湖泊富营养化因子对叶绿素a影响的SEM
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
１ 结构方程模型
ＳＥＭ 综合了 方 差 分 析、回 归 分 析、路 径 分 析 和 因 子 分 析 ，是 一 种 多 变 量 复 杂 关 系 的 建 模 工 具 。 ＳＥＭ 对变量的差异性反应较为敏感，当变量发生 变化时，输出 结 果 也 会 有 很 大 的 变 化，所 以 ＳＥＭ 不是单纯的变量 之 间 的 回 归，而 是 考 虑 了 变 量 之 间相互作用后整体的对外影响。对于生态环境这
个 潜 变 量 ，并 结 合 选 取 的 ５ 个 影 响 因 子 ，建 立 了 富 营 养 化 结 构 方 程 模 型 ，以 便 模 拟 各 因 子 对 巢 湖 流 域 南 淝 河 入
巢湖口水体中叶绿素ａ的影响。结果表明，该模型揭示 了 富 营 养 化 各 要 素 与 叶 绿 素 ａ之 间 的 复 杂 关 系，与 其
第３０卷 第１０期 ２ ０ １ ２年１ ０月
文 章 编 号 ：１０００－７７０９（２０１２）１０－００３７－０４
水 电 能 源 科 学 Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２ ０ １ ２
湖泊富营养化因子对叶绿素ａ影响的ＳＥＭ 分析
刘 巧 红１，张 浩２，吴 开 亚３，刘 丽４
种作用机 制 复 杂 的 体 系，用 ＳＥＭ 更 能 反 映 变 量 之间的关系及潜 在 变 量 之 间 的 相 互 作 用，并 能 模
拟多因子的内在逻辑关系。它包括潜变量和显变
量（观测变量），由 两 个 测 量 模 型 和 一 个 结 构 模 型 组 成 。 ［５］
（１）测量 模 型。 主 要 表 示 观 测 变 量 与 潜 变 量 之 间 的 关 系 ，模 型 表 达 式 为 ：
了巢湖流域社会经济的可持续发展。选择南淝河
入巢湖口 ２０００～２００７ 年 每 月 的 水 质 监 测 数 据。
主要选 取 温 度 （Ｔ）、总 磷 （ＴＰ）、总 氮 （ＴＮ）、透 明
（１．合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 ２３０００９；２．复旦大学 环境科学系，上海 ２００４３３；３．复旦大学 公共管理与公共政策创新基地，上海 ２００４３３；４．合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 ２３０００９）
摘要：根据湖泊富营养化成因机理，采用结构方 程 模 型 （ＳＥＭ），引 入 物 理 环 境、有 机 物、营 养 盐 和 浮 游 植 物 ４
他 方 法 相 结 合 可 直 接 预 测 叶 绿 素 ａ的 浓 度 。
关 键 词 ：叶 绿 素 ａ；富 营 养 化 ；结 构 方 程 模 型 ；潜 变 量 ；等 值 线 图
中 图 分 类 号 ：Ｘ５２４
文 献 标 志 码 ：Ａ
在 富 营 养 化 水 体 中，叶 绿 素 ａ浓 度 直 接 与 浮 游植物生物量相对应。尽管统计方法在研究湖泊 富营养化影响因子与浮游植物之间关系的过程中 起着非常重要的 作 用，但 不 同 的 方 法 有 时 会 产 生 不同结果，因而选 择 合 适 的 数 据 分 析 手 段 至 关 重 要。湖泊富营养化的产生是多个因素相互作用的 结果，结构方程模 型（ＳＥＭ）多 变 量 统 计 方 法 可 为 解决此 类 问 题 提 供 合 理 的 途 径 。 ［１，２］ 目 前，探 索 富营养化驱动因子或各因子对叶绿素ａ影响的主 要 定 量 分 析 方 法 为 多 元 线 性 回 归 、因 子 分 析 、主 成 分分析及 因 子 分 析 和 多 元 线 性 回 归 相 结 合 等 方 法［３，４］，但将 ＳＥＭ 运用 于 研 究 湖 泊 富 营 养 化 驱 动 因子和各因子 对 叶 绿 素 ａ的 影 响 很 少。 鉴 此，本 文根据巢 湖 流 域 的 水 质 数 据，采 用 ＳＥＭ 建 立 叶 绿素 ａ与 各 类 影 响 因 子 的 湖 泊 富 营 养 化 模 型，定 量分 析 各 因 子 对 叶 绿 素 ａ的 影 响，以 期 为 相 关 部 门管理湖泊富营养化提供可行的依据。
达 为 ［６］ ：
ｖ＝ Ｆｖ＋ｕ
（３）
式 中 ，向 量ｖ 为 指 标 变 量 包 含 观 测 变 量 和 潜 变 量 ；
Ｆ 为回归系数矩阵；ｕ 为误差矩阵。
２ 实例
收 稿 日 期 ：２０１２－０１－０７，修 回 日 期 ：２０１２－０２－２７ 基 金 项 目 ：水利部公益性行业科研专项经费基金资助项目（２０１００１０４３）；国家自然科学基金资助项目（５１０７９０３７，７１１７３０４７） 作 者 简 介 ：刘 巧 红 （１９８７－），女 ，硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 为 环 境 系 统 仿 真 与 污 染 控 制 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｌｉｙｕｎｒａｎ＠１６３．ｃｏｍ 通 讯 作 者 ：吴 开 亚 （１９６８－），男 ，教 授 ，研 究 方 向 为 环 境 经 济 与 可 持 续 发 展 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｕｋｙ２０００＠ｖｉｐ．＝ Λｙη＋ε
（１）
式中，Ｘ、Ｙ 为 观 测 变 量；ξ 为 外 生 潜 变 量；η 为 内
生潜变量；Λｘ、Λｙ 分 别 为 Ｘ 、Ｙ 的 回 归 系 数 矩 阵，
δ、ε 均 为 观 测 变 量 的 测 量 误 差 。
（２）结构 模 型。 表 示 内 生 潜 在 变 量 和 外 生 潜
变 量 之 间 的 因 果 关 系 ，模 型 表 达 式 为 ：
η ＝ Ｂη＋Γξ＋ζ
（２）
式中，Γ 为ｍ×ｎ 阶 结 构 关 系 中 的 系 数 矩 阵；ζ 为
ｍ×１ 阶η 和ξ 之 间 ＳＥＭ 的 误 差 构 成 的 向 量；Ｂ
为ｍ×ｍ 阶结构关系中η 的系数矩阵 。
为更 好 地 理 解 模 型 结 构，ＳＥＭ 可 用 矩 阵 表
· ３８ ·
水 电 能 源 科 学 ２０１２ 年
２．１ 研 究 区 概 况 和 数 据 来 源
巢湖为我国五 大 淡 水 湖 之 一，近 年 来 巢 湖 水
质 处 于 富 营 养 化 状 态 ，多 次 发 生 大 规 模 水 华 ，制 约
ＳＥＭ 综合了 方 差 分 析、回 归 分 析、路 径 分 析 和 因 子 分 析 ，是 一 种 多 变 量 复 杂 关 系 的 建 模 工 具 。 ＳＥＭ 对变量的差异性反应较为敏感，当变量发生 变化时，输出 结 果 也 会 有 很 大 的 变 化，所 以 ＳＥＭ 不是单纯的变量 之 间 的 回 归，而 是 考 虑 了 变 量 之 间相互作用后整体的对外影响。对于生态环境这
个 潜 变 量 ，并 结 合 选 取 的 ５ 个 影 响 因 子 ，建 立 了 富 营 养 化 结 构 方 程 模 型 ，以 便 模 拟 各 因 子 对 巢 湖 流 域 南 淝 河 入
巢湖口水体中叶绿素ａ的影响。结果表明，该模型揭示 了 富 营 养 化 各 要 素 与 叶 绿 素 ａ之 间 的 复 杂 关 系，与 其
第３０卷 第１０期 ２ ０ １ ２年１ ０月
文 章 编 号 ：１０００－７７０９（２０１２）１０－００３７－０４
水 电 能 源 科 学 Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２ ０ １ ２
湖泊富营养化因子对叶绿素ａ影响的ＳＥＭ 分析
刘 巧 红１，张 浩２，吴 开 亚３，刘 丽４
种作用机 制 复 杂 的 体 系，用 ＳＥＭ 更 能 反 映 变 量 之间的关系及潜 在 变 量 之 间 的 相 互 作 用，并 能 模
拟多因子的内在逻辑关系。它包括潜变量和显变
量（观测变量），由 两 个 测 量 模 型 和 一 个 结 构 模 型 组 成 。 ［５］
（１）测量 模 型。 主 要 表 示 观 测 变 量 与 潜 变 量 之 间 的 关 系 ，模 型 表 达 式 为 ：
了巢湖流域社会经济的可持续发展。选择南淝河
入巢湖口 ２０００～２００７ 年 每 月 的 水 质 监 测 数 据。
主要选 取 温 度 （Ｔ）、总 磷 （ＴＰ）、总 氮 （ＴＮ）、透 明
（１．合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 ２３０００９；２．复旦大学 环境科学系，上海 ２００４３３；３．复旦大学 公共管理与公共政策创新基地，上海 ２００４３３；４．合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 ２３０００９）
摘要：根据湖泊富营养化成因机理，采用结构方 程 模 型 （ＳＥＭ），引 入 物 理 环 境、有 机 物、营 养 盐 和 浮 游 植 物 ４
他 方 法 相 结 合 可 直 接 预 测 叶 绿 素 ａ的 浓 度 。
关 键 词 ：叶 绿 素 ａ；富 营 养 化 ；结 构 方 程 模 型 ；潜 变 量 ；等 值 线 图
中 图 分 类 号 ：Ｘ５２４
文 献 标 志 码 ：Ａ
在 富 营 养 化 水 体 中，叶 绿 素 ａ浓 度 直 接 与 浮 游植物生物量相对应。尽管统计方法在研究湖泊 富营养化影响因子与浮游植物之间关系的过程中 起着非常重要的 作 用，但 不 同 的 方 法 有 时 会 产 生 不同结果，因而选 择 合 适 的 数 据 分 析 手 段 至 关 重 要。湖泊富营养化的产生是多个因素相互作用的 结果，结构方程模 型（ＳＥＭ）多 变 量 统 计 方 法 可 为 解决此 类 问 题 提 供 合 理 的 途 径 。 ［１，２］ 目 前，探 索 富营养化驱动因子或各因子对叶绿素ａ影响的主 要 定 量 分 析 方 法 为 多 元 线 性 回 归 、因 子 分 析 、主 成 分分析及 因 子 分 析 和 多 元 线 性 回 归 相 结 合 等 方 法［３，４］，但将 ＳＥＭ 运用 于 研 究 湖 泊 富 营 养 化 驱 动 因子和各因子 对 叶 绿 素 ａ的 影 响 很 少。 鉴 此，本 文根据巢 湖 流 域 的 水 质 数 据，采 用 ＳＥＭ 建 立 叶 绿素 ａ与 各 类 影 响 因 子 的 湖 泊 富 营 养 化 模 型，定 量分 析 各 因 子 对 叶 绿 素 ａ的 影 响，以 期 为 相 关 部 门管理湖泊富营养化提供可行的依据。
达 为 ［６］ ：
ｖ＝ Ｆｖ＋ｕ
（３）
式 中 ，向 量ｖ 为 指 标 变 量 包 含 观 测 变 量 和 潜 变 量 ；
Ｆ 为回归系数矩阵；ｕ 为误差矩阵。
２ 实例
收 稿 日 期 ：２０１２－０１－０７，修 回 日 期 ：２０１２－０２－２７ 基 金 项 目 ：水利部公益性行业科研专项经费基金资助项目（２０１００１０４３）；国家自然科学基金资助项目（５１０７９０３７，７１１７３０４７） 作 者 简 介 ：刘 巧 红 （１９８７－），女 ，硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 为 环 境 系 统 仿 真 与 污 染 控 制 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｌｉｙｕｎｒａｎ＠１６３．ｃｏｍ 通 讯 作 者 ：吴 开 亚 （１９６８－），男 ，教 授 ，研 究 方 向 为 环 境 经 济 与 可 持 续 发 展 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｕｋｙ２０００＠ｖｉｐ．＝ Λｙη＋ε
（１）
式中，Ｘ、Ｙ 为 观 测 变 量；ξ 为 外 生 潜 变 量；η 为 内
生潜变量；Λｘ、Λｙ 分 别 为 Ｘ 、Ｙ 的 回 归 系 数 矩 阵，
δ、ε 均 为 观 测 变 量 的 测 量 误 差 。
（２）结构 模 型。 表 示 内 生 潜 在 变 量 和 外 生 潜
变 量 之 间 的 因 果 关 系 ，模 型 表 达 式 为 ：
η ＝ Ｂη＋Γξ＋ζ
（２）
式中，Γ 为ｍ×ｎ 阶 结 构 关 系 中 的 系 数 矩 阵；ζ 为
ｍ×１ 阶η 和ξ 之 间 ＳＥＭ 的 误 差 构 成 的 向 量；Ｂ
为ｍ×ｍ 阶结构关系中η 的系数矩阵 。
为更 好 地 理 解 模 型 结 构，ＳＥＭ 可 用 矩 阵 表
· ３８ ·
水 电 能 源 科 学 ２０１２ 年
２．１ 研 究 区 概 况 和 数 据 来 源
巢湖为我国五 大 淡 水 湖 之 一，近 年 来 巢 湖 水
质 处 于 富 营 养 化 状 态 ，多 次 发 生 大 规 模 水 华 ，制 约