基于优化地理探测器的生态环境质量驱动力分析

[目的]克服生态环境质量(EQI)演化驱动因子在离散化过程中的随机性和主观性,优化传统地理探测器。[方法]利用相等间隔法、分位数法、自然断点法、几何间隔法和标准差法5种离散方法,对重庆市22项EQI演化驱动因子进行离散化,并结合地理探测器确定各因子的合理离散法与分类数,从而探究各驱动因子的驱动力大小和各驱动因子间交互模式。[结果](1)2005—2020年重庆市EQI处于I、Ⅲ和Ⅳ级的区县数量占比减少0.211,处于Ⅱ和V级的区县数量占比上升0.211,总体呈下降趋势,在空间上呈由西北向东南走向的梯度分布特征。(2)研究中各离散方法适用性排序为:自然断点法>几何间隔法>分位数法>相等间隔法>标准差法。不同因子适用的离散方法各异,应根据因子数据特征择优选取离散方法。(3)识别出影响重庆市EQI演化的关键驱动因子4个(0.37~0.49),主要驱动因子13个(0.14~0.33)、次要驱动因子4个(0.05~0.13)和其他因子1个(0.04),各驱动因子间交互作用均为双重增强或非线性增强。[结论]合理的离散化可以一定程度上克服连续数据离散化过程中的随机性和主观性,从而优化重庆市EQI演化驱动力探测结果。

高度城镇化背景下深圳市易涝点驱动因子分析

根据深圳市2018—2022年易涝点统计资料,运用标准差椭圆、空间自相关和核密度估计等方法对深圳市易涝点时空分布特征进行分析。将分别利用优化热点分析和核密度估计方法所得的内涝易发度作为因变量,运用参数最优地理探测器对连续型驱动因子最优离散化处理,探测易涝点空间分布差异的主要驱动因子及作用机制。结果表明:深圳市易涝点空间分布差异性显著,其分布的方向性减弱,集聚特征明显;人口经济类驱动因子对易涝点空间分布有最强解释力,气候特征类次之,暴雨日数和人口驱动因子的协同作用可以解释59.50%的易涝点分布;核密度估计所得的易发度具有更好的代表性,且对连续型因子最优离散化处理能显著提升其解释力。

基于多参数优化地理探测器的山洪灾害驱动力分析及风险评价

【目的】大同市地处黄土高原东北边缘,区域内频繁的地下开采活动加剧了山洪灾害,严重威胁人民生命财产安全。为揭示该区域山洪灾害主要驱动力及对其进行风险性评价,【方法】基于大同市山洪灾害调查评价项目成果数据,采用多尺度网格进行采样,并组合参数最优地理探测器对连续型驱动因子进行最优离散化处理,探测分析山洪灾害驱动因子解释力和各驱动因子分级的平均危险度,最后基于所得解释力和危险度进行定量风险性评价。【结果】结果表明:降雨是诱发山洪灾害的首要因素(q=0.088 8),人类活动次之(q=0.061 8),地表环境最弱(q=0.022 7);在所选降雨指标中,6 h强降雨对大同市山洪灾害发生有平均最强解释力(q=0.141 2),可在进一步山洪灾害临界雨量研究中予以考虑;大同市山洪灾害危险水平较高,中高危险区面积占比超3/5,高危险区灾害点密度达0.038 5个/km^(2)。【结论】网格尺度和离散方式的优化选择均可有效提高地理探测器分析结果解释力;短历时(<6 h)强降雨若降雨不能持续,对山洪灾害的诱发力度大打折扣;整体来看大同市山洪灾害危险水平较高,且主要集中分布在易损性水平较低区域。研究结果可为定量进行山洪灾害风险性评价提供参考,为大同市山洪灾害防治区划提供一定的科学依据。

南方山区耕地林果化时空演变及影响机理

为厘清南方山区耕地林果化时空演变趋势,探究耕地林果化的驱动机理,该研究以福建省为研究对象,截选2000—2020年5个时间节点,利用地形梯度分级、空间自相关分析等方法分析耕地“林果化”的时空演变特征,并借助最优参数地理探测器模型揭示其驱动因素。研究表明:1)福建省耕地林果化规模呈现“平稳发展转向骤增”的变化趋势,2015—2020年增加显著。2)水平空间上,林果化程度由“东高西低”向“西高东低”转变,Moran’s I从0.396增加至0.672,林果化行为在空间上呈现明显的集聚特征。3)垂直地带上,耕地林果化呈现明显的地形梯度效应,主要发生在海拔0~1000 m、坡度0°~2°和10°~20°、地形位指数为0.1~0.8的阴坡和半阴坡区域。4)不同时期耕地林果化空间分异的主导因素不同,其中高程、距居民点距离、GDP始终是稳定的驱动因子;各影响因子交互后对林果化的解释程度均呈现增强。耕地林果化演变是自然禀赋、区位条件和经济政策共同作用下的复杂结果,地方政府推行林果化管控过程中应基于耕地本底条件及驱动机理的不同进行分区整治,今后耕地占补平衡有必要推动平原林果地和山坡耕地空间置换。

基于参数最优地理探测器的福建省植被NPP时空分异及驱动力探究

植被净初级生产力(NPP)是生态系统碳循环的重要组成,研究其时空尺度的变化和驱动机制,对生态系统的可持续发展具有重大意义。选取MOD17A3HGF植被NPP数据、土地利用、地形、气象和社会经济数据,通过Sen+MK趋势分析、Hurst指数、最优参数地理探测器等方法,分析2000-2020年福建省植被NPP时空变化特征及未来趋势,并探究植被NPP空间分异的驱动因子。结果表明,1)2000-2020年福建省植被NPP呈波动状缓慢下降,多年均值为843.71 gC·m^(-2)·a^(-1);灌木植被NPP的多年均值926.54 gC·m^(-2)·a^(-1),是生产力最强的土地利用类型;植被NPP主要集中在600~900 gC·m^(-2)·a^(-1),处在该范围的区域占全省总面积的52.09%~66.23%。2)福建省北部、东南部植被NPP多为显著上升,而中部和西南部主要为显著下降;未来植被NPP变化趋势以反持续性为主(53.25%),应重点关注闽北山地与闽江下游区域。3)造成植被NPP空间分异的驱动因子平均解释度高低排序为降水量>气温>土地利用>夜间灯光>人口密度>坡度>高程>国内生产总值,双因子交互中最高解释度为气温∩降水量(0.282),自然因子间的交互作用影响更大。

1990—2015年四川盆地农地时空演变特征及其驱动因素

四川盆地是中国自然地域单元和粮食主产区。20世纪以来,区域社会-生态系统变迁驱动农地利用规模和结构发生变化,而农地利用的时空演变特征及其驱动因素尚不明晰。本文利用1990、2000、2010和2015年土地利用数据和社会经济统计数据,结合空间分析和最优参数地理探测器模型,分析四川盆地农地的时空演变特征,探究不同时期社会经济驱动过程。结果表明:(1)1990—2015年,农地面积减少1859.91 km2,呈现阶段性变化特征。其中,1990—2010年,农地变化以内部转移为主,大量旱地和水田转变为园地,部分农地转为林地与建设用地;2010—2015年,农地呈现集中转变为建设用地的趋势。(2)川东北地区园地面积显著增加,城市中心与主干道附近建设用地面积明显增长,林地面积增加集中于平行岭谷地带,其空间聚集效应均表现为高-高聚集或低-低聚集特征。农地内部转移、农地向建设用地和林地的转变具有明显的空间分异特征和聚集效应。(3)2000—2010年间,农业劳动力与造林面积百分比是农地变化的主要驱动因素,因子间的交互作用多表现为非线性增强;2010—2015年间,GDP是农地变化的主要驱动因素,因子间交互作用表现为双因子增强解释程度更高。研究结论可为区域国土空间规划和农业可持续发展提供决策参考。

陕北黄土高原气象要素对植被覆盖的空间分异影响及风险探测

陕北黄土高原地处我国西北生态环境脆弱区,近年来受退耕还林(草)影响,区域植被覆盖变化显著,与气象要素的响应关系也呈现出了复杂的空间分异性和不确定性,亟待厘清。以不同地貌分区为响应单元,探究了陕北黄土高原变绿前后(1982—1992年与2005—2015年)NDVI指数的时空演化特征,分析了植被覆盖变化与气象要素之间的分异性响应关系,并透过最优参数的地理探测器模型(OPGD)探测了气象要素变化对植被覆盖演变的交互影响及风险。研究结果表明:(1)陕北黄土高原及各地貌分区在研究期内NDVI指数均呈显著上升趋势,且阶段化分异明显;各地貌区气温和实际蒸散发量在高原变绿前后趋势变化差异明显,1982—1992年主要呈不显著增加趋势,而2005—2015年则表现为不显著减少趋势;两个时期降水量的空间异质性较为显著,其中北部地区为持续增加趋势,而南部地区则由减少逆转为增加趋势。(2)不同地貌区NDVI指数与气温和蒸散发均呈正相关,且蒸散发与NDVI的相关性强于气温;相对高原变绿前,2005—2015年NDVI指数对各气象要素的响应强度均有所增大。(3)OPGD因子检测结果显示5km空间网格是评价气候变化对陕北黄土高原植被覆盖变化影响的最佳空间尺度,各地貌分区对NDVI指数变化影响最大的气象因子依次为:气温(黄土塬)、降水(盖沙黄土丘陵)、蒸散发(黄土峁状丘陵)、降水(黄土梁状丘陵)、降水(黄土宽谷丘陵)、蒸散发(风沙丘陵)、降水(土石丘陵);交互探测表明气象因子间的交互作用对NDVI指数的空间分异具有协同增强性,但不同时期各地貌区的主导交互因子略有差异。(4)风险探测发现不同实际蒸散发量对NDVI指数的影响有显著空间差异。(5)陕北黄土高原的植被覆盖变化并不能简单归因于退耕还林(草)等生态修复措施,而应是多要素耦合驱动的结果,气象要素在其中扮演了不可忽视的作用。

基于组合赋权TOPSIS法的城市活力评价与影响因子分析研究

城市活力是反映城市空间规划和发展质量的一个重要指标。为研究城市活力的影响机制,以黄石市中心城区为例,利用POI数据、道路网数据、土地利用数据等多源地理大数据,通过基于组合赋权法的TOPSIS算法和地理探测器进行分析研究。结果表明:①商业密度、人群密度和容积率是影响黄石市中心城区城市活力的三大因素;②黄石市中心城区城市活力的分布受土地利用混合度的影响较小;③多因子的交互作用相比单因子对城市活力的影响高,其中商业密度和办公密度的交互作用对城市活力的解释力最强;④商业用地占比较大的街区,可以通过适当增加公园绿地面积来提高城市活力。而工业用地主导的街区需要不断完善交通等基础设施,增加商业设施和办公场所来提高地区的城市活力。

东北地区“三区空间”格局演化特征及驱动机制

采用空间转移矩阵、景观格局分析和最优参数地理探测器等方法,从“量变–形变”两个维度切入,研究2000—2020年东北地区“三区空间”演化特征与驱动机制。结果表明:(1)近20 a东北地区城镇空间剧烈扩张的同时常住人口不断减少,中小城镇“人口-土地”失衡问题显著;农业空间、生态空间规模有所减少;(2)农业空间是城镇扩张的主要来源,国家级农产品主产区中农业空间流失严重;“生态-农业”空间的相互交叉转换现象明显,集中发生在农产品主产区和重点生态功能区;(3)重点开发区、优化开发区内景观破碎化、异质化趋势明显,农产品主产区中农业空间作为优势类型的地位下降,重点生态功能区景观格局变化不明显;(4)国土开发政策是东北“三区空间”演化的关键驱动力;地理基础条件是基本动力,对形态变化的驱动作用更强;社会经济条件是重要驱动力,对交叉转换规模的作用尤为显著。

河南省乡村旅游特色村空间分布格局及影响因素研究

以河南省723个乡村旅游特色村为研究对象,运用平均最近邻指数和核密度分析分别对乡村旅游特色村的空间分布类型和空间分布格局进行研究.依照“推荐条件-文献梳理-模拟探测-定量分析”的思路,运用缓冲区分析、参数最优地理探测器等方法剖析乡村旅游特色村空间分布影响因素.结果表明,河南省乡村旅游特色村平均最近邻指数为0.654,呈现集聚分布特征;豫北和豫南地区为“多核心”集聚分布,豫中和豫西地区为“链状”集聚分布;空间分布上具有“依山、傍水、沿路、环城、近景”的特点.空间分布受多种因素共同影响,社会经济对乡村旅游特色村空间分布影响最强,自然环境次之,区位交通最弱;影响因素两两交互结果均为增强关系,其中海拔高度与旅游收入的交互影响力最强.

长江经济带物流业碳排放效率非均衡性及驱动因素分析

研究长江经济带物流业碳排放效率对推进物流业高质量发展、完成物流业“双碳”目标具有政策理论指导意义。基于2004—2019年长江经济带11省市数据,运用SBM-undesirable模型、Dagum基尼系数和参数最优地理探测器对物流业碳排放效率非均衡性及驱动因素进行分析。研究发现:2004—2019年,长江经济带物流业碳排放效率处于持续改善过程,长江经济带上中下游的物流业碳排放效率有显著非均衡性,超变密度是长江经济带物流业碳排放效率非均衡性的主要来源,长江经济带物流业碳排放效率空间分异是物流运输强度、运输结构、对外开放水平等多个驱动因子共同作用的结果。因此,应缩小长江经济带物流业碳排放效率超变密度贡献率,利用各驱动因子间的协同驱动效应,因地制宜地采取差异化政策,实现从资源优先到效率优先的转变。

基于参数最优地理探测器的西藏冰湖时空变化与影响因素研究

随着全球变暖的加剧,西藏地区冰湖的规模不断扩大,由此可能会发生冰湖溃决自然灾害。本文基于GIS空间分析和参数最优地理探测器方法,分析了西藏地区1990年至2015年间冰湖时空变化以及各环境因子:冰湖海拔、年总降水、年平均温度、年相对湿度、冰川面积变化、GDP、人口密度的影响程度。结果表明:(1)25年间冰湖总数量和总面积的增长率分别为2.57%、6.32%,各个面积大小的冰湖在不同的海拔都有增长,增长最多的是小型冰湖(面积小于0.1 km^(2)),西藏冰湖增长方向性显著,数量分布和面积分布离散程度高,基本分布在西藏东部和南部地区。(2)通过Pearson相关分析,西藏冰湖变化主要受该地区冰川面积变化以及降水量大小影响。(3)地理探测器中,冰川面积变化对冰湖变化影响强度最高,q值为0.5006;交互作用探测中,温度因子与冰川面积变化因子交互作用后对冰湖变化影响解释力最强,且呈非线性增强关系,除温度因子以外,冰湖变化受各因子交互作用影响强度高。

基于参数最优地理探测器的福州市生境质量时空格局与驱动力分析

揭示生境质量的时空演变特征和影响因素可为区域可持续发展提供参考依据。基于2000年、2010年和2020年的土地利用数据,运用InVEST模型、土地利用转移矩阵和参数最优地理探测器等方法,综合分析福州市生境质量时空演变及其驱动因素。结果表明:福州市2000年、2010年和2020年生境质量指数分别为0.812、0.806和0.793,生境质量改善的面积小于生境质量退化的面积,福州主城区和东南沿海区域的生境状况亟须改善。3km网格为本研究的最佳空间尺度,最佳数据离散化分类数为6,自然间断点法更能解释驱动因素的驱动程度。高程、坡度和夜间灯光是福州市生境质量空间分异的主要影响因素,坡度和夜间灯光的交互作用对生境质量变化的解释力最强。

河南省养老服务机构分布特征及影响因素研究

以河南省养老机构为研究对象,综合运用最邻近指数法、核密度估计法、参数最优地理探测器分析市、县尺度下养老服务机构的空间分布特征及影响因素。结果表明:(1)河南省养老机构类型多样且养老总体费用偏低,敬老院覆盖较充分,各类型床位量分布以郑州市、洛阳市最为充足,类型间机构性质比例存在差异。(2)总体养老机构呈集聚式分布,其中敬老院接近随机模式,分布较为均衡,其他类型机构均为集聚分布。(3)养老院和老年公寓呈现显著的北密南疏、小区域聚集特征,市辖区与县城之间的养老资源存在差异,有较强的向城市建成区集中趋势;老年护理院和社区托老所数量偏少,未呈现显著分布特征;机构性质与建成区耦合性差异显著,民办性机构与建成区耦合程度较高。(4)环境绿化、城市化水平、经济水平是影响养老服务机构空间分布的主要因素,人口因子的影响力较低,机构分布受到城镇化率和生产总值的交互作用较强。

基于特征异质性优选的面向对象建筑物提取

利用面向对象方法提取遥感影像中的建筑物是当前研究热点之一。针对此方法中特征选择问题,文章基于面向对象的分析方法,充分考虑影像特征与多种地物在空间异质性上的相似程度,提出了一种特征优选方法,进而完成建筑物的提取。具体方法是:首先,计算对象内同质性与对象间异质性,基于均值变点原理确定全局最优尺度;其次,利用地理探测器基于空间异质性相似度对分割对象的光谱、纹理、高度、形状等特征进行优选;最后,根据优选出的特征进行建筑物提取,并辅以邻域高程比对算法进行优化,获得建筑物较完整、可靠的轮廓。结果表明,该方法对建筑物提取更加高效且精度更高。

基于GEE云平台的珠江口沿岸土地利用变化及驱动力探测

珠江口沿岸是我国乃至全球人口最密集、经济最活跃、资源消耗最庞大的大型河口海岸带地区之一,面临着过度围垦、功能退化以及资源衰减等诸多问题,给区域生态平衡和高质量发展造成严重威胁。传统遥感处理平台载荷有限导致中、大尺度地区影像处理的一致性较差引致地物分类结果精度不高。文章基于Google Earth Engine(GEE)云平台解译形成2000—2020年共5期的土地利用类型数据,总体精度介于86.27%~90.15%;其次,综合运用土地利用转移矩阵和动态度定量分析珠江口沿岸土地利用转变的时空特征;最后,基于最优参数的地理探测器定量揭示珠江口沿岸景观演变过程的影响机制。结果表明:(1)近20年来珠江口沿岸景观格局频繁转变,其综合动态度介于2.66%~3.62%。珠江口西翼区域林地和耕地类型间发生剧烈转变,而珠江口东翼区域建设用地保持强劲增长;(2)珠江口沿岸景观演变地理探测的最优参数等级划分为9~15类,且影响因子地理探测的最佳空间尺度阈值为90 m×90 m;(3)不同阶段珠江口沿岸景观格局演变过程均受自然、人为双重因素影响,双因子交互作用的驱动力明显高于单因子驱动力,且以双因子增强或非线性增强关系为主,其中GDP变化与气温变化的交互作用对2000—2005年红树林变化的贡献最大,q值为0.345。研究揭示珠江口沿岸未来资源规划利用与综合治理必须足够重视景观斑块的尺度效应,量化探测GDP与其它因子间的交互作用处于主导地位,权衡湾区经济快速增长与区域生态环境的协调关系,促进粤港澳大湾区高质量发展。

基于参数最优地理探测器的中国建成区扩张及定量归因

为研究中国城市建成区2002-2021近20年来时空变化,采用DMSP-OLOS和NPP-VIIRS夜间灯光数据,在市域尺度上从数量结构和空间分布两个方面定量分析中国建成区的空间演化特征,并采用参数最优的地理探测器进行分析。结果表明:1)20年来,我国城市建成区的扩张速度以中速和低速发展为主,东部沿海和北部沿海地区的建成区年扩张速度均高于全国平均水平,东部沿海地区扩张速度最大,且区域内城市发展差异性最小;我国建成区重心向西北地区移动。2)建成区的扩张速度具有空间分异性,冷点区域分布在我国北部及中部并表现为低低聚类和高低聚类,而热点区域分布在我国东南沿海一带,并表现为高高聚类和低高聚类;3)各影响因子交互作用均为双因子增强或非线性增强,且GDP和人口因素的交互作用最强。

基于参数最优地理探测器的江西省山洪灾害时空格局与驱动力研究

江西省是我国山洪灾害严重的省份之一,但目前缺乏对该省山洪灾害时空格局和驱动因子全面系统的研究。该文根据全国山洪灾害调查项目江西省1950-2015年山洪灾害数据集,对江西省山洪灾害时间分布特征、空间分布规律、主要影响因子分布趋势与灾害重心迁移格局进行挖掘;在此基础上,运用参数最优地理探测器对降雨和地形两种连续型因子生成最优离散化因子,分别探测江西省全域范围和流域范围山洪灾害的主要驱动因子及作用机制。结果表明:全域范围江西省降雨因子解释力明显强于地形因子,其中历时短、重现期长的10 min强降雨对山洪灾害的解释力最强,且在特定地形条件与降雨交互作用后呈非线性增强;流域范围降雨多为山洪灾害的主导因子,但各流域的降雨主导因子差异明显,地形因子解释力更强,多数流域最大交互作用的双因子为降雨与地形因子,表明流域内因降雨和地形产生明显的山洪灾害空间分异特征。研究结果可为山洪灾害区划、防治等研究提供科学依据。

基于地理探测器的广州市分行业月度用电特点及优化管理

为将广州市电力需求侧管理落实到具体行业,使用地理探测器、用电互补性模型分析2013—2017年共60个月各行业用电特点,在此基础上,通过情景分析方法,从行业、时间角度探索行业用电优化管理路径。基于广州市分行业月度用电特点,抓住行业用电量风向标子行业,利用存在可相互抵消用电波动的用电组合,研究发现:在2017年广州市用电量水平下优化行业用电结构和优化用电时间管理总计可减小约2.25亿kW·h的全社会用电月度峰谷差。未来可通过分行业月度用电预测、结合用电互补性分析测算行业用电调度潜力,为电力需求侧管理水平提高提供数据支撑。

晋中市县域旅游竞争力空间分异及影响因素

县域是区域旅游产业发展和空间要素配置的基本单元。通过构建县域旅游竞争力评价指标体系,利用熵权-TOPSIS法对晋中市县域旅游竞争力进行综合评价,并借助最优参数地理探测器模型(OPGD)分析县域旅游竞争力空间分异和影响因素。研究表明:(1)晋中市县域旅游竞争力整体水平较高,各县域空间分异特征显著,高值区集中在西部呈带状分布,低值区在东部片状分布;(2)晋中市县域旅游竞争力空间分异的主导影响因素分别是旅游公共设施资源、旅游业发展实力、旅游资源、经济发展实力、社会经济支持力,各影响因素对县域旅游竞争力的交互作用呈现出双因子增强的效果;(3)经济发展实力、社会经济支持力和生态环境支持力对县域旅游竞争力的影响并不是简单正相关关系。