基于气候变化下生境可达性和可用性的生态网络构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于气候变化下生境可达性和可用性的生态网络构建方法，包括：对对象区域的生物气候变量进行筛选得到第一生物气候变量组；根据对象区域的物种分布点、非气候变量以及第一生物气候变量组评估未来生境的可用性；对第一生物气候变量组进行筛选得到第二生物气候变量组，使用第二生物气候变量组评估未来生境的可达性；根据可用性和可达性评估结果构建复合指标，并根据可达性评估结果构建潜在范围转移网络，将潜在范围转移网络中每条路径用对应的复合指标值进行加权；运用网络分析识别出潜在范围转移网络中需要优先保护的关键地点和路径，用关键地点和路径构建生态网络。本发明专利技术最大限度地保护物种在气候变化环境下的生存持续性。境下的生存持续性。境下的生存持续性。

【技术实现步骤摘要】
基于气候变化下生境可达性和可用性的生态网络构建方法


[0001]本专利技术涉及生态保护规划和管理
，尤其涉及一种基于气候变化下生境可达性和可用性的生态网络构建方法。

技术介绍

[0002]近年来，气候变化的形势越来越严峻，其带来的影响已对陆地系统、淡水系统及海洋生态系统造成不可逆转的破坏，广泛影响了生态系统结构、物种地理分布范围和物候，改变了动植物物种的地理分布、季节动态和组成特征，甚至进一步导致了部分物种的灭绝，已成为未来几十年生物多样性的最大威胁因素之一。因此，如何制定适应气候变化的保护策略，以维持物种和生态条件持续存在，已成为气候变化背景下生物多样性保护的重要课题之一。
[0003]建立生态网络是生物多样性保护与适应气候变化的有效途径。生态网络可以维持和增加生境的连通性，保护生物多样性，增加生态斑块之间的相互联系，尤其是在高保护价值的保护优先区构建生态网络可以促进区域物种的迁移和交流。保护优先区识别及生态网络构建存在多种可选择的模型方法，但大多是基于特定时间段内的物种分布状况来建立的。然而物种分布具有动态的特性，容易受到外在环境压力的影响，尤其是随着近几年气候变化影响的加剧，越来越多物种被迫迁移栖息地到气候条件更适宜的区域以避免灭绝。因此，传统的基于静态模型构建的生态网络可能无法有效促进物种的持久生存，迫切需要考虑物种在气候变化下的转移动态，评估物种的迁移潜力并预测分布变化，构建气候变化适应型的生态网络，将有助于解决物种长期生存的动态挑战问题。
[0004]目前，大多数现存的优先保护区识别及生态网络构建方法仅考虑未来生境可用性或可达性的单一因素作用，而没有考虑到环境变化对物种分布范围迁移的整体动态过程的影响。尽管有部分方法同时对这两个因素进行了考量，但它们大多是对生境适宜性和气候速率分析结果的简单叠加，忽略了这两种分析结果所隐含的物种动态范围转移过程。此外，当前与气候变化适应相关的保护策略大多侧重于识别气候避难所或气候连通区域，尚未能构建完整的、可帮助应对气候变化的生态网络。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种基于气候变化下生境可达性和可用性的生态网络构建方法，能够根据气候变化影响下物种的潜在分布及扩散构建生态网络，最大限度地保护物种在气候变化环境下的生存持续性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种基于气候变化下生境可达性和可用性的生态网络构建方法，包括以下步骤：
[0008]S1)获取对象区域的目标数据，对所述目标数据中的生物气候变量进行筛选得到第一生物气候变量组；
[0009]S2)根据目标数据中的物种分布点、非气候变量以及第一生物气候变量组分析生境适宜性，以评估未来生境的可用性；
[0010]S3)对第一生物气候变量组进行筛选得到第二生物气候变量组，使用第二生物气候变量组计算气候速率并模拟潜在的范围转移路径，以评估未来生境的可达性；
[0011]S4)根据对未来生境的可用性和可达性评估结果构建复合指标，并根据未来生境的可达性评估结果构建潜在范围转移网络，将所述潜在范围转移网络中每条路径用对应的复合指标值进行加权；
[0012]S5)运用网络分析识别出所述潜在范围转移网络中需要优先保护的关键地点和路径，用关键地点和路径构建生态网络。
[0013]进一步的，步骤S1的具体步骤包括：
[0014]S11)收集对象区域内的物种分布记录，从所述物种分布记录中筛选出匹配目标空间分辨率的记录，得到物种分布点数据；
[0015]S12)获取对象区域当前时期和未来时期的生物气候变量数据，按照目标空间分辨率对所述生物气候变量数据进行重采样，对采样结果进行初步筛查得到第一生物气候变量组；
[0016]S13)获取对象区域内的非气候变量数据，按照目标空间分辨率对所述非气候变量数据进行重采样。
[0017]进一步的，对所述目标数据中的生物气候变量进行筛选得到第一生物气候变量组时，包括以下步骤：
[0018]对变量进行皮尔逊相关性分析和方差膨胀因子检验，根据相关性分析和方差膨胀因子检验的结果选取成对具有高相关性的变量；
[0019]对每个变量单独构建具有线性项和二次项的单变量广义线性模型，计算单变量广义线性模型的AUC值；
[0020]从成对具有高相关性的变量中排除次重要的变量，同时删除AUC值小于第一预设阈值的变量。
[0021]进一步的，步骤S2的具体步骤包括：
[0022]S21)基于物种分布点数据，使用第一生物气候变量组、非气候变量数据中的土地覆盖和地形作为环境预测变量，分别为每个物种拟合物种分布模型，从所有物种分布模型中筛选出超出预定预测性能阈值的物种分布模型，用筛选出的物种分布模型预测得到每个物种的连续性生境适宜性图，然后对所有物种的连续性生境适宜性图进行二进制转换得到二进制生境适宜性图；
[0023]S22)堆叠所有物种的连续性生境适宜性图并计算平均值得到汇总的连续性生境适宜性图，同时堆叠求和所有物种的二进制生境适宜性图得到汇总的二进制生境适宜性图，汇总的二进制生境适宜性图中值大于1的栅格作为物种未来可用的适宜生境。
[0024]进一步的，步骤S21)还包括：用筛选出的物种分布模型的AUC加权均值来生成集成的物种分布模型，再次从集成的物种分布模型中筛选出AUC值大于第二预设阈值的集成的物种分布模型，从第一生物气候变量组中选取目标变量，分别计算筛选的集成的物种分布模型与不包含目标变量的筛选的集成的物种分布模型的预测结果，并计算预测结果之间的皮尔斯相关性，得到目标变量对应的重要性相关值；
[0025]步骤S22还包括：根据各物种集成的物种分布模型中第一生物气候变量组的重要性相关值，计算得到第一生物气候变量组的每个变量在模拟物种是否存在时的总体贡献百分比；
[0026]步骤S3中对第一生物气候变量组进行筛选得到第二生物气候变量组时，包括：在第一生物气候变量组中剔除总体贡献百分比低于第三预设阈值的变量。
[0027]进一步的，步骤S3的具体步骤包括：
[0028]S31)对第二生物气候变量组进行主成分分析，得到当前时期气候变量的主成分得分PCA1和PCA2，以及每个气候变量的荷载，根据所述荷载生成网格化的未来时期气候变量的主成分得分PCA1和PCA2；
[0029]S32)将当前时期气候的主成分得分PCA1和PCA2以及未来时期气候的主成分得分PCA1和PCA2进行等宽的划分，每一个划分后生成的PCA1和PCA2唯一组合为一种气候类型，确定对象区域中属于同种气候类型的栅格，归属同种气候类型的所有栅格为气候类似栅格；
[0030]S33)对当前时期气候的主成分得分PCA1和PCA2以及未来时期气候的主成分得分PCA1和PCA2进行插值，对于当前时期的每种气候类型，为每个插值网格创建中间成本面，根据对应气候类型的主成分得分值与其他本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于气候变化下生境可达性和可用性的生态网络构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)获取对象区域的目标数据，对所述目标数据中的生物气候变量进行筛选得到第一生物气候变量组；S2)根据目标数据中的物种分布点、非气候变量以及第一生物气候变量组分析生境适宜性，以评估未来生境的可用性；S3)对第一生物气候变量组进行筛选得到第二生物气候变量组，使用第二生物气候变量组计算气候速率并模拟潜在的范围转移路径，以评估未来生境的可达性；S4)根据对未来生境的可用性和可达性评估结果构建复合指标，并根据未来生境的可达性评估结果构建潜在范围转移网络，将所述潜在范围转移网络中每条路径用对应的复合指标值进行加权；S5)运用网络分析识别出所述潜在范围转移网络中需要优先保护的关键地点和路径，用关键地点和路径构建生态网络。2.根据权利要求1所述的基于气候变化下生境可达性和可用性的生态网络构建方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤包括：S11)收集对象区域内的物种分布记录，从所述物种分布记录中筛选出匹配目标空间分辨率的记录，得到物种分布点数据；S12)获取对象区域当前时期和未来时期的生物气候变量数据，按照目标空间分辨率对所述生物气候变量数据进行重采样，对采样结果进行初步筛查得到第一生物气候变量组；S13)获取对象区域内的非气候变量数据，按照目标空间分辨率对所述非气候变量数据进行重采样。3.根据权利要求1所述的基于气候变化下生境可达性和可用性的生态网络构建方法，其特征在于，对所述目标数据中的生物气候变量进行筛选得到第一生物气候变量组时，包括以下步骤：对变量进行皮尔逊相关性分析和方差膨胀因子检验，根据相关性分析和方差膨胀因子检验的结果选取成对具有高相关性的变量；对每个变量单独构建具有线性项和二次项的单变量广义线性模型，计算单变量广义线性模型的AUC值；从成对具有高相关性的变量中排除次重要的变量，同时删除AUC值小于第一预设阈值的变量。4.根据权利要求1所述的基于气候变化下生境可达性和可用性的生态网络构建方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤包括：S21)基于物种分布点数据，使用第一生物气候变量组、非气候变量数据中的土地覆盖和地形作为环境预测变量，分别为每个物种拟合物种分布模型，从所有物种分布模型中筛选出超出预定预测性能阈值的物种分布模型，用筛选出的物种分布模型预测得到每个物种的连续性生境适宜性图，然后对所有物种的连续性生境适宜性图进行二进制转换得到二进制生境适宜性图；S22)堆叠所有物种的连续性生境适宜性图并计算平均值得到汇总的连续性生境适宜性图，同时堆叠求和所有物种的二进制生境适宜性图得到汇总的二进制生境适宜性图，汇
总的二进制生境适宜性图中值大于1的栅格作为物种未来可用的适宜生境。5.根据权利要求4所述的基于气候变化下生境可达性和可用性的生态网络构建方法，其特征在于，步骤S21)还包括：用筛选出的物种分布模型的AUC加权均值来生成集成的物种分布模型，再次从集成的物种分布模型中筛选出AUC值大于第二预设阈值的集成的物种分布模型，从第一生物气候变量组中选取目标变量，分别计算筛选的集成的物种分布模型与不包含目标变量的筛选的集成的物种分布模型的预测结果，并计算预测结果之间的皮尔斯相关性，得到目标变量对应的重要性相关值；步骤S22还包括：根据各物种集成的物种分布模型中第一生物气候变量组的重要性相关值，计算得到第一生物气候变量组的每个变量在模拟物种是否存在时的总体贡献百分比；步骤S3中对第一生物气候变量组进行筛选得到第二生物气候变量组时，包括：在第一生物气候变量组中剔除总体贡献百分比低于第三预设阈值的变...

【专利技术属性】
技术研发人员：王菀婷，梁婕，朱子倩，翟叶青，李鑫，李晓东，高翔，易玉茹，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：