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专利号: 2021106309678
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,其特征在于:所述快速划分方法的步骤如下:S1:选择生态功能退化、生态系统服务供需失衡的地区作为试验区,获取研究区的遥感影像数据、气象数据以及土壤数据,利用ENVI软件进行影像预处理、监督分类操作;

S2:从当地的实际情况入手,选择能够表征贡献力的水源涵养、固碳释氧评价指标、表征恢复力的生境质量、恢复力系数评价指标、表征组织力的景观异质性、景观连通性评价指标建立生态源地识别体系,并利用InVEST软件、CASA模型软件进行计算;

所述贡献力的水源涵养计算公式为:

Y(x)是每个栅格单元x的年产水量,AET(x)为栅格单元x的年实际蒸散量,P(x)为栅格单元x的年降水量,水量平衡公式中,土地利用/覆被类型的植物蒸散发量AET(x)/P(x)计算;

Retention为水源涵养量,单位为mm;Ksat为土壤饱和导水率,单位为mm/d,可以利用土壤传递函数得出;Velocity是流速系数,以USDANRCS提供的国家工程手册上的流速‑坡度‑景观表格为基准,乘以1000得到出;TI为地形指数,无量纲;

所述贡献力的固碳释氧计算公式为:

NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t)

‑2

式中,APAR(x,t)表示栅格单元x在t月所吸收的光合有效辐射,单位为gC·m ·month‑1 ‑1;ε(x,t)表示栅格单元x在t月的实际光能利用率,单位为gC·MJ ;

所述恢复力的生境质量计算公式为:

式中,Qxj是指用地类型j中栅格单元x的生境质量;Hj是用地类型j中栅格单元x的生境适宜性;Dxj是用地类型j中栅格单元x的生境受胁迫水平;k为半饱和常数,通常为Dxj最大值的一半;z为归一化常量,模型设置默认数值为2.5;

所述组织力的景观异质性计算公式为:

SHEI=SHDI/In(m)

JGYZX=0.5*SHDI+0.25*SHEI+0.25*D

式中,JGYZX为景观异质性,SHDI为香农多样性指数,SHEI为香农均匀度指数,D为优势度指数;m为总的物种数;pi为第i个物种占总数的比例;

将dIIC、dPC的细化分指标作为景观连通性判定依据,评价研究区斑块的连通性状况,计算公式如下:dIICk=dIICink+dIICfluk+dIICconk

dPCk=dPCink+dPCfluk+dPCconk

式中:dIICink表示斑块k对自身内部整体连接性的贡献,dIICfluk表示以斑块k起始点或终点时,通过k时最大流通量,dIICconk表示斑块k与其他斑块间的相互连接作用的大小;

dPCink表示斑块k对自身内部可能连接性的贡献,dPCfluk表示以斑块k起始点或终点时,通过k时最大流通量,dPCconk表示斑块k与其他斑块间的相互连接作用的大小;

S3:提取生态廊道、生态节点、障碍区,利用最小累积阻力模型形成累积阻力面,基于连接度模型的电路理论模型提取生态廊道;依据通过单个像元的电流密度识别廊道中的重要要素,来判别出廊道中的夹点区域;结合研究区景观斑块的大小,确定搜索半径,利用circuitscape软件识别出对研究区修复有重要作用的障碍区域;

利用最小累积阻力模型构建生态阻力面计算公式如下:

式中,MCR为生态源斑块j扩散至某点的最小累积阻力值,Dij为物种从生态源地j到空间某一点所穿越的基面i空间距离,Ri为斑块i对生态过程或物种运动的基本阻力;

S4:结合泰森多边形、社区挖掘算法进行生态节点分区,通过计算生态节点的生态功能与结构比值,识别待修复生态盲区;在生态廊道识别的基础上,利用电路理论中障碍区分析,识别待修复障碍区;通过叠加道路,识别生态廊道断裂区域,最终获取实验区生态修复分区的结果;

结合泰森多边形、社区挖掘算法,计算模块度、功能重要性、生态重要性,进而划分生态节点区;通过计算生态节点的生态功能与结构比值,识别待修复生态盲区,计算公式如下:式中,Ein为某一社区中所有路径的边权之和;Etot表示有外部节点连入该社区的所有路径边权之和;ki表示连入节点i的所有路径边权之和;ki,in为从节点i连接到该社区的所有路径边权之和;m是网络中所有路径的边权之和。

2.根据权利要求1所述的一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,其特征在于:利用监督分类方法将预处理后影像分为耕地、水域、园林地、草地、其他土地以及建设用地六类。

3.根据权利要求1所述的一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,其特征在于:在S3中,利用GIS工具Linkage Mapper判别生态廊道,具体判别方法为:计算综合生态阻力面上所有像元到源地的成本加权距离CWD;将CWD栅格与源地叠加后寻求源地间累积移动成本最小的路径;由路径最小值组成最小成本距离LCD,对应路径为生态廊道。

4.根据权利要求1所述的一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,其特征在于:在S3中,利用citcuitscape软件识别夹点和障碍区,具体方法如下:将研究区视为一个导电表面,导电表面上的每个网格都赋予一个反映能量消耗或移动难度的有限值,由多个网格组成的生态源地表示为一个零电阻节点;将一个栖息地接地,其他栖息地分别输入1A的电流,通过迭代运算计算出整个区域最小路径累积电流值,电流值越大区域即为区域的夹点;在构建最小成本距离LCD0的基础上,假定搜索移动窗口,直径为D,像元值降低1个单位,障碍点移除后最小成本距离的值随之下降为LCD1,则整个景观网络的潜在降低值△LCD=LCD0‑LCD1,则改善系数IS=△LCD/D,将改善系数较大的区域作为障碍区。

5.根据权利要求1所述的一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,其特征在于:在生态廊道识别的基础上,通过叠加道路,识别生态廊道断裂区域,最终获取研究区生态修复划分的空间分布。