□藍文遠

當(dāng)前多尺度影響因子分析主要利用空間自相關(guān)(Spatial autocorrelation)、半方差函數(shù)(Semi-variogram)等作為衡量研究尺度的方法，雖然通過這些方法能夠獲得一定的數(shù)據(jù)參數(shù)，但是卻只適用于有限區(qū)域空間尺度方面的分析，并無法針對特征尺度進行詳細的研究。但目前一些學(xué)者認為利用Wavelet分析法可以從信號中獲取精確的數(shù)據(jù)，并且Wavelet所具有的自適應(yīng)變化的特性可對數(shù)據(jù)實施精細的多尺度解析、突出局部重點信息，可有效地識別分析出空間格局、特征以及數(shù)據(jù)信息所發(fā)生的變化。此文將以廣東地區(qū)為例，針對不同尺度特性下的各因素影響因子進行GIS技術(shù)及統(tǒng)計學(xué)分析，以探究多尺度影響因子與水土保持措施的聯(lián)系性。

1.研究區(qū)域地質(zhì)環(huán)境概況

廣東地區(qū)主要為山地丘陵地貌，受河流沖擊的影響山高谷深，地形呈現(xiàn)高低起伏狀態(tài)，地勢為西高向東低；該地區(qū)為大陸性季風(fēng)氣候，四季特征顯著，光照充沛；區(qū)域降水情況較為集中，表土層淺薄抗蝕性較弱，土壤的顆粒相對較大，對水肥的保持能力差，在流水沖侵蝕、地質(zhì)結(jié)構(gòu)活動以及人類活動等因素的影響下，易發(fā)生水土流失的情況，該地區(qū)成為了水土流失的重點防治區(qū)域。目前，針對該地區(qū)水土流失的情況，相關(guān)部門制定并實施了水土流失防治、坡耕地改良等多項措施，以實現(xiàn)優(yōu)化地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境、構(gòu)建生態(tài)環(huán)境與社會生產(chǎn)、生活有序發(fā)展的目標(biāo)。

2.研究方法

2.1 研究數(shù)據(jù)預(yù)處理

影響因子的選取需要具有定量化、空間化的特性，所使用的數(shù)據(jù)需要具有真實性以及可以代表社會經(jīng)濟、自然等因素。由于水土保持措施所涉及的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)極為龐大，并且不易獲取到真實的數(shù)據(jù)，而空間格局變化與自然環(huán)境因子具有一定的聯(lián)系，因此，此次研究將以自然環(huán)境因子作為主要的研究參數(shù)。根據(jù)當(dāng)前現(xiàn)有資料顯示，對廣東地區(qū)水土保持措施的空間分布以及發(fā)展形態(tài)具有直接以及間接影響的因素較多，如地形地貌、植物覆蓋狀態(tài)、地區(qū)土地使用情況、水土流失狀態(tài)、交通發(fā)展以及人類的活動等。為了能夠有效地分析空間分布中各影響因子，需要對各影響因素進行必要的分析處理。

地形地貌中通常將坡度作為主要的因素，通過利用數(shù)字高程模型（DEM）技術(shù)構(gòu)建地形，使用地理信息統(tǒng)計平臺軟件中的坡地函數(shù)計算地形數(shù)據(jù)，并按照不同的坡度進行分級劃分，以便更好的實際中不同地形的坡度實施措施；植物覆蓋狀態(tài)可采用幾何、大氣校正技術(shù)對陸地衛(wèi)星TM/ETM+中廣東地區(qū)不同時期的校正數(shù)據(jù)集，并通過圖像處理技術(shù)獲取植被覆蓋的概率分布情況以及特定區(qū)間中極值，計算出區(qū)域內(nèi)植被覆蓋程度，并按照上述所獲取的數(shù)據(jù)生成規(guī)格為5m×5m的圖形；地區(qū)土地使用情況基于知識與規(guī)則的土地利用信息分層提取，同時使用多時期TM/ETM遙感影像加識別分析，將其中有效信息進行提取、整合、評價，研究中通?？蓪⒌貐^(qū)土地使用情況劃分為6類，即茂林區(qū)、疏林區(qū)、火燒跡地、蕪原區(qū)、工程用地以及農(nóng)耕地；水土流失狀態(tài)分析及處理將利用通用土壤流失方程構(gòu)建模型獲取區(qū)域中土壤侵蝕模型的空間分布狀態(tài)，將所獲取的數(shù)據(jù)按照國家標(biāo)準(zhǔn)劃分水土流失級別以及水土流失強度分布圖，而土壤的沖蝕因子則以本地區(qū)現(xiàn)有研究資料為基礎(chǔ)，對不同類型的土壤給予匹配的K值，以此獲得詳細的土壤沖蝕因子分布區(qū)域圖；交通發(fā)展是對視覺影響進行灰度形態(tài)分析，通過將其進行二值計算后可獲得區(qū)域中道路的網(wǎng)格化輪廓，將其中道路進行單獨提取，最后使用地理信息統(tǒng)計平臺軟件計算測量區(qū)域與最近道路的距離；人類的活動因子主要為區(qū)域內(nèi)的人口基數(shù)以及聚集點，根據(jù)廣東地區(qū)的地形地貌特征以及流域情況將其劃分多個區(qū)域，并對各個區(qū)域中的人口基數(shù)進行計算，而居民聚集點則采用光譜分析技術(shù)分析遙感影像數(shù)據(jù)，通過分解結(jié)果中所獲得的不同形態(tài)進行圖形的提取。

為更好保證此次研究中所使用的不同軟件、技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)能夠相互匹配，將對所有數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化處理：利用地理信息統(tǒng)計平臺軟件將研究區(qū)域劃分為30m×30m的基準(zhǔn)單元，研究中數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學(xué)分析采用SPSS軟件進行分析處理以及，Wavelet分析通過mat?lab編程技術(shù)完成，使用SAS進行數(shù)據(jù)的回歸分析以及尺度圖的繪制。

2.2 Wavelet分析

2.2.1樣帶設(shè)置及選取

將廣東地區(qū)按照經(jīng)緯線劃分為6條樣帶（基準(zhǔn)單元為30m×30m），并在各樣帶中依序選取 185、269、192、345、225、482個樣點，通過將各條樣帶進行細致的分析。研究區(qū)域中的水土保持措施的主要實施區(qū)域在清遠、惠州、河源、梅州等市。其中緯度上的3條樣帶中，樣帶1代表清遠市地貌，樣帶2代表惠州市地貌，樣帶3代表河源市、梅州市的地貌；經(jīng)度上的3條樣帶中，樣帶4代表清遠市地貌，樣帶5代表惠州市、河源市地貌，樣帶6代表梅州市的地貌。

2.2.2 小波尺度方差分析

根據(jù)水土保持措施空間分布情況進行小波尺度的方差分析，其中位置以及尺度信號系數(shù)之間的方差可以表示為：

式中：

V(a)—表示小波尺度方差；

a—表示信號的尺度；

b—表示位置；

W—表示信號在a及b上的變換的系數(shù)。

通過小波尺度方差可以有效地反饋出不同數(shù)據(jù)的小波系數(shù)與位置之間存在的距離，并可以對全局信息結(jié)構(gòu)進行一定的檢驗；當(dāng)信號產(chǎn)生變異后，其所對應(yīng)的尺度特征的強度也將產(chǎn)生改變，小波方差值越高，說明尺度結(jié)構(gòu)上的信息就越豐富，并能夠顯現(xiàn)出特征尺度或?qū)π畔⒆儺惼鸬綑z測的效果。因此，通過小波尺度方差能夠有效地用于分析尺度的選取或是分析空間布局的特征性。

2.3 多元統(tǒng)計分析方法

通過將水土保護措施的影響因子中的空間布局及其主要的因素帶入到回歸模型中，可以表示為：

式中：

Measurei,c—表示模型中水土保護措施c在網(wǎng)格單元i中的占比；

Facti,n—表示影響因子n在單元網(wǎng)格i中的歸一化計算值；

βn—表示影響因子n的回歸系數(shù)。

由于回歸分析具有一定的簡便性，因此在進行實際的研究分析中添加更多的因子模型意義不大。將回歸分析中顯著水平設(shè)置為0.05，將其中比重最大的9個影響因子作為依據(jù)構(gòu)建具有不同數(shù)值的范圍的影響因子與單項水土保持措施間的回歸分析，并通過各項影響因子的變量評估其相對重要性，以此獲取影響因子與單項水土保護措施在空間分布中的影響范圍。

3.研究結(jié)果

3.1 特征尺度檢驗分析

通過對各個樣帶數(shù)據(jù)的小波尺度方差的分級及系數(shù)的計算，總結(jié)廣東地區(qū)不同區(qū)域的水土保持措施的特征及變化特征。不同帶的方差變化曲線分析如圖1。

由上圖可知，緯度上的3條樣帶的小波方差變化曲線發(fā)展趨勢相同；經(jīng)度上的各條樣帶變化波動較大，因此，可將其波動的最大值作為空間布局的特征尺度，隨著尺度的增加，方差將會急劇增長，此時將無法將此作為特征尺度；當(dāng)空間布局中具有2個或以上的特征尺度時，可將其中一個作為另一個尺度的范圍，在上圖中經(jīng)度樣帶具有了2個不同尺度范圍，分析原因是由廣東地區(qū)的河流流向為南北流向，將導(dǎo)致產(chǎn)生嚴重的地塊破碎，由于所屬的尺度范圍具有差異，經(jīng)度方向的空間布局大致區(qū)域范圍為200～400m、1000～1600m。

3.2 影響因子的多尺度分析

水土保持措施中主要影響因子在不同空間分布中的聚合尺度的回歸分析中，將根據(jù)整體的多尺度序列數(shù)據(jù)及面積占比作為研究的范圍，其特征尺度的幅值為150～450m，構(gòu)建中等空間分辨率單元網(wǎng)格，構(gòu)建空間距離為30m的數(shù)據(jù)圖層計算多尺度影響因子。主要影響因子不同聚合規(guī)模尺度的回歸分析如圖2所示。

3.2.1 封禁措施

封禁措施的尺度高于0.75時，較高的高植被覆蓋程度、25°～35°范圍內(nèi)的坡度及人類活動聚集點等將成為主要因子，且強度將跟隨尺度的增加而上升；覆蓋率低于30%的影響因子與封禁措施的擬合回歸分析值為負數(shù)，并且尺度只有在0.75～1.00的范圍時回歸系數(shù)方為正數(shù)，由此可以說明0.75～1.00利于封禁措施的實施；并且25°～35°范圍中坡度因子將會對空間分布產(chǎn)生較大的影響，穩(wěn)定性也會最好，回歸分析系數(shù)為正，因此，在原理人類聚集點實施封禁措施可以取得良好的效果。

圖1 不同帶的方差變化曲線分析

圖2 主要影響因子不同聚合規(guī)模尺度的回歸分析

3.2.2 低效林改造措施

在低效林改造措施中的主要影響因子包括土壤沖蝕性、中度水土流失，根據(jù)回歸分析的結(jié)果顯示，尺度的上升將會帶動起影響的提升程度；當(dāng)尺度得到顯著的增加時低植被覆蓋區(qū)域的土地利用率為平穩(wěn)發(fā)展趨勢；當(dāng)植被覆蓋尺度為 0.60～0.45、坡度為在 15°～25°時，措施所受到的影響為最大，并且伴隨尺度的增加影響程度將會趨于穩(wěn)定，此時將適宜低效林改造措施，且可降低土壤沖蝕的情況發(fā)生。

3.2.3 經(jīng)濟果林措施

經(jīng)濟林果措施中的主要影響因子包括距最近道路距離、植物覆蓋度0.06～0.75、輕度水土流失以及農(nóng)村人口勞動分布程度，并且隨著尺度的上升將會帶動起影響的提升程度；在較大數(shù)值的尺度下，坡度為2°～8°中度水土流失、低植被覆蓋因子下降適合經(jīng)濟果林措施，并且可改善區(qū)域中植物的覆蓋率及土壤養(yǎng)分保持水平。

3.2.4 生態(tài)林草措施

生態(tài)林草措施中主要影響因子包括低植被覆蓋、坡度15°～25°以及強水土流失，并且隨著尺度的上升將會帶動起影響的提升程度；生態(tài)林草措施的空間分布應(yīng)選擇具有極大反應(yīng)程度的土壤流失斑，且坡度為 15°～25°、植物覆蓋程度低于30%的區(qū)域。

4.結(jié)語

根據(jù)水土保持措施中空間布局影響因子的多尺度分析以及措施關(guān)鍵因子的回歸分析，探究多尺度影響因子與水土保持措施的聯(lián)系性，根據(jù)研究結(jié)果顯示不同界線及影響的水土保持措施關(guān)鍵因子的回歸因子存在互異，而研究尺度的差異性也將導(dǎo)致影響結(jié)果上具有不同的發(fā)展進程。通過此次研究希望能夠為將來同類分析提供參考，為生態(tài)環(huán)境以及社會的發(fā)展提供幫助。