如何使用R语言模拟物种气候生态位动态量化与分布特征

R语言

R是统计领域广泛使用的诞生于1980年左右的S语言的一个分支。可以认为R是S语言的一种实现。而S语言是由AT&T贝尔实验室开发的一种用来进行数据探索、统计分析和作图的解释型语言。最初S语言的实现版本主要是S-PLUS。S-PLUS是一个商业软件，它基于S语言，并由MathSoft公司的统计科学部进一步完善。后来新西兰奥克兰大学的Robert Gentleman和Ross Ihaka及其他志愿人员开发了一个R系统。由“R开发核心团队”负责开发。R可以看作贝尔实验室（AT&T BellLaboratories）的Rick Becker、John Chambers和Allan Wilks开发的S语言的一种实现。当然，S语言也是S-Plus的基础。所以，两者在程序语法上可以说是几乎一样的，可能只是在函数方面有细微差别，程序十分容易地就能移植到一程序中，而很多一的程序只要稍加修改也能运用于R。

R语言是一种广泛用于统计分析和图形表示的编程语言，强大之处在于可以进行多元数据统计分析，以及丰富的生态环境数据分析的方法，在生态学领域得到广泛应用。

在全球气候快速变化的背景下，理解并预测生物种群如何应对气候变化，特别是它们的地理分布如何变化，已经变得至关重要。利用R语言进行物种气候生态位动态量化与分布特征模拟，不仅可以量化描述物种对环境的需求和适应性，预测物种的潜在生态位和分布，还可以模拟物种分布的动态变化，捕捉生物种群生态位的时空异质性。这种技术为我们提供了一种更加精确、系统的工具，有助于我们更好地理解生物种群分布的生态驱动机制，为制定和实施生物保护策略提供科学依据。

一、引言

1) 物种气候生态位理论基础

2) 物种分布特征与物种分布模型的基本原理

3) R语言基础 (R语言环境设置和基本操作、数据导入、处理和可视化)

二、数据获取与处理方法

1) 数据获取途径与方法

掌握模型所需数据类型，了解常用数据库与数据获取方法。

2) 数据清洗与变量选择

掌握模型数据输入格式与数据选择标准，学会用多种方式实现数据清洗与变量选择

三、组合物种分布模型（Ensemble Species Distribution Model）的原理与使用

1) 组合物种分布模型算法原理与参数组成

常用算法：通用加法模型（GAM）、广义线性模型（GLM）、多元自适应回归（MARS）、分类树分析（CTA）、广义增强模型（GBM）、最大熵(Maxent)、人工神经网络(ANN)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)

章节目标：掌握不同算法的原理与参数设置方法

2) 物种分布特征模拟

分别基于单一算法与组合算法进行物种分布特征模拟，并读模拟结果。

章节目标：可独立使用R语言完成物种分布特征模拟。

3) 效果评价

评价指标：接收操作特征 (ROC) 曲线 (AUC) 下的面积、Cohen 的 Kappa 系数、遗漏率、灵敏度（真阳性率）和特异性（真阴性率）

章节目标：了解不同评价指标计算原理。

4）物种分布特征预测

章节内容与目标：设置不同情景，实现物种适生区预测

四、拓展研究

1) 物种气候生态位动态量化

以入侵物种互花米草为例，分析量化物种在原产地与入侵地之间的生态位的差异性。主要步骤：二维网格物种地理空间和环境空间的定义、应用核平滑计算二维环境空间的气候密度、通过随机检验方法对原产地和入侵区气候生态位的相似性进行统计检验，量化入侵区相比原产地的气候生态位动态等。

2) 物种适生区质心转移

基于物种在不同时空尺度的模拟结果，统计并分析物种适生区变化情况，并在空间上实现质心转移的可视化分析。

五、结果分析与论文写作

1) 不同算法结果解读、比较

2) 论文制图与写作技巧

六、案例分析

1) 基于单个物种分布模型的案例

2) 基于组合物种分布模型的案例

七、总结

1) 物种分布模型的局限性和未来发展方向

阅读全文点击《运用R语言模拟物种气候生态位动态量化与分布特征》