偏斜的非对称形式，说明生态系统主体属性要高于属性中间水平；若DDS<0，即生态系统组分属性集中值小于属性中点值，组分频率分布呈现向左偏斜的非对称形式，说明生态系统主体属性要低于属性中间水平；若DDS＝0，即生态系统组分属性集中值与属性中点值吻合，组分频率分布呈现某种形式的对称，说明生态系统主体属性等于或者接近于属性中间水平；
(2)属性偏斜度(DAS)：
由频率分布数据中的分组属性和分组所占频数，依据公式(3)计算属性平均值VAA(Value of attribute average)：
Figure BDA0002813748830000021
其中：xi为第i个分组的属性值，fi为第i个分组的频数；
用属性平均值VAA减去属性中点值VAM，即公式(4)，获得属性偏斜度DAS(Degreeof attribute skewness)：
DAS＝VAA-VAM (4)
属性偏斜度DAS表征生态系统组分频数分布整体相对于属性中间水平的偏斜状况，是对生态系统属性结构的细致描述；若DAS>0，即生态系统属性平均值大于属性中点值，组分频率分布整体呈现向右偏斜的形式，说明生态系统整体属性要高于属性中间水平；若DAS<0，即生态系统属性平均值小于属性中点值，组分频率分布整体呈现向左偏斜的形式，说明生态系统整体属性要高于属性中间水平；若DAS＝0，即生态系统属性平均值与属性中点值吻合，组分频率分布整体呈现某种对称形式，说明生态系统整体属性处于属性的中间水平。
更进一步地，步骤二中所述的分组方案的原则为对植被指数进行等距分组，分组区间为0.02～0.1；分组原则为保证每个分组内都存在频率个数且令分组区间为最小值。
更进一步地，步骤四(1)中属性集中值的计算方法是属性分组的中间值。
本发明将分布对称度与属性偏斜度指标应用于生态系统属性结构的量化分析中，采用相对于属性中点值的生态系统属性集中值以及属性平均值之间差异方向及其程度指标，用来对生态系统属性组分频率分布的对称状况进行定量描述，从而进一步完善生态系统属性结构的量化分析方法。
具体实施方式
用下面的实施例验证本发明的有益效果。
实施例1：本实施例的面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法，按以下步骤进行：
一、获取2000年吉林省森林生态系统生长季植被指数NDVI影像数据；
二、对获得的栅格数据确定吉林省森林生态系统生长季植被指数NDVI分组方案进行分组，分组区间为0.02；
三、根据分组方案，将植被指数栅格数据转换为生态系统属性组分的频率分布数据；如表1所示：
表1吉林省森林生态系统植被指数NDVI组分频率分布数据
NDVI分组(x<sub>i</sub>) 组分频数(f<sub>i</sub>) NDVI分组(x<sub>i</sub>) 组分频数(f<sub>i</sub>)
(0.12,0.14] 4 (0.44,0.46] 866
(0.14,0.16] 5 (0.46,0.48] 1330
(0.16,0.18] 4 (0.48,0.5] 1468
(0.18,0.2] 9 (0.5,0.52] 1525
(0.2,0.22] 24 (0.52,0.54] 1722
(0.22,0.24] 31 (0.54,0.56] 2045
(0.24,0.26] 44 (0.56,0.58] 2719
(0.26,0.28] 72 (0.58,0.6] 3825
(0.28,0.3] 99 (0.6,0.62] 5781
(0.3,0.32] 144 (0.62,0.64] 10053
(0.32,0.34] 207 (0.64,0.66] 16251
(0.34,0.36] 235 (0.66,0.68] 18514
(0.36,0.38] 263 (0.68,0.7] 12273
(0.38,0.4] 369 (0.7,0.72] 3179
(0.4,0.42] 426 (0.72,0.74] 162
(0.42,0.44] 610
四、进行量化计算，即计算分布对称度(DDS)和属性偏斜度(DAS)：
(1)分布对称度(DDS)：
从频率分布数据中查询得到频数最大值为18514，属性集中值VAC为(0.66,0.68]分组中间值，得到VAC＝0.67；
再提取分组属性的最小值与最大值，其中最大值xmax为0.74，最小值为xmin为0.12，依据下式计算属性中点值VAM(Value of attribute median)；
Figure BDA0002813748830000031
得到属性中点值(VAM)＝0.43；
用属性集中值VAC减去属性中点值VAM，获得分布对称度DDS(Degree ofdistribution symmetry)；即，DDS＝VAC-VAM＝0.67-0.43＝0.24；
分布对称度DDS＝0.24，为正值，说明吉林省森林生态系统组分属性集中值大于属性中点值，组分频率分布主体呈现向右偏斜的非对称形式，说明生态系统主体属性要高于属性中间水平；
(2)属性偏斜度(DAS)：
将表1中的吉林省森林生态系统NDVI组分频率分布数据代入到下面的属性平均值VAA公式中，
Figure BDA0002813748830000041
其中xi为第i个分组的属性值，fi为第i个分组的频数；
计算得到属性平均值VAA＝0.63；将上述获得的属性平均值VAA减去属性中点值VAM，获得属性偏斜度DAS＝VAA-VAM＝0.63-0.43＝0.2；
DAS>0，即生态系统属性平均值大于属性中点值，组分频率分布整体呈现向右偏斜的形式，说明生态系统整体属性要高于属性中间水平。
实施例2：本实施例的面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法，按以下步骤进行：
一、获取2000年吉林西部霍林河流域苏打盐碱地生长季植被指数NDVI影像数据；
二、对获得的栅格数据确定吉林西部霍林河流域苏打盐碱地生长季植被指数NDVI分组方案进行分组，分组区间为0.02；
三、根据分组方案，将植被指数栅格数据转换为生态系统属性组分的频率分布数据；如表2所示：
表2吉林西部霍林河流域苏打盐碱地生长季植被指数NDVI组分频率分布数据
Figure BDA0002813748830000042
Figure BDA0002813748830000051
四、进行量化计算，即计算分布对称度(DDS)和属性偏斜度(DAS)：
(1)分布对称度(DDS)：
从频率分布数据中查询得到频数最大值为81，属性集中值VAC为(0.16,0.18]分组中间值，得到VAC＝0.17；
再提取分组属性的最小值与最大值，其中最大值xmax为0.48，最小值为xmin为0.02，依据下式计算属性中点值VAM(Value of attribute median)；
Figure BDA0002813748830000052
得到属性中点值(VAM)＝0.25；
用属性集中值VAC减去属性中点值VAM，获得分布对称度DDS(Degree ofdistribution symmetry)；即，DDS＝VAC-VAM＝0.17-0.25＝-0.08；
分布对称度DDS＝-0.08，为负值，说明吉林西部霍林河流域苏打盐碱地生长季植被指数NDVI组分属性集中值小于属性中点值，组分频率分布主体呈现向左偏斜的非对称形式，说明生态系统主体属性要低于属性中间水平；
(3)属性偏斜度(DAS)：
将表1中的吉林省森林生态系统NDVI组分频率分布数据代入到下面的属性平均值VAA公式中，
Figure BDA0002813748830000053
其中xi为第i个分组的属性值，fi为第i个分组的频数；
计算得到属性平均值VAA＝0.24；将上述获得的属性平均值VAA减去属性中点值VAM，获得属性偏斜度DAS＝VAA-VAM＝0.24-0.25＝-0.01；
DAS<0，即生态系统属性平均值小于属性中点值，组分频率分布整体呈现向左偏斜的形式，说明生态系统整体属性要低于属性中间水平。

Claims (3)

1.面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法，其特征在于该量化法按以下步骤进行：
一、获取研究区植被指数或生态参量的遥感卫星生态影像数据；
二、对获得的栅格数据确定生态系统类型的植被指数分组方案，进行分组；
三、根据分组方案，将植被指数或生态参量栅格数据转换为生态系统属性组分的频率分布数据；
四、进量化计算：即计算分布对称度DDS和属性偏斜度DAS：
(1)分布对称度DDS：
从频率分布数据中查询，得到所占频数最大分组对应的组分属性数据，即属性集中值VAC；再提取分组属性的最小值与最大值，依据公式(1)计算属性中点值VAM；
Figure FDA0002813748820000011
其中：xmax为分组属性的最大值，xmin为分组属性的最小值
用属性集中值VAC减去属性中点值VAM，即公式(2)，获得分布对称度DDS；
DDS＝VAC-VAM (2)
该分布对称度DDS表征生态系统组分频数分布形态的对称与否状况，是对生态系统属性结构的细致描述；若DDS>0，即生态系统组分属性集中值大于属性中点值，组分频率分布主体呈现向右偏斜的非对称形式，说明生态系统主体属性要高于属性中间水平；若DDS<0，即生态系统组分属性集中值小于属性中点值，组分频率分布呈现向左偏斜的非对称形式，说明生态系统主体属性要低于属性中间水平；若DDS＝0，即生态系统组分属性集中值与属性中点值吻合，组分频率分布呈现某种形式的对称，说明生态系统主体属性等于或者接近于属性中间水平；
(2)属性偏斜度DAS：
由频率分布数据中的分组属性和分组所占频数，依据公式(3)计算属性平均值VAA：
Figure FDA0002813748820000012
其中：xi为第i个分组的属性值，fi为第i个分组的频数；
用属性平均值VAA减去属性中点值VAM，即公式(4)，获得属性偏斜度DAS：
DAS＝VAA-VAM (4)
属性偏斜度DAS表征生态系统组分频数分布整体相对于属性中间水平的偏斜状况，是对生态系统属性结构的细致描述；若DAS>0，即生态系统属性平均值大于属性中点值，组分频率分布整体呈现向右偏斜的形式，说明生态系统整体属性要高于属性中间水平；若DAS<0，即生态系统属性平均值小于属性中点值，组分频率分布整体呈现向左偏斜的形式，说明生态系统整体属性要高于属性中间水平；若DAS＝0，即生态系统属性平均值与属性中点值吻合，组分频率分布整体呈现某种对称形式，说明生态系统整体属性处于属性的中间水平。
2.根据权利要求1所述的面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法，其特征在于步骤二中所述的分组方案的原则为对植被指数进行等距分组，分组区间为0.02～0.1；分组原则为保证每个分组内都存在频率个数且令分组区间为最小值。
3.根据权利要求1或2所述的面向频数分布对称性的生态系统属性组分组成结构量化法，其特征在于步骤四(1)中属性集中值是属性分组的中间值。
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