一种近岸海域营养物生态分区方法与流程

本发明涉及近岸海域生态，具体涉及到一种近海岸营养物生态分区方法。

背景技术：

1、随着经济的发展，人类活动排放的污染物经过河流排放、大气沉降等各种途径排入近海，导致了海洋营养盐污染和近海富营养化。目前我国评价海洋富营养化主要采用第一代富营养化评价方法，重点关注营养盐对富营养化的贡献，但该方法评价指标和阈值确定“一刀切”，不能体现我国近海生态系统的区域差异，也难以客观反映近岸海域富营养发生情况。近岸海域生态分区可以为精准制定富营养化评价方法，“分区、分类、分级、分期”控制和管理富营养化提供科学依据。

2、目前我国尚未有系统的近岸海域营养物生态分区技术方法体系，因此，基于近岸海域不同类型营养状态区域差异的调查，科学系统地进行分区，建立能体现我国近岸海域管理的营养物生态分区技术，完成我国不同尺度的近岸海域生态分区，具有重要的实际意义。

3、因此，本发明提供一种具有较强的实用性和可操作性的一种近岸海域营养物生态分区方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种具有较强的实用性和可操作性的一种近岸海域营养物生态分区方法。

2、本发明的目的是提供一种近岸海域营养物生态分区方法，其特征在于：所述方法包括确定分区原则、确定分区方法、制定分区方案和分区方案的优化调整。

3、进一步的，确定分区原则包括以下：

4、步骤一、继承性原则“”不同级别的分区具有可继承性，上一级单位分区的结果一般对下一级分区单元具有宏观的指导作用和约束力；

5、步骤二、相对一致性原则：在划分区域单元时，必须注意内部特征的一致性，但一致性的特征是相对的；

6、步骤三、区域共轭性原则：依据空间自相关和共轭性原理，所划分的区域单元必须是完整的个体，不能存在分离的部分，同时要适用于行政管理；

7、步骤四、区域完整性原则：分区的对象应是具有独特性且空间上完整的自然区域。

8、进一步的，确定分区方法包括以下：

9、步骤一、大中尺度的划分采用“自上而下”分区方法进行区域划分。由研究者确定定量或定性的区划原则，选择一定的划分指标，通过将各指标数据进行空间叠加，得到初步的分区结果，再根据专家经验对分区结果进行适当调整，得到最终的分区结果。

10、进一步的，制定分区方案包括以下：

11、步骤一、列出备选指标：对于近岸海域营养物生态分区而言，指标选择要综合考虑富营养化关键影响因子和不同海域的区域差异性及响应关系，应服务于近岸海域营养物生态分区的等级性原则，识别出不同等级的近岸海域营养物生态分区的关键要素作为分区指标；

12、步骤三、指标优选：指标的筛选是实现生态分区原则的关键步骤，指标体系的构建是完成生态区划方案的前提，针对备选指标集合，根据影响近岸海域生态系统的要素，影响因素在时空尺度上的相互作用关系，以各尺度下富营养化的驱动因子为主要依据，应用统计学分析方法，识别出不同等级的近岸海域营养物生态分区的关键要素作为分区的指标并构建分区指标体系，根据主成分分析方法进行指标优选，应用主成分分析可以消除原始指标之间的相关而给聚类分析带来的偏差，得到浓缩原始指标信息；

13、步骤四、分区边界初步划分：基于arcgis软件的分组分析工具，采用空间聚类分析方法，对分区进行初步识别，根据f统计量结果图，选择最大f统计量对应的分组数量，将目标海域划分出若干个区域，得到初步划分结果；

14、步骤五、优化分区边界：边界优化使用频数分布法确定主要指标阈值，并结合指标空间分布规律，根据实际情况划出等值线，进一步优化初步识别的分区，同时基于arcgis软件的空间分析功能，对近岸海域营养物生态分区各指标专题图和初步分区边界进行空间叠置分析，以相重合的网格界限或它们之间的平均位置作为分区边界，得到进一步分区结果；

15、步骤六、确定分区结果：根据进一步分区结果，按照各分区的相似性和差异性，结合目标海域生态环境现状，再根据分区等级，利用空间融合技术和空间叠置技术，适当归类合并，确定各分区范围，分区命名以其显著的生态特征为依据。

16、进一步的，分区方案的优化调整包括以下：

17、步骤一、近岸海域营养物生态分区涉及到各方面的利益和要求以及多个管理部门和使用部门，应对各部门、各单位、各专家从不同角度、不同思路对营养物生态分区方案的调整意见，进行认真归纳分析，结合生态环境分区管控，汇总出最佳的近岸海域营养物生态分区方案，形成近岸海域营养物生态分区技术体系。

18、进一步的，步骤四中的空间聚类分析方法步骤如下：

19、步骤一、运行分组分析工具时，会为每个变量计算r2值，r2值反映在分组流程之后原始数据中的变化的保留程度，r2值越大，变量越能更好地对要素进行区分。r2的计算公式如下：

20、

21、其中，tss是总平方和，ess是回归平方和；

22、步骤二、tss的计算方法是先计算平方，然后再计算变量全局平均值偏差的总和，ess的计算方法相同，不同之处在于偏差是分组计算：从所属组的平均值减去每个值，然后再计算平方和总和。该工具中“评估最佳组数”参数可以让分组分析工具评估将要素分为2、3、4……、15个组时的有效性。分组有效性通过calinski-harabasz伪f统计量来测量，它是一个反映组内相似性和组间差异性的比率，具体公式下：

23、

24、其中，sst反映组间差别，sse反映组内相似性：

25、

26、其中，n为要素数目，ni为组i中的要素数目，nc为类数目(组)，nv为用于为要素进行分组的变量数目，为i组中的j要素的k变量值，为k变量的平均值，为组i中k变量的平均值。

27、本发明具有以下优势：本发明通过以不同尺度生态系统及其影响因素为研究对象的区划研究，基于继承性、相对一致性、区域共轭性和区域完整性，构建了近岸海域生态分区指标体系和分区方法。arcgis软件中的分组分析工具能够有效结合研究对象的属性特征和空间特征，具有较强的实用性和可操作性，可以作为营养物生态分区分析方法，为进一步精确制定富营养化评价方法及营养物基准提供依据。

技术特征：

1.一种近岸海域营养物生态分区方法，其特征在于：所述方法包括确定分区原则、确定分区方法、制定分区方案和分区方案的优化调整。

2.如权利要求1所述的一种近岸海域营养物生态分区方，其特征在于：所述的确定分区原则包括以下：

3.如权利要求1所述的一种近岸海域营养物生态分区方，其特征在于：所述的确定分区方法包括以下：

4.如权利要求1所述的一种近岸海域营养物生态分区方法，其特征在于：所述制定分区方案包括以下：

5.如权利要求1所述的一种近岸海域营养物生态分区方法，其特征在于：所述的分区方案的优化调整包括以下：

6.如权利要求4所述的一种近岸海域营养物生态分区方法，其特征在于：所述步骤四中的空间聚类分析方法步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种近岸海域营养物生态分区方法，包括运用空间聚类分析算法、多变量空间数据叠加技术方法，开展近岸海域水文水动力、营养盐、溶解氧、叶绿素a等因子历史数据的多维度分析，筛选气候带、海洋水文气象、海洋环流、岸线发育和盐度、水质、浮游生物等多要素指标，构建近岸海域氮磷营养物生态分区指标体系，建立基于近岸海域生境时空分异特征的近海营养物生态分区方法，提出营养物生态分区方案。本发明通过基于近海生态系统的相似性和差异性，以不同尺度生态系统及其影响因素为研究对象的区划研究，基于继承性、相对一致性、区域共轭性和区域完整性，构建了近岸海域生态分区指标体系和分区方法。

技术研发人员：孙明东,李立群
受保护的技术使用者：中国环境科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5