基于DEM的青海省可可西里五道梁地区某濒危植物生长分布预测

白冰源，程耀瑜

（中北大学，山西 太原 030051）

0 引言

青海可可西里国家级自然保护区，位于青海省玉树藏族自治州西部，总面积450万公顷。是21世纪初世界上原始生态环境保存较好的自然保护区，也是中国建成的面积最大，海拔最高，野生动物资源最为丰富的自然保护区之一。现得知该地区零散分布有某濒危植物，为了尽快开展对该植物的研究和保护工作，需根据该植物生长环境，推测其可能的分布地区，以提高科研人员搜寻效率。

现得知该地区有15个气象数据收集点，且植物生长环境资料如下：①喜好生长在阴坡或半阴坡处。②沟谷两侧2公里内的区域。③最适年均生长温度：-5℃～4℃。④最适年均降水量：270～310mm。

1 研究过程

1.1 植物样本地区选取分析

由于可可西里地区面积广阔，因此对于本课题，采取缩小范围做样本分析，来示范DEM在分析该问题的应用情况。为精确获取相关气象数据，应选取可可西里地区附近较近的气象站，以此来保证获取温度及降雨数据的误差较小。由中国气象数据网给出的站台分布点图，可知五道梁气象站点较为合适，并结合可可西里地区分布图，确定样本地区，来研究待测植物的分布情况。

1.2 DEM预处理

（1）首先将下载的DEM数据导入ArcMap中。

（2）提取等高线：由于本课题选用的是GDEMV2 30M分辨率数字高程数据，分辨率较高，原始导入DEM数据量较大不利于处理，故应先利用等高线生成DEM法，来压缩数据大小，方便之后的处理观察。该地图比例为1：800,000，故根据等值线确定原则，设置等值线间距为160m，得到该地区等高线图。

（3）利用等高线构建DEM：一般情况下，使用等高线生成DEM有两种方法：①构建TIN，由 TIN转成栅格DEM；②直接使用地形转栅格工具，内插生成DEM。本课题使用构建TIN生成DEM的方法。首先，构建TIN；其次将构建的TIN转为栅格DEM。

1.3 DEM数据分析过程

（1） 对DEM进行坡向分析后，利用重分类对坡向分析结果进行分类，并提取出阴坡和半阴坡；根据阴阳坡地理划分标准，即0°～45°为阴坡，45°～135°为半阴坡，135°～225°为阳坡，225°～315°为半阳坡，315°～360°为阴坡；分类结果如图1所示。

（2）根据洼地填充后的水流流向数据和汇流累积量数据，提取沟谷网络，随后对水系做缓冲区分析；本课题采用“欧氏距离”制作直线距离图，水系缓冲区结果如图2所示。

图1 半阴坡和阴坡地区结果图

图2 沟谷网络提取结果

1.4 样本地区历史降水量及温度数据处理

经查阅吴双桂[1]和张琳[2]等人的研究资料，综合分析后可得五道梁地区1961-2019年年均温度和1961～2019年年均降雨量数据。

（1）五道梁地区历史年均温度、年均降水量数据处理 。将所得温度数据导入EXCEL中，并利用最小二乘法计算其一元线性回归方程，计算结果如式（1）所示。同理，可计算得降水量一元线性回归方程，如式（2）所示。

经计算发现，温度线性回归方程的R2值仅为0.5875，降水量线性回归方程的R2值仅为0.3484，说明两者曲线拟合并不好，因此不能直接利用线性回归方程预测2021年该地区的温度和降水，故采取置信区间预测法（置信度为0.95），以提高预测准确度。温度置信区间计算结果如表1所示，降水量置信区间计算结果如表2所示。

表1 温度置信区间计算数据

表2 降水量置信区间计算数据

从所得的置信区间中，由于该地区有15个气象数据收集点，故分别选取15组随机数据随机赋值，作为测验点的预测数据，导入结果。

（2）利用IDW算法，内插生成年平均温度和年总降水量表面数据，结果如图3、图4所示：

图3 内插生成年平均温度表面数据结果

图4 内插生成年平均降水量表面数据结果

（3）根据植物生长条件，提取满足条件的温度和降水区域，并结合其它生长条件。取交集进行栅格计算，结果如图5所示，浅色部分为最适生长区域。

图5 最适生长区域

2 研究意义

通过对DEM数据进行图像处理，能更直观的观察所需的目标区域，有利于发现和保护可可西里地区的濒危植物；另外基于往年温度和降水量数据，运用数学方法预测2021年的数据情况，为下一年的实地科考工作提供依据。

3 结语

实际影响植物生长因素还有很多，比如植物自身生长周期，土壤PH，年均光照量，风速，空气或土壤湿度等等，鉴于数据获取权限限制，此课题中简化了生长条件。