基于DEM的青海省可可西里五道梁地區(qū)某瀕危植物生長分布預測

白冰源，程耀瑜

（中北大學，山西 太原 030051）

0 引言

青海可可西里國家級自然保護區(qū)，位于青海省玉樹藏族自治州西部，總面積450萬公頃。是21世紀初世界上原始生態(tài)環(huán)境保存較好的自然保護區(qū)，也是中國建成的面積最大，海拔最高，野生動物資源最為豐富的自然保護區(qū)之一。現得知該地區(qū)零散分布有某瀕危植物，為了盡快開展對該植物的研究和保護工作，需根據該植物生長環(huán)境，推測其可能的分布地區(qū)，以提高科研人員搜尋效率。

現得知該地區(qū)有15個氣象數據收集點，且植物生長環(huán)境資料如下：①喜好生長在陰坡或半陰坡處。②溝谷兩側2公里內的區(qū)域。③最適年均生長溫度：-5℃～4℃。④最適年均降水量：270～310mm。

1 研究過程

1.1 植物樣本地區(qū)選取分析

由于可可西里地區(qū)面積廣闊，因此對于本課題，采取縮小范圍做樣本分析，來示范DEM在分析該問題的應用情況。為精確獲取相關氣象數據，應選取可可西里地區(qū)附近較近的氣象站，以此來保證獲取溫度及降雨數據的誤差較小。由中國氣象數據網給出的站臺分布點圖，可知五道梁氣象站點較為合適，并結合可可西里地區(qū)分布圖，確定樣本地區(qū)，來研究待測植物的分布情況。

1.2 DEM預處理

（1）首先將下載的DEM數據導入ArcMap中。

（2）提取等高線：由于本課題選用的是GDEMV2 30M分辨率數字高程數據，分辨率較高，原始導入DEM數據量較大不利于處理，故應先利用等高線生成DEM法，來壓縮數據大小，方便之后的處理觀察。該地圖比例為1：800,000，故根據等值線確定原則，設置等值線間距為160m，得到該地區(qū)等高線圖。

（3）利用等高線構建DEM：一般情況下，使用等高線生成DEM有兩種方法：①構建TIN，由 TIN轉成柵格DEM；②直接使用地形轉柵格工具，內插生成DEM。本課題使用構建TIN生成DEM的方法。首先，構建TIN；其次將構建的TIN轉為柵格DEM。

1.3 DEM數據分析過程

（1） 對DEM進行坡向分析后，利用重分類對坡向分析結果進行分類，并提取出陰坡和半陰坡；根據陰陽坡地理劃分標準，即0°～45°為陰坡，45°～135°為半陰坡，135°～225°為陽坡，225°～315°為半陽坡，315°～360°為陰坡；分類結果如圖1所示。

（2）根據洼地填充后的水流流向數據和匯流累積量數據，提取溝谷網絡，隨后對水系做緩沖區(qū)分析；本課題采用“歐氏距離”制作直線距離圖，水系緩沖區(qū)結果如圖2所示。

圖1 半陰坡和陰坡地區(qū)結果圖

圖2 溝谷網絡提取結果

1.4 樣本地區(qū)歷史降水量及溫度數據處理

經查閱吳雙桂[1]和張琳[2]等人的研究資料，綜合分析后可得五道梁地區(qū)1961-2019年年均溫度和1961～2019年年均降雨量數據。

（1）五道梁地區(qū)歷史年均溫度、年均降水量數據處理 。將所得溫度數據導入EXCEL中，并利用最小二乘法計算其一元線性回歸方程，計算結果如式（1）所示。同理，可計算得降水量一元線性回歸方程，如式（2）所示。

經計算發(fā)現，溫度線性回歸方程的R2值僅為0.5875，降水量線性回歸方程的R2值僅為0.3484，說明兩者曲線擬合并不好，因此不能直接利用線性回歸方程預測2021年該地區(qū)的溫度和降水，故采取置信區(qū)間預測法（置信度為0.95），以提高預測準確度。溫度置信區(qū)間計算結果如表1所示，降水量置信區(qū)間計算結果如表2所示。

表1 溫度置信區(qū)間計算數據

表2 降水量置信區(qū)間計算數據

從所得的置信區(qū)間中，由于該地區(qū)有15個氣象數據收集點，故分別選取15組隨機數據隨機賦值，作為測驗點的預測數據，導入結果。

（2）利用IDW算法，內插生成年平均溫度和年總降水量表面數據，結果如圖3、圖4所示：

圖3 內插生成年平均溫度表面數據結果

圖4 內插生成年平均降水量表面數據結果

（3）根據植物生長條件，提取滿足條件的溫度和降水區(qū)域，并結合其它生長條件。取交集進行柵格計算，結果如圖5所示，淺色部分為最適生長區(qū)域。

圖5 最適生長區(qū)域

2 研究意義

通過對DEM數據進行圖像處理，能更直觀的觀察所需的目標區(qū)域，有利于發(fā)現和保護可可西里地區(qū)的瀕危植物；另外基于往年溫度和降水量數據，運用數學方法預測2021年的數據情況，為下一年的實地科考工作提供依據。

3 結語

實際影響植物生長因素還有很多，比如植物自身生長周期，土壤PH，年均光照量，風速，空氣或土壤濕度等等，鑒于數據獲取權限限制，此課題中簡化了生長條件。