05实验五 地理要素主成分分析

自然地理要素的相互作用知识点自然地理要素的相互作用知识点1、自然地理环境由岩石圈、大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、人类圈组成的有机整体。

自然地理环境五要素：气候、地貌(地形)、水文、土壤、生物(植被)。

2、整体性：地理环境各要素相互联系、相互制约和相互渗透，形成一个有机的整体。

牵一发而动全身表现：①地理环境各要素不是孤立发展的，每一个要素都是作为整体的一部分，与其他要素相互联系和相互作用;②某一要素的变化，会导致其他要素甚至整体的改变。

③某一要素的变化，对其他地区的自然地理环境产生一定的影响。

3、土壤：具有肥力，能够生长植物的陆地疏松表层。

肥力是土壤的本质属性。

成土母质：成土母质是指岩石经过风化作用后形成的风化物，土壤形成的物质基础和矿物养分的最初来源。

对土壤的物理性状和化学组成均有重要影响(继承关系)。

气候：直接影响土壤的水热状况和物理、化学过程的性质和强度。

如：中等水热条件下，土壤有机质积累最多。

(温带半湿润环境下的黑土是世界上最肥沃的土壤);通过影响岩石的风化过程、地貌形态以及生物的活动)间接影响土壤的形成和发育。

如：湿热条件下风化壳最厚，土壤层厚度大。

干旱或者寒冷条件下，风化壳薄，土壤层也薄。

生物：土壤有机物质的来源，土壤形成过程中最活跃的因素，土壤肥力的高低主要取决于有机质含量的多少。

没有生物的参与(生物循环)，就不会有土壤的形成。

(成土母质→低等植物生长→原始土壤→高等植物生长→成熟土壤)。

一般而言，森林土壤有机质含量要低于草地土壤。

地形：通过对物质、能量的再分配间接作用于土壤。

如土壤的垂直地带分布。

陡峭的山坡：地表物质迁移速度快，难发育深厚的土壤。

平坦的地方：地表物质的侵蚀速度慢，稳定的气候生物条件发育深厚的土壤。

阳坡：温度条件好，但蒸发旺，水分较差，阴坡反之。

人类活动：积极影响—改造自然土壤为各种耕作土壤;如水稻土消极影响—土壤退化(水土流失、盐渍化、荒漠化和土壤污染等等)4、环境的整体性要求开发利用自然资源时，要有综合的考虑和对策。

第6章 地理主成分与马尔可夫分析第1节 地理主成分分析地理主成分分析实质上就是起到降维的作用，化繁为简，对于解决地理系统要素间错综复杂的多维关系极为重要。

1.1地理主成分分析概述 1 概念地理主成分分析是指运用数学方法把地理系统中原来多个具有错综复杂关系的变量或指标变换为数量较少、相互独立且能代表较多信息的多元数理统计方法。

其主要含义如下： 1）主成分分析的理论基础是线性代数原理和方法，即线性变换；2）主成分分析的主要方法是雅可比方法，即线性代数中求特征值的方法之一； 3）主成分分析的关键问题是求特征值和特征向量； 4）主成分分析的主要目的是降维；5）主成分分析的最终结果是求得主成分得分矩阵。

2 主要用途主要用于：地理区域规划，地理要素的因果关系分析，多变量综合评价，回归与逐步回归分析，聚类与判别分析等等，这些与主成分分析相结合，其定量分析效果会更好。

3 作用1）降维 是指将变量较多经线性变换后降维到变量较少，且能代表较多信息，即信息的损失量又较少；2）主要变量 是指可求算系统中的主要变量，以及主成分与原变量的相关关系。

1.2地理主成分分析的基本原理 1 原理地理主成分分析的基本原理是运用代数方法求原变量的综合指标，原则是：一要比原指标个数少，且具有原指标的综合性；二要能较多的代表原指标的信息。

代数方法就是求取原变量或原指标的线性组合，通过适当调整它们的系数，使综合指标之间相互独立且代表性最好。

实质上是降维解决多变量问题。

2 几何意义为了便于直观理解其代数原理，现来介绍其几何解释。

以二维为例，已知两个原指标：1x ，2x ， 其坐标点状图大致呈椭圆形，如图 所示。

若在椭圆长轴方向取1z 轴，在短轴方向取2z 轴，作一次坐标变换，显然变换后的坐标性质有：1）无关性n 个点的坐标1z 与2z 的相关几乎为0；2）代表性代表性的衡量标准是以代表原变量方差的大小为准，即方差贡献率大，则代表性就好。

区域地理要素对比分析报告
一、工业区位因素分析
1.自然因素土地：土地平坦开阔，利于建厂，土地租金低水源：临近河流、湖泊或降水多，水源充足，水质好环境：环境优美、气候宜人，有利于高科技工业的布局
2.经济因素原料：靠近原料产地，原料充足──原料指向型工业能源：靠近能源产地（煤、石油、天然气、水能、风能…）,能源充足──动力指向型市场：人口稠密或人口密集、位于或靠近大城市，市场广阔（对市场指向工业更明显）交通：临海港、河湖或河流交汇处、临铁路、高速公路或航空港，交通和通讯便利
劳动力：人口稠密，劳动力资源丰富──劳动密集型工业；劳动力质优价廉，生产成本低技术：科教发达或临近高等院校或科研院所，劳动力素质高──技术密集型工农业基础：临近商品农业基地或农业发达，能提供充足的原材料和消费市场；当地工业发达，生产协作条件好。

1、气候基本要素（特征描述）：气温、降水2、气候影响因素①太阳辐射（纬度）一一基本因素（决定气候带）②大气环流（风系）一一控制因素③地面状况（海陆位置及轮廓、地形地势、洋流等）一复杂化④人类活动一一影响、改造局地气候（利、弊）；3、影响气温因素①太阳辐射：纬位、太阳高度、昼长②大气自身条件：削弱、保温③地面状况：海陆差异、地形地势（含坡向）、洋流、地面物质（反射率差异）④人类活动：^改变大气成分：C02一变暖；氯氟烃一紫外线增加；烟尘一削弱辐射；◊改变下垫面；◊释放废热：城市热岛等。

4、影响气温年较差得因素①纬度：低纬V高纬；②下垫面性质：海洋＜陆地，沿海〈内陆，植被好〈裸地；③天气状况：云雨多得地方〈云雨少得地方。

5、影响降水因素：①大气环流；②海陆位置（风向）；③天气系统（及其移动）；④地形地势（迎、背风坡）；⑤洋流；⑥人类活动（改变地面性质、烟尘凝结核）。

6、气候分布规律描述：南北半球（南北纬）、纬度范围、海陆位置7、天气状况描述：①降水（晴朗、阴天、雨雪）；②气温（高低、变化）③气压（高低、变化）；④风（风向、风力大小及变化）8、气候资源评价：光照、热量、降水、日较差、风、气象灾害等9、影响日照时间长短得因素①昼长；②地势（地势高，日照时间长）；③天气状况。

10、太阳辐射影响因素：①纬度（太阳高度）；②地势；③天气状况（云量）；④空气密度（大气透明度）11、河流水文特征：①流量（大小、变化：季变、年变）一一取决于降水量、流域面积；降水量季节分配、年际变化②汛期（长短、季节）一一取决于补给源性质、③含沙量大小一一取决于植被覆盖率④结冰期（长短、凌汛）一一取决于气候带⑤补给源⑥水力资源⑦性质（内、外流河及流程）12、河流（水系）特征：①流向、②流程（长短）、③流域（大小）、④流速、⑤支流、湖泊（分布、多少）、⑥河道（形状、曲流）13、坝址选择：①峡谷段建坝，工程量小；②河谷（盆地状）库区，库容量大；③地质条件好，避开断层、喀斯特地貌；④少淹农田，少搬村镇14、水能丰富①流量（大小、变化）：降水丰富，径流量大；②落差：地势落差大，水能丰富15、水电站选址：坝址+水能丰16、海水性质：温度、盐度17、影响海水温度因素①太阳辐射（纬度位置）一一不同纬海区；②洋流一一同纬海区；③季节一一同一海区；④海域轮廓（封闭性）18、影响海水盐度因素：①降水量与蒸发量对比关系一一不同纬海区；②洋流一一同纬海区；③径流；④海域轮廓（封闭性）；⑤结冰与融冰——高纬海区19、渔场成因：①温带大陆架海域一一阳光充足，水温适宜，浮游生物繁生②洋流一一寒暖流交汇或上升流附近，饵料丰富③径流一一河流带来丰富营养物质20、盐场成因：①气候：气温较高（春季升温快），多风，蒸发旺盛；雨季短或地处背风坡，气流下沉，多晴燥天气②场地：广阔得淤泥或沙质海岸，利于晒盐21、赤潮成因分析一一中低纬封闭性大陆架海域①纬度：中低纬大陆架海域，夏季多发一一水温高，赤潮生物繁生②海域轮廓：海湾多发一一风力小，海流弱，海水流动性差③人类活动：生活污水、工农业废水排入；22、咸潮成因分析一一钱塘江口、珠江口多发①入海径流减少：枯水期、调水用水多②气候变暖：海平面上升，海水倒浸③潮汐咸潮危害：淡水咸化、水质变坏、水资源减少23、山地垂直自然带分布得分析①纬度位置一一决定基带类型②相对高度一一共同决定带谱数量③阳坡、阴坡一一影响分布高度④迎风坡、背风坡一一影响降水多少与雪线高度24、雪线影响因素：降雪量与消融量对比关系（具体：降水、气温一一纬度、坡向）25、有利于下渗得条件：①降水：强度较小、历时较长；②地形：坡度较缓；③植被：较好26、洪灾成因：（1）自然原因①气候特征一一降水量大，且集中，年际变率大②水系、水文特征一一支流多，汇水集中，流量季变大；曲流发育，行洪不畅。

《计量地理学》课程实验教学大纲一、课程基本信息课程代码：16136803课程名称：计量地理学英文名称：Quantitative Geography课程总学时：48实验学时： 21适用专业：自然地理与资源环境课程类别：专业课先修课程：地理信息系统遥感概论气象学植物学地质学地貌学人文地理学二、实验教学的总体目的和要求1、对学生的要求已学习统计学基本知识；初步掌握计算机应用基础，能初步应用计算机进行数据处理。

2、对教师的要求能进行有关理论与实操的讲解与演示。

3、对实验条件的要求有专用的计算机房提供每个学生上机操作，提供统计软件EXCEL、SPSS等。

三、实验教学内容实验项目一（1）实验名称：SPSS工作环境与入门实验内容：SPSS软件介绍与基本操作实验性质：验证性实验学时：1学时实验目的与要求：认识SPSS软件的图形用户界面，熟悉SPSS界面各元素、文件类型、数据录入与管理方式，. 掌握SPSS软件窗口的各项功能，练习数据的基本处理操作。

实验条件：计算机（已安装SPSS 14或以上）。

实验项目一（2）实验名称：数据的描述统计实验内容：学习数据统计关于一般水平和离散程度的统计变量的计算，进行空间或者产业内部分布均衡度/集中度的分析。

实验性质：验证性实验学时：2学时实验目的与要求：给定数据分组录入检查和合并，统计分组与统计图表的绘制，计算表示集中趋势、离散程度和分布特征的统计指标与参数，绘制洛伦茨曲线，计算集中化指数、基尼系数与锡尔系数。

实验条件：计算机（已安装SPSS 14或以上）。

实验项目二实验名称：地理要素的相关程度测定实验内容：理解用SPSS软件进行相关分析的基本原理与方法，掌握数据输入与相关分析基本操作。

实验性质：综合性实验学时：1.5学时实验目的与要求：实现用SPSS软件进行多个要素之间相关性的分析，使用GDP与相关国民经济统计数据，进行相关分析。

实验条件：计算机（已安装SPSS 14或以上）。

第1篇实验名称：自然地理因素对农业生产影响实验实验目的：通过实验分析不同自然地理因素对农业生产的影响，为农业生产提供科学依据。

实验时间：2023年5月1日至2023年10月31日实验地点：我国某平原地区实验材料：1. 农作物：小麦、玉米、大豆2. 自然地理因素：地形、气候、土壤、水源、植被实验方法：1. 实验设计：将实验地划分为若干小区，每个小区设置不同自然地理因素的处理方案，包括：（1）地形：平原、丘陵、山地（2）气候：温带季风气候、地中海气候、热带季风气候（3）土壤：沙土、壤土、黏土（4）水源：地下水、地表水、灌溉水（5）植被：自然植被、人工植被2. 实验实施：按照不同处理方案，在每个小区种植相应作物，定期观测作物生长状况和产量。

实验结果与分析：一、地形因素对农业生产的影响1. 平原地区：作物生长状况良好，产量较高。

2. 丘陵地区：作物生长状况一般，产量较低。

3. 山地地区：作物生长状况较差，产量最低。

分析：平原地区地势平坦，排水良好，有利于作物生长；丘陵地区排水不畅，土壤贫瘠，不利于作物生长；山地地区地形复杂，水土流失严重，不利于作物生长。

二、气候因素对农业生产的影响1. 温带季风气候：作物生长状况良好，产量较高。

2. 地中海气候：作物生长状况一般，产量较低。

3. 热带季风气候：作物生长状况较差，产量最低。

分析：温带季风气候四季分明，光照充足，有利于作物生长；地中海气候光照充足，降水适中，有利于作物生长；热带季风气候光照充足，但降水不稳定，不利于作物生长。

三、土壤因素对农业生产的影响1. 沙土：作物生长状况较差，产量最低。

2. 壤土：作物生长状况良好，产量较高。

3. 黏土：作物生长状况一般，产量较低。

分析：沙土保水保肥能力差，不利于作物生长；壤土具有良好的保水保肥能力，有利于作物生长；黏土排水不畅，不利于作物生长。

四、水源因素对农业生产的影响1. 地下水：作物生长状况良好，产量较高。

2. 地表水：作物生长状况一般，产量较低。

05实验五地理要素主成分分析实验五地理要素主成分分析一、实验目的1. 掌握地理要素主成分分析的原理；2. 掌握地理要素主成分分析分析的方法和步骤；3. 掌握地理系统聚类分析的方法和步骤。

二、仪器设备（及耗材）1. 给定的地理数据2. 电子计算机3. Excel软件4．DPS统计软件三、简述原理地理要素主成分分析是把原来多个指标化为少数几个综合指标的一种统计方法，它可以简化所研究的地理系统。

主成分通常是取原指标的线性组合，要求主成分之间相互独立，并能够最大程度地反映原指标所包含的信息。

一般是利用原始数据标准化后的方差、协方差矩阵，对其求特征值、特征向量得到主成分。

而聚类分析是根据地理要素的属性或特征的相似性、亲疏程度，用数学的方法把它们逐步地分型划类，最终得到一个分类系统。

四、实验步骤1. 对原始数据进行标准化处理；2. 利用计算机软件对标准化后的数据进行主成分分析；3. 利用系统聚类法对给定的地理要素进行聚类分析。

五、结果及分析通过实验进行地理要素的主成分分析及聚类分析，完成如下内容：1．附录1的地理要素的标准化后的方差－协方差矩阵；2. 附录1的地理要素主成分表达式（累积贡献率达90％即可）、各样本主成分得分表；3．附录2的各样本地理要素的欧氏距离系数表；4. 附录2的各样本最短距离法的聚类分析的联结表和聚类图。

六、附录1．在上海市宝山、吴淞地区的环境质量综合评价中，对20个监测点的大气、地面水和土壤要素进行监测，得到一组实测资料如下表，试对其进行主成分分析。

表1上海市宝山、吴淞地区环境要素超标倍数2.根据下表的火成岩的氧化物含量进行聚类分析，并作出聚类图。