Logistic回歸模型在阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力分析中的應(yīng)用

張 洵

(遼寧省水文局，沈陽(yáng) 110003)

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Logistic回歸模型在阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力分析中的應(yīng)用

張 洵

(遼寧省水文局，沈陽(yáng) 110003)

水庫(kù)濕地作為阜新市面積最大的人工濕地之一，其是該地區(qū)重要的生態(tài)基礎(chǔ)保障。因此，文章從社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及自然環(huán)境兩個(gè)方面，就阜新市水庫(kù)濕地演變的驅(qū)動(dòng)因子指標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行分析。其中，阜新市的入境水量以及氣溫和降水量及地下水埋深等指標(biāo)，構(gòu)成了該地區(qū)水庫(kù)濕地演變的驅(qū)動(dòng)因子指標(biāo)體系。而阜新市常駐人口以及人均GDP、城市化率三大主要指標(biāo)，構(gòu)成了該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子指標(biāo)體系。在研究過(guò)程中，文章基于長(zhǎng)時(shí)間序列，針對(duì)阜新市1989—2015年水庫(kù)實(shí)地演變過(guò)程中形成的TM遙感影像，重點(diǎn)提取了該地區(qū)30多年來(lái)的水庫(kù)濕度空間分布以及水文變化演變規(guī)律信息數(shù)據(jù)資料，結(jié)合阜新市水庫(kù)濕地增長(zhǎng)已經(jīng)減少這一時(shí)空演變過(guò)程中呈現(xiàn)出來(lái)的具體規(guī)律，采用Logistic回歸模型，對(duì)阜新市水庫(kù)濕地的具體空間分布情況及其在不同時(shí)段內(nèi)的演變驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行探討分析。

Logistic回歸模型；阜新市；水庫(kù)濕地；演變驅(qū)動(dòng)力

濕地包括多種不同類型，其中水庫(kù)濕地就是其中的一種類型。其主要的生態(tài)功能就是對(duì)區(qū)域地下水進(jìn)行補(bǔ)充及對(duì)河川徑流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，起到水源供給的作用。在此過(guò)程中，水庫(kù)濕地還能夠起到調(diào)節(jié)區(qū)域氣候及促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)的作用。尤其是在遼寧省阜新市水質(zhì)凈化及污染降解和生物多樣性維護(hù)過(guò)程中，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但是近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，遼寧省經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，阜新市作為一大主要的重工業(yè)城市，受人類實(shí)踐活動(dòng)與氣候變化雙重影響，使該地區(qū)水庫(kù)濕地的功能結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，生態(tài)系統(tǒng)失衡，反過(guò)來(lái)又對(duì)遼寧省阜新市生活、生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。對(duì)此，文章將以阜新市為例，針對(duì)Logistic回歸模型在阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力分析中的應(yīng)用情況進(jìn)行論述。

1 阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力分析資料背景

阜新市位于遼寧省西部的低山丘陵地帶，屬于東北遼河平原及內(nèi)蒙古高原的過(guò)渡帶，分為細(xì)河區(qū)以及新邱區(qū)和海州區(qū)及太平區(qū)和清河門區(qū)5個(gè)不同的市轄區(qū)。阜新市氣候類型屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期、四季分明，夏季和冬季平均氣溫分別為20℃和3℃。早在2014年，阜新市就積極啟動(dòng)了細(xì)河綜合治理工程項(xiàng)目，重點(diǎn)抓543工程，分別在王營(yíng)子以及韓家店河及湯頭河、五道橋河流域內(nèi)實(shí)施生態(tài)恢復(fù)治理工程，進(jìn)一步打造舒適美麗、宜居祥和的城市。截止目前，遼寧省阜新市已在細(xì)河流域修建成10多處人工濕地景區(qū)及5座潛壩和超過(guò)30km長(zhǎng)的河道。尤其是在543工程的指引和帶動(dòng)下，阜新市河道生態(tài)系統(tǒng)及人工濕地景觀系統(tǒng)得到改善，其在阜新市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及防洪和城市生產(chǎn)以及生活用水等方面發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)生態(tài)效益。但是，在近年來(lái)的人工實(shí)踐過(guò)程中，阜新市水庫(kù)濕地受自然因素與社會(huì)因素雙重影響，水庫(kù)濕地時(shí)空演變分布發(fā)生了很大變化[1]。

2 阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力分析中Logistic回歸模型的應(yīng)用

結(jié)合上述背景資料，文章將以Logistic回歸模型為分析研究手段，將阜新市1989—2015年的TM遙感影響資料進(jìn)行優(yōu)化組合，通過(guò)選取該研究區(qū)近30多年水庫(kù)濕地空間分布變化歷史信息資料，選擇空間變化時(shí)段段較為明顯的驅(qū)動(dòng)力因子，從自然以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩方面，科學(xué)構(gòu)建阜新市水庫(kù)濕地演變的驅(qū)動(dòng)因子指標(biāo)空間變化回歸模型，對(duì)不同時(shí)間段水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行分析。具體研究技術(shù)實(shí)施流程如圖1所示：

圖1Logistic回歸模型在阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力分析中的應(yīng)用流程

2.1 數(shù)據(jù)資料選取

文章在研究之前，重點(diǎn)選取了阜新市1989—2015年歷史遙感影像數(shù)據(jù)資料，為了避免該地區(qū)氣象資料受氣候等相關(guān)因素影響，文章選取每年10—11月份的部分?jǐn)?shù)據(jù)資料進(jìn)行分析。該時(shí)段阜新市天氣晴朗期多、降雨較少。因此，衛(wèi)星遙感云圖較為清晰，便于后期分析過(guò)程中，選取阜新市水庫(kù)濕地相關(guān)信息。通過(guò)分析，阜新市30多年的歷史數(shù)據(jù)資料表明，該地區(qū)水庫(kù)濕地空間分布信息總體變化幅度較大，且濕地總面積逐漸經(jīng)歷了一個(gè)先增后減的變化過(guò)程。在此過(guò)程中出現(xiàn)波峰與波谷，由此反映了阜新市水庫(kù)濕地面積的增長(zhǎng)與消退這一變化趨勢(shì)。對(duì)此，文章將結(jié)合這一變化趨勢(shì)，詳細(xì)對(duì)阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析[2]。

2.2 選取Logistic回歸模型相關(guān)指標(biāo)體系

水庫(kù)濕地生態(tài)景觀系統(tǒng)較為復(fù)雜，因此在時(shí)空演變過(guò)程中，會(huì)受人為因素與自然因素雙重影響。通過(guò)內(nèi)部與外部雙重驅(qū)動(dòng)力共同作用，導(dǎo)致阜新市歷史濕地面積先增后減[3]。基于此，文章將重點(diǎn)從社會(huì)經(jīng)濟(jì)視角及自然因素兩個(gè)不同視角下，對(duì)遼寧省阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力影響因素相關(guān)指標(biāo)因子進(jìn)行選取，從而構(gòu)建Logistic回歸模型定量與定性分析指標(biāo)體系[4]。具體指標(biāo)見(jiàn)表1所示：

表1 Logistic回歸模型分析中阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力影響指標(biāo)體系選取

2.3Logistic回歸模型構(gòu)建

基于上述指標(biāo)文章將選用Logistic回歸模型，對(duì)阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力影響因素進(jìn)行分析[5]。按照這一模型的實(shí)際建模要求，假設(shè)指標(biāo)x1、x2、x3......xn分別是與因變量Y存在相關(guān)性的一組自變量，而P是某事件發(fā)生的概率，則(1-P)為該事件沒(méi)有發(fā)生的概率，由此構(gòu)建如下指標(biāo)回歸分析模型：

(1)

在上述回歸模型中，阜新市水庫(kù)濕地增加或減少的概率通過(guò)P表示；

另外，對(duì)阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力影響的相關(guān)社會(huì)因子及自然因子，分別通過(guò)自變量x1、x2、x3……xn表示，其中主要分為以下7大因子：①阜新市歷史氣候因子；②阜新市歷史降雨量因子；③阜新市地下水埋深；④阜新市入境水量；⑤阜新市人均GDP；⑥阜新市城市化率；⑦阜新市常駐人口。

在上述回歸模型中，常數(shù)項(xiàng)以及模型偏回歸系數(shù)分別通過(guò)α和β表示；通過(guò)這一系數(shù)可以看出，自然因素及社會(huì)經(jīng)濟(jì)雙重因素在阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)影響中的實(shí)際貢獻(xiàn)度[6]。

2.4Logistic回歸模型數(shù)據(jù)分析

文章在對(duì)上述7大不同因變量進(jìn)行回歸分析時(shí)，主要基于隨機(jī)數(shù)據(jù)抽樣法，對(duì)阜新市1989—2015年這段時(shí)期內(nèi)典型數(shù)據(jù)變化情況進(jìn)行分析，以此篩選出事件發(fā)生與否，對(duì)遼寧省阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力影響過(guò)程中的具體貢獻(xiàn)系數(shù)。在此過(guò)程中，將不顯著因素剔除，分別采用“1”和“0”對(duì)該研究區(qū)水庫(kù)濕地的演變情況進(jìn)行評(píng)估，“1”表示在研究期內(nèi)，該地區(qū)濕地水庫(kù)發(fā)生顯著變化；而“0”表示該地區(qū)在研究時(shí)間斷內(nèi)，水庫(kù)濕地?zé)o明顯變化[7]。如下表3數(shù)據(jù)所示為1989—2015年阜新市水庫(kù)濕地演變典型年份回歸分析資料：

表2 1989—2015年阜新市水庫(kù)濕地 演變典型年份回歸分析數(shù)據(jù) km2

結(jié)合上述數(shù)據(jù)資料，文章基于ArcGIS技術(shù)平臺(tái)對(duì)以上不同年份的水庫(kù)濕地面積進(jìn)行疊加處理，然后將具體變化矢量圖轉(zhuǎn)化成分辨率為40m的柵格圖層，具體如圖2所示：

圖2 阜新市水庫(kù)濕地演變回歸分析遙感云圖(部分)

注：“1”為不變化部分(紅色區(qū)域)；“0”為未變化部分(白色區(qū)域)。

2.5 驅(qū)動(dòng)力顯著性分析

表3 阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力顯著性回歸檢驗(yàn)

故從上述數(shù)據(jù)顯著性以及相關(guān)性回歸分析中可以看出，城市化率 (%)、常住人口 (萬(wàn)人)及氣候因素和人均GDP(萬(wàn)元)四大因素是阜新市水庫(kù)濕地演變過(guò)程中的主要驅(qū)動(dòng)因子[8]。從中不難發(fā)現(xiàn)，在1989—2015年這段時(shí)期內(nèi)，阜新市城市化迅速發(fā)展，常駐人口不斷增多，經(jīng)濟(jì)社會(huì)總體發(fā)展水顯著提升，由此帶來(lái)了一系列環(huán)境問(wèn)題，使阜新市水庫(kù)濕地面積不斷減少[9]。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，文章通過(guò)研究，結(jié)果表明在早期研究時(shí)間范圍內(nèi)，年降水量以及入境水量為阜新市水庫(kù)濕地變化的兩大主要驅(qū)動(dòng)因子。其中，在2009—2015年這段研究期間內(nèi)，經(jīng)過(guò)對(duì)阜新市水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行Logistic回歸分析，發(fā)現(xiàn)入境水量和年均降水量對(duì)阜新市水庫(kù)濕地增長(zhǎng)變化的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)力實(shí)際貢獻(xiàn)系數(shù)逐降低。在此過(guò)程中，該研究區(qū)水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力變化中自然因素的影響已經(jīng)不占主導(dǎo)地位，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及城市化率和常駐人口為阜新市水庫(kù)濕地急劇減少的主要驅(qū)動(dòng)因子，其實(shí)際貢獻(xiàn)率分別為6.82、8.52和7.90。但總體來(lái)看，在此過(guò)程中，該研究區(qū)水庫(kù)濕地演變驅(qū)動(dòng)力變化中，人為活動(dòng)的影響占據(jù)主導(dǎo)地位，阜新市受經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素及自然生態(tài)因素雙重影響。因此，在今后政府治理實(shí)踐中，應(yīng)注意平衡經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系。在保證生態(tài)效益有效提升的前提下，大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)阜新市生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)提升。

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1007-7596(2017)01-0118-04

2016-12-22

張洵(1979-)，女，遼寧錦州人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樗Y源評(píng)價(jià)、地下水管理等。

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