臺灣地區之生態與環境因子地理資訊資料庫,共有224個圖層,主要包括溫度、雨量、海拔高度、森林植群、地理性資訊、生態保護區、生態分區、河流、GIS衍生性資訊等九大項。各項圖層資料的來源與GIS檔案的建立和處理過程如下:
溫度(Temperature)
溫度(Temperature,單位: ℃):由中央氣象局出版的中華民國臺灣地區氣候圖集第一冊(中央氣象局 1990),以GIS數化成各月月均溫、年均溫和月均溫年較差(annual range of monthly mean temperature)等GIS圖層,再與網格系統疊圖,以dBase檔案格式載入SAS統計程式,計算每網格內以面積加權的平均值和變異係數。以全年十二個月均溫的變異係數,代表溫度的變異狀況。
PC軸:由於同一地區內的月均溫值相關性甚高,因此我們利用主成分分析(Principal Component Analysis,簡稱PCA),將十二個月的月均溫資料,以線性組合的方式,找出數個PC軸,來代表這些溫度因子的變異。本項PCA的計算分別在IDRISI和SAS下進行,兩者所得的結果非常相似,故以下IDRISI之結果說明。經過PCA運算後,由於各月月均溫之相關係數高達0.85以上,故僅用第一個主成分軸(PC1)即可涵蓋這些變數的變異達95.5%。因此在溫度中僅需用PC1即可代表這十二個月月均溫的變化。
溫量指數(Warmth index,單位: ℃):溫度對林木的影響是連續的,因此累積的溫度(accumulated temperature)可能比單獨考慮平均溫度,更能反應植物生長的狀況(劉棠瑞和蘇鴻傑 1992)。溫量指數為全年各月平均溫度高於5℃之累加值,此值可反應林型的分布,亦可用來劃分主要氣候帶及植物群系(蘇鴻傑 1992)。
雨量(Precipitation)
雨量(Precipitation,單位: mm): 由中央氣象局出版的中華民國臺灣地區氣候圖集第一冊(中央氣象局 1990),以GIS數化成各月降雨量、年降雨量等GIS圖層,再與網格系統疊圖(overlay),以dBase檔案格式載入SAS,計算每網格內以面積加權的平均值和變異係數。另以全年十二個月月降雨量的變異係數,代表雨量上的變異狀況。
雨量的月變化:根據Su(1984a, 1984b, 1985)的一系列氣候與森林分布研究顯示,台灣地區的降雨量受到季風的交替影響,形成冬季雨量和夏季雨量兩種分布形態。因此我們統計五月至九月之降雨量稱為溫季之總降雨量,十一月至三月之降雨量為寒季之總降雨量。同時也計算寒季雨量佔全年雨量之比例,以凸顯各地區之差異。
缺水情形:為了了解台灣地區可能的區水情形,我們利用月均溫的2倍作為當月理論之最低降雨需求量,然後和當月之降雨量作比較,計算出哪些地區有缺水的情形,並統計總缺水量,同時也統計各地在缺水月份數量的差異。
盈餘水量:以相同的方式可以導出哪些地區的降水量較豐富,並由此計算出相對潮濕期(relative humid)、特濕期(perhumid)與潮濕期(humid,前二者之總和)之分布和月份數。
PC軸:十二個月的降雨量也經過PCA的計算,得到四個PC軸,其中第一個主成分軸可解釋65.2%的變異,第二個主成分軸,18.9%,第三個主成分軸,8.5%,第四個主成分軸,2.4%,合計共可解釋95.1%的系統變異。我們選取這四個PC軸來代表台灣地區雨量月變化的特色。
海拔高度(Elevation)
海拔高度(Elevation,單位: m):由內政部所發行五萬分之一地形圖,每100公尺數化一條等高線,建成Arc/Info檔案,再轉成網格系統,於SAS計算每網格內以面積加權的平均值、最小值、最大值和變異係數。
坡度(Slope, degree):將所得海拔高度載入IDRISI (Eastman 1992),計算坡度。
坡向(Aspect, degree):將所得海拔高度載入IDRISI,計算坡向。
相對濕度(Relative humidity, %):不同的坡向,受東北季風、西南季風等氣候因素不同,因此雨量,濕度將隨之各異。蘇鴻傑(1987)將坡向等分為16個方向,依不同之方向,建議給不同的相對水分指標值。因此本研究依據坡向圖,給予相對濕度值(表2)
模擬太陽之照射情形,係依據海拔高度資料所倒出的坡度和坡向,利用IDRISI之計算而成,本圖僅作為參考用,但由圖中亦可看出地形的變化情形。
森林植群(Vegetative cover)
植被分布(Vegetation map):數化臺灣植物誌第二版的植被圖(Editorial committee of the flora of Taiwan, second edition 1994)而得。此圖非常粗略,且年代久遠,數化後,曾以近年來之大地衛星(Landsat)影像進行簡略的修改。
自然度指標(Naturenes index):由臺灣植被圖,採用徐國士(1984)所使用的自然度之概念,將土地利用型態(land use)或土地覆蓋(land cover),依原始的程度分為十級,給予1至10不同的數值,使得原始植種的自然度指標最高,而人為開發地的自然度指標最低(表3)。再與網格系統疊圖,以SAS計算每網格內自然度指標的之平均值。
植生指標(NDVI):即Normalized Difference Vegetation Index,許多研究顯示植生指標與生態系的狀態有明顯的關係,尤其是能反應植物生長、生態系的活力與生產力等參數(Running and Nemani 1988),這項指標也是目前IGBP (International Geosphere-Biosphere Programme)大尺度全球氣候變遷與生態系(Global Change and Terrestrial Ecosystems, GCTE)研究的重點之一(Fischer et al. 1996)。植生指標乃依據美國National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) 的AVHRR (Advanced Very High Radiation Radiometer) 氣象衛星資料計算而得 (Channel 1為Red,Channel 2為NIR,即 near-infrared),NDVI = (NIR - Red)/(NIR + Red),本資料取自美國地質調查所(USGS)的WWW網站(http://edcwww.cr.usgs.gov/landdaac/1KM/1kmhomepage.html),每月有三張影像,分別代表月初、中與末三期的植物生長狀況,本資料由1992年4月開始累積,中間有一段時間(1993年10月1995年1月)尚未完成,目前資料至1995年8月,且持續增加中,有興趣者可直接連上USGS的網站,輸入適當的經緯度資料後,即可取得。由於資料量甚大,下載時可能會花費很長的時間。由USGS取得的資料,需經過地理位置校正或轉換投影方式後,才可與本資料庫的圖層套疊。
森林指標(Presence of forest patch):由臺灣植被圖中選取屬於森林之土地利用型態(land use)或土地覆蓋(land cover)區域,利用Arc/Info設為1,其餘為0。
地理性資訊(Geographic information)
都市指標(Presence of major cities):以鄉鎮區界行政界線圖形檔為依據,與網格系統疊圖,將各直轄市、省轄市、縣轄市內的網格值為1,其餘為0。
都市化程度(Urbanization index):以鄉鎮區界行政界線圖形檔,結合民國73年行政院主計處之戶籍檔的就業人口結構圖為其屬性(孫志鴻等 1988),再與網格系統疊圖,以SAS計算每網格內都市化程度的平均值。都市化程度的計算公式為:
都市化程度 =
人口密度(Population density, number/sq. km):由內政部(1995)所出版的民國83年臺閩地區人口統計之人口值,以各鄉鎮為單位轉為人口密度值,再與網格系統疊圖,再以SAS計算每網格內人口密度的平均值、最小值和最大值。
生態保護區(Ecological protective area)
國家公園(National parks):本研究數化台灣本島內的五個國家公園邊界,以1:25000的地形圖為基礎,利用Arc/Info輸入而得。
自然保留區(Nature reserves):台灣地區的18處自然保留區中有17處位於台灣本島,亦沿用1:25000(某些較小的區域則採用1:5000或1:10000的像片基本圖)地形圖,逐一數化其邊界而成。
野生動物保護區(Wildlife refuges):本研究建立台灣地區的九處野生動物保護區和二處預定地區的邊界,方法一如自然保留區的建立方式。
生態分區(Ecoregion)
集水區分界(Watershed boundary):1984「臺灣地區集水區分布圖」(比例尺1:250,000)數化而成。
生態氣候分區(Ecoregion of based on the work of H.J. Su,八大區與四十一區):由蘇鴻傑(1992)的生態氣候分區圖數化而成,此圖分為較粗略的八大分區與利用海拔資料細分之四十一區。
東部指標(Eastern side of Taiwan):以鄉鎮區界行政界線圖形檔為依據,與網格系統疊圖,沿山稜線為分界,將宜蘭、花蓮、臺東境內網格之東西指標值設為1,其餘為0。
河流(River)
河流分布(Presence of river):利用孫志鴻等(1988)完成之台灣地區之河流分布圖檔(1984;比例尺1:250,000),以線段格式加以網格化而得。
GIS衍生性資訊(GIS derived variables, nearest distance calculation)
到達主要河流之最近距離(Nearest distance to river,單位: m):數化行政院農委會編制的「臺灣地區集水區分布圖」,此圖內僅提供臺灣三級以上之重要河流(孫志鴻等 1988)。以ARC/INFO數化後,再轉為網格式資料,載入IDRISI作距離分析,將結果轉回ARC/INFO,以dBase檔案格式儲存。
到達海岸線最近距離(Nearest distance to sea,單位: m):將行政院農業委員會編製的「臺灣地區全圖」之海陸界(農業委員會 1986),以ARC/INFO數化後,再轉為網格式資料載入IDRISI作距離計算。
到達海拔3000公尺及其以上區域之最近距離(Nearest distance to 3000 m and above areas,單位: m):以前述之3000公尺等高線,轉為網格式資料,載入IDRISI計算距離。
到達道路最近距離(Nearest distance to roads,單位: m):數化農委會編製的「臺灣地區道路交通圖」(1986),包括鐵路、國道、省道、縣道等主要道路,以ARC/INFO數化後,再轉為網格式資料,載入IDRISI作距離分析,本項區為國道和省道、國道和省道和縣道兩種。
到達主要城市之最近距離(Nearest distance to major cities):以前述之城市分布為基礎,轉為網格式資料,載入IDRISI計算距離。
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