我國漢族學生維爾維克指數空間自相關特征分析

古維秋

(重慶師范大學體育學院,重慶400047)

盡管我國學生體質調研起步晚,由于國家重視我國學生體質測試體系、干預手段等研究領域取得了重大突破。與國外同類研究相比,顯示出對學生體質調查與指標篩選的全面性和先進性,但對學生體質調研數據的利用和研究薄弱。尤其是對每次測試所獲取信息、數據管理、調研結果的表達和統計分析方法未能充分反映學生體質狀況的空間信息,學生體質調研信息的利用效率低。鑒于此,本文利用GIS技術平臺,建立維爾維克指數的空間自相關模型,采用空間自相關分析方法,從全域角度對我國漢族學生維爾維克指數分布的空間結構狀態進行探討。同時結合自然環境、社會發展和經濟水平的相關指標,揭示維爾維克指數分布現象的動因和形成機理。為我國學生體質評價、預測、影響因素等研究探索新路徑,為各地教育部門及時了解當地學生體質健康狀況、制定體育鍛煉和健康教育計劃提供科學依據,同時也為地理信息系統技術在體育學領域的應用提供參考。

1 研究對象與數據來源

維爾維克指數是指人體每厘米的身高所含有的重量和圍度之和,是綜合反映人體身高、體重、胸圍生長發育基本特征的一項重要指標,它隨年齡變化而變化,18歲時達到穩定狀態。本文以2005年中國學生體質與健康調研報告中18歲城男、鄉男、城女、鄉女學生的維爾維克指數測試數據為基礎數據[1],研究對象除西藏 (西藏沒有漢族學生調研任務)之外的全國30個省、市 (自治區)18歲漢族學生。全國18歲漢族學生維爾維克指數的原始數據,來源于2005年全國學生體質調研的公布數據。根據研究需要分為城市男生、鄉村男生、城市女生和鄉村女生共4類人群20 307名學生。

2 研究方法

2.1 GIS技術

地理信息系統 (GIS)技術是計算機技術、數據庫技術、圖形圖像技術相結合的產物,是管理和研究空間數據的技術系統。隨著該技術的發展,被廣泛運用到諸如人口、環境、資源等眾多領域中。GIS技術能幫助在學生體質監測評價中實現數據輸入、數據描述、空間插值和空間建模,可以直接實現空間自相關分析并能制圖輸出。本文借助ARCGIS9.3通用地理信息系統軟件,分別在ARCGIS建立全國30個省市自治區18歲學生維爾維克指數和描述各省市自然環境的相對濕度、社會環境的經濟綜合指標GDP、預期壽命指數的莫蘭指數并制圖。

2.2 空間自相關分析

空間自相關是一種空間統計方法,指同一個變量在不同空間位置上的相關性,按照空間賦值狀況量測各個變量值之間的相關關系。如果相似的值在空間上互相靠近,則被描述為極相關;如果從數值安排未能得出模式,則為獨立或隨機的[2]。本文對代表學生身體形態特征的維爾維克指數空間布局的分析,采用了全局Moran's I系數來反映鄰近區域單元上同一現象或屬性值的相關程度。

全域型Moran's I的公式:

式中n為研究區域內不規則空間單元的個數,xi和xj分別表示某現象或某屬性特征x在空間地域單元i和j上的觀測值,ˉx是研究對象x的平均值,Wij是空間權重矩陣。Moran's I統計量的取值范圍為 [-1,1],I小于0代表空間負相關,大于0時代表空間正相關,I=0代表空間無關。當I=1時有很強的空間正相關性,當I=-1時有很強的空間負相關性,I趨近于0時,相鄰空間單元間相關性低,即表示某空間現象的高值或低值呈無規律的隨機分布狀態。為更好的說明空間自相關性,對于Moran's I指數,可以用標準化統計量z來檢驗n個區域是否存在空間自相關關系。

Z的計算公式為[3]:

當z值為正且高于1.65時,表明存在正的空間自相關,也就是說相似的觀測值 (高值或低值)趨于空間集聚;當z值為負值小于-1.65時,表明存在負的空間自相關,相似的觀測值趨于分散分布;當z值介于-1.65與1.65之間時,觀測值呈現獨立或隨機分布。

3 結果與討論

3.1 我國學生維爾維克指數空間自相關分布特征

3.1.1 維爾維克指數分布特點

以2005年中國學生體質與健康調研報告中18歲學生的維爾維克指數基礎數據,經統計處理獲得各省市及全國18歲學生的維爾維克指數均值,制圖1。

圖1顯示,我國各省區18歲學生維爾維克指數存在較大差異。維爾維克指數較高的省區有天津、北京、山東、河北、黑龍江、遼寧和吉林省,這些省區主要位于我國北方的華北地區 (北京、天津、河北)、東北地區 (遼寧、吉林、黑龍江)和華東地區 (山東);北方地區除內蒙古、青海、寧夏3省區學生維爾維克指數低于全國水平外,北方其他省區學生維爾維克指數都處在全國平均值(83.25)以上;全國學生維爾維克指數較低的省區有青海、海南、廣東、廣西、重慶和貴州省,主要集中于我國南方的華南地區 (廣東、廣西、海南)和西南地區 (重慶、貴州)以及北方的西北地區(青海)。綜上所述,我國學生維爾維克指數分布的主要特點是北方學生維爾維克指數水平明顯高于南方學生,北方學生的體型高大、南方學生體型矮小的特點。

圖1 全國各省區學生維爾維克指數比較圖

3.1.2 維爾維克指數及其相關影響因素的莫蘭指數整體空間集聚特征

本文選取全國30個省區維爾維克指數及其與之關系密切的各省市自然環境因素的相對濕度、社會環境因素的預期壽命和GDP等指標數據 (見表1)[4,5],采用最大距離標準,建立莫蘭指數,計算結果如表2所示。

表1 維爾維克及相關指數數據表

表2 全國18歲青年學生維爾維克及相關指數

從表2可以看出,維爾維克指數、相對濕度、2000預期壽命和GDP的 I系數分別為 0.31、0.24、0.16、0.03,均在 [-1,1] 之間,表明它們都存在空間相關性,空間相關程度最大的為維爾維克指數,其次是相對濕度和2000預期壽命,GDP的I值趨近于0,表明其空間相關性低。為更好的說明空間自相關性,對于Moran's I系數,采用標準化統計量z進行檢驗,結果顯示維爾維克指數、相對濕度的Z(I)值分別為8.02、6.45、4.46,其值都大于1.65,說明全國30個省區維爾維克指數、相對濕度都具有空間正相關,在空間上具有明顯的集聚特征,即在某個區域會出現 “高-高”或 “低-低”的集聚效應。而標準化結果GDP的Z(I)值小于1.65,則表示代表經濟水平的GDP指標的空間分布是具有隨機性或離散,不存在集聚特征。

3.2 維爾維克指數及其相關影響因素的莫蘭指數空間集聚效果分析

將表2中顯示具有顯著空間集聚特征的維爾維克指數、相對濕度經標準化Z(I)值處理,借助于ARCGIS9.3通用地理信息系統軟件 (GIS)可制作空間自相關示意圖2。

3.2.1 維爾維克指數的空間自相關分析

從圖2可知,全國維爾維克指數的標準化Z(I)值在1.65～5.41間,出現了兩大高集聚狀態區域,一是在北京、天津、河北、山東、遼寧、吉林、黑龍江出現了 “高-高”集聚形態,表明此空間的臨近區域內維爾維克指數都高,二是在西南和華南部分地區,即四川、云南、貴州、廣西、廣東、湖南、海南出現 “低-低”集聚形態,表明此空間臨近區域內的維爾維克指數都低。

圖2 2005年全國維爾維克指數Z-normal(Ⅰ)示意圖

3.2.2 相對濕度的空間自相關分析

相對濕度的Z(I)的標準化值在1.65～5.58間,我國呈現出兩種高集聚空間結構形態,一是西南地區 (四川、重慶、貴州)、華南地區 (廣西、廣東、海南、湖南)呈現明顯的 “高-高”集聚,表明這一帶屬于相對濕度較高的集中區域;二是在華北 (北京、天津、河北、山東、山西)和內蒙古則出現 “低-低”的空間集聚現象,表明華北地區和內蒙地區相對濕度都較低。將相對濕度Z-normal(I)示意圖5與學生維爾維克指數Z-normal(I)示意圖4比較發現,相對濕度 “高-高”集聚的西南地區、華南地區與維爾維克指數 “低-低”的空間集聚吻合,相對濕度 “低-低”集聚的華北地區、內蒙古地區與維爾維克指數 “高-高”的空間集聚吻合,說明相對濕度與維爾維克指數具有負相關,對維爾維克指數具有牽制作用。

4 結論與建議

4.1 我國學生維爾維克指數分布存在顯著的空間正相關,各省區學生維爾維克指數分布在空間上具有十分明顯的趨同性。即北方地區學生維爾維克指數整體水平高于南方地區,呈現出北方學生的體型高大、南方學生體型矮小的區域特征。

4.2 維爾維克指數的 “高-高”集聚與自然環境的相對濕度 “低-低”的空間集聚吻合,維爾維克指數的 “高-高”集聚與社會發展的預期壽命 “低-低”的空間集聚大致吻合;學生維爾維克指數與自然環境、社會發展關系十分緊密。

4.3 各省區自然環境對學生身體形態發育影響較大,建議對全國學生體質評定時應考慮自然環境因素影響而形成的全國學生身體形態生長發育的客觀差異性。

4.4 建議增加對西藏漢族學生、臺灣及香港、澳門特別行政區學生體質的測試與數據采集工作,以獲得全國學生體質測試數據,便于全國范圍內的空間分布比較。

[1]中國學生體質健康與健康調查組.2005年中國學生體質與健康調研報告 [M].北京:高等教育出版社,2005

[2]Walter T.The spatial autocorrelation coefficient Moran's I under heteroscedasticity[J].Statistics in Medicine,1996(15):887-892

[3]CLIFFA D,ORD JK.Spatialprocesses,models and ap-plications[M].London:Pion,1981

[4]天氣在線.中國各省區氣象 [DB/OL].天文地理 [2006-12-20].http//www.t7online Com/chine htm

[5]2005年我國各省區人均GDP數,各省區消費指數.國家統計局數據庫 [DB/OL].http://www.stats.gov.cn

[6]kang-tsung chang著.地理信息系統導論 (第3版)[M].北京:清華大學出版社,2009

[7]邵象清.人體測量手冊 [M].上海:上海辭書出版社,1985:297～300