A GIS-based environmental
database of Taiwan and Penghu islands
我依據ASTER GDEM數值地形模型、臺灣氣候變遷推估與資訊平台氣候資料、國土利用調查成果及臺灣現生天然植群圖土地利用分類、交通路網數值圖河流與道路圖層、以及最小統計區人口數，建置臺灣與澎湖群島之環境因子GIS資料庫，共99項環境因子。資料庫以ESRI shapefile格式、正方形網狀系統建置，網格大小分為0.5, 1, 2, 4 km見方4種。採用TWD97坐標系統；以TM2投影，中央子午線東經121度。本資料庫可供探討生物分布與環境之間關係、建構物種分布模型、分析生物多樣性空間分布等大尺度生態學研究之用，亦可應用於保護區規劃、保育策略擬定、環境衝擊評估等應用生態學領域。
關鍵詞：環境資料庫、地理資訊系統、澎湖、臺灣
環境資料庫是支援大尺度生態學研究的重要工具。例如野生動物與環境之間關係(黃美秀等2009; 周大慶2011; Paudel et al. 2015)、物種分布模型(吳采諭2012; Corsi et al. 2000)、群聚介量的空間分布(葛兆年2006; Ding 2001)等等研究，都需要大尺度環境資料。在自然保育方面，野生動物播遷路徑分析(Avgar et al. 2013)、保護區劃設(巫桂菁2003; Phua and Minowa 2005)、或環境影響評估(Gontier et al. 2010)等應用生態學領域，也極度依賴高品質之環境背景資料。
過去已有學者建立臺灣地區之環境因子GIS資料庫(李培芬等1997)，但距今已近20年。這期間隨著遙測技術進步、政府在資訊整合及數化的投入、以及開放資料政策，已有許多高品質及更新的資料可供使用，也使得建置更精細網格解析度的資料庫成為可能。因應大尺度生態學研究所需，我建立了臺灣、澎湖及附屬島嶼的環境因子GIS資料庫，以供生態學與保育生物學研究與應用所需。
環境因子GIS資料庫涵蓋區域包括臺灣本島、基隆嶼、龜山島、綠島、蘭嶼、小琉球、以及澎湖群島。資料庫採0.5, 1, 2, 4 km見方4種解析度之方形網格系統；格式為ESRI shapefile。屬性資料內容包括地形、氣候、土地利用、及其它因子4類，共99項環境變數(詳見附錄1)。資料庫坐標系統採用1997臺灣大地基準(TWD97)。投影方式為橫麥卡托投影經差二度分帶(TM2)，中央子午線東經121度。依內政部訂定之國家坐標系統，澎湖地區應以東經119度為中央子午線，但為便於將臺灣與澎湖群島置於同一資料庫，澎湖群島之中央子午線亦定為東經121度。
地形相關環境變數以30 m解析度之數值高程模型(Digital Elevation Model, DEM)計算而得。DEM資料來源為2011年釋出之ASTER Global Digital Elevation Model version 2 (https://asterweb.jpl.nasa.gov/gdem.asp)。
氣候資料取自臺灣氣候變遷推估與資訊平台(TCCIP; http://tccip.ncdr.nat.gov.tw/)提供之每月降雨、均溫、最高溫、最低溫資訊。其中，降雨及均溫取用2000-2012年平均值，1 × 1 km解析度；最高溫及最低溫取用2000-2009年平均值，5 × 5 km解析度。並依據前述資料，參考WorldClim (the Global Climate Data; http://www.worldclim.org)之定義，計算19項生物氣候因子(環境變數代碼BIO1-19，詳見附錄1)。惟TCCIP僅提供臺灣本島之氣候推估資訊，因此本資料庫臺灣離島與澎湖群島網格無氣候資料。
土地利用資料取自「國土利用調查成果」(http://lui.nlsc.gov.tw/LUWeb/)及「臺灣現生天然植群圖」(http://data.gov.tw/node/9930)。「國土利用調查成果」係內政部依據2004年之後的遙測影像，於2006-2008年建置完成。「臺灣現生天然植群圖」則是依據2004-2009年「國家植群多樣性調查及製圖計畫」的現生天然植群分布調查成果繪製而得。本資料庫之土地利用類型，兩圖層重疊區域，依「臺灣現生天然植群圖」之分類，惟排除其中群系代碼XX94之土地利用型。XX94為公園及墓地，兩者環境類型不同，但無法進一步區分，故由「國土利用調查成果」之土地利用分類代之。土地利用原始圖層先轉成5 m解析度之柵格式(raster)資料，再計算每一網格各類型土地利用百分比。
另有其它因子4項，包括網格與鄰近河流之最短距離、人口密度、道路長度、以及道路面積。河流圖層取自交通路網數值圖(https://gist-map.motc.gov.tw/) 2006年版。人口密度資料取自內政部統計處2015/3/21公布之最小統計區人口數(https://gist.motc.gov.tw/MapDataService/Retrieval)；每一統計區人口數先換算成人口密度(人數/平方公里)，再轉換成10 m解析度之柵格式資料，據以計算每一網格平均人口密度。道路圖層取自交通部交通路網數值圖2015年版；此圖層含括國道、省道、縣道、鄉道、6米以上都市道路、產業道路及無路名道路。
除氣候因子之外，每一網格之環境變數統計值均係排除海域面積之後計算而得。另外，離島及4 km網格系統環境資料庫不含網格與鄰近河流之最短距離(環境變數代碼DTR)。
本資料庫免費提供各界基於教學與學術研究目的使用。另外，地形、土地利用、以及其它因子3類環境變數，亦可提供局部區域更精細解析度之GIS資料庫客製化服務。
謝誌
本資料庫之建置，承行政院農業委員會林務局103林管-01.1-保-26、行政院農業委員會動植物防疫檢疫局MOST104-3114-Y-518-002、以及科技部MOST104-2311-B006-006-MY3經費補助。
引用文獻
吳采諭。2012。臺灣繁殖鳥類之空間分布、保護區涵蓋及熱點分析。國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所博士論文。
巫桂菁。2003。台灣本島以生物多樣性熱點為基礎之自然保護區規劃。國立臺北大學資源管理研究所碩士論文。
李培芬、廖倩瑜、李玉琪、潘彥宏、傅維馨、陳宣汶。1997。台灣地區生態與環境因子地理資訊資料庫。行政院農業委員會。
周大慶。2011。大冠鷲(Spilornis cheela hoya)活動範圍與棲地選擇。國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所博士論文。
黃美秀、吳尹仁、姚中翎、李培芬、王穎、吳海音。2009。台灣黑熊棲息地利用及分布預測模式。特有生物研究11(2): 1-20。
葛兆年。2006。台灣北部繁殖鳥類種豐富度與群聚組成之空間型式。國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所博士論文。
Avgar, T., A. Mosser, G. S. Brown, and J. M. Fryxell. 2013. Environmental and individual drivers of animal movement patterns across a wide geographical gradient. The Journal of Animal Ecology 82: 96-106.
Corsi, F., J. De Leeuw, and A. Skidmore. 2000. Modeling species distribution with GIS. pp. 389-434. In: L. Boitani, and T. K. Fuller (eds.). Research Techniques in Animal Ecology. Columbia University Press, New York.
Ding, T. S. 2001. Species diversity at different spatial scales: birds in Yushan, Taiwan, and East Asia. Ph.D. dissertation, University of California, Davis.
Gontier, M., U. Mörtberg, B. Balfors. 2010. Comparing GIS-based habitat models for applications in EIA and SEA. Environmental Impact Assessment Review 30: 8-18.
Paudel, P. K., M. Hais, and P. Kindlmann. 2015. Habitat suitability models of mountain ungulates: identifying potential areas for conservation. Zoological Studies 54: 37.
Phua, M. H., and M. Minowa. 2005. A GIS-based multi-criteria decision making approach to forest conservation planning at a landscape scale: a case study in the Kinabalu Area, Sabah, Malaysia. Landscape and Urban Planning 71: 207-222.
附錄1 環境變數及代碼
環境變數
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代碼
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備註
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地形
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平均海拔
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ELE
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最高海拔
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ELEMAX
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最低海拔
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ELEMIN
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海拔跨幅
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ELERA
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地形變化
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ELESD
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30 m解析度DEM在網格中之標準差
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氣候
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年均溫
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BIO1
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平均日溫差
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BIO2
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溫度恆定性
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BIO3
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Isothermality; BIO2/ BIO7
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溫度季節性
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BIO4
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12個月月均溫之標準差
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最暖月份的最高溫
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BIO5
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月均溫最高月份之平均最高溫
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最冷月份的最低溫
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BIO6
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月均溫最低月份之平均最低溫
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年溫差
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BIO7
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BIO5-BIO6
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最潮濕季節之平均溫度
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BIO8
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連續三個月雨量累加值最多月份之均溫
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最乾燥季節之平均溫度
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BIO9
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連續三個月雨量累加值最少月份之均溫
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最溫暖季節之平均溫度
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BIO10
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連續三個月均溫最高月份之均溫
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最寒冷季節之平均溫度
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BIO11
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連續三個月均溫最低月份之均溫
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年降水量
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BIO12
|
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最潮濕月份之降水量
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BIO13
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雨量最高月份之雨量
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最乾燥月份之降水量
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BIO14
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雨量最低月份之雨量
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降水之季節性
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BIO15
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12個月降水量之變異係數
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最潮濕季節之降水量
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BIO16
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連續三個月雨量累加值最多月份之雨量
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最乾燥季節之降水量
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BIO17
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連續三個月雨量累加值最少月份之雨量
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最溫暖季節之降水量
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BIO18
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連續三個月均溫最高月份之雨量
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最寒冷季節之降水量
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BIO19
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連續三個月均溫最低月份之雨量
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12個月之每月月均溫
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T1-T12
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1-12月每月平均最高溫
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TMAX1-TMAX12
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1-12月每月平均最低溫
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TMIN1-TMIN12
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1-12月每月平均日溫差
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TRA1-TRA12
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1-12月每月平均日雨量
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P1-P12
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土地利用
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森林
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FO
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FO: forest
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灌叢
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BU
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BU: bush
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草生地
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MD
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MD: meadow
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果園
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OC
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OC: orchard
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農耕地
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FF
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FF: farm field
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公園綠地
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GS
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GS: greenspace
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建物與人工鋪面
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BD
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BD: building
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裸露地
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BL
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BL: bare land
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濕地
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WL
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WL: wetland
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水體
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WB
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WB: waterbody
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軍事用地
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ML
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ML: military land
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其他
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最短河流距離
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DTR
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DTR: distance to river；網格邊緣與最近河流之距離
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人口密度
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POP
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POP: population density
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道路長度
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LROAD
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LROAD: the length of roads
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道路面積
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AROAD
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AROAD: the surface area of roads
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建議引用方式
許皓捷. 2016. 臺灣及澎湖群島環境因子GIS資料庫. http://mountain-ecology.blogspot.tw/2016/06/gis.html.
Shiu, Hau-Jie. 2016. A GIS-based environmental database of Taiwan and Penghu islands. available at: http://mountain-ecology.blogspot.tw/2016/06/gis.html.
後記
我曾將本文投稿「台灣生物多樣性研究」期刊，希望藉由公開發表，將資料庫開放供自由取用(無須來信索取)。無奈投稿過程遭受不公平對待；2016/6/13投稿之後即無下文。2016/11/7去信詢問，2016/11/8編輯回信表示未收到稿件，同日我重寄一次；11/11審查完畢。也就是說，只用了4天不到的時間就審完；這樣的審查品質如何呢？審查意見如下：
1.誠如前開所述，本文所蒐集之圖資乃源自各政府機構，申請各項圖資均須經過審核程序，並且須遵循相關使用規定，而本文直接存放於Google 雲端硬碟供自由下載，恐有違反著作權法之疑慮。
答：本資料庫之著作權為本人所有，屬於編輯著作，對原著作之著作權不生影響 (請見著作權法第七條)。本資料庫已將原始圖資轉成網格系統，並以敘述統計參數(平均值、標準差、變異係數等等)呈現。如果這樣也算違反著作權，那麼由這些圖資計算全台森林覆蓋百分比，並公開之，不也違反著作權？又例如以氣象局資料計算臺灣過去十年平均溫度，也算侵犯氣象局的著作權嗎？
2. 另期刊有出刊日期無法如資料庫可以變動若同意內容修改可能要將該版的所有資料放成該篇的附件資料且均要有授權許可。
答：審查意見沒有標點符號，很難懂這句話真實意義。所有來源資料庫都有連結，但如果要將所有來源資料當成附件資料，就相當於鏡像資料庫，說實在，很沒必要；要拿到所有版本的書面授權文件，也非常勞師動眾。
3. 其他建議：摘要提及本資料庫共有 99 項環境因子，惟附錄1 中僅有44 項；依據臺灣氣候變遷推估與資訊平台所提供的氣候資料，應僅有5×5km 解析度，文中line77 所提及之1×1 km 解析度為何？
答：所以審查者有認真審查嗎？1-12月每月平均最高溫，是1項環境因子，還是12項環境因子呢？另外，TCCIP 的確有1 x 1 km解析度資料；1 x 1 km解析度氣候資料已公開許久，也有許多研究生使用這些資料，並將論文公開於國家圖書館。TCCIP 網頁上沒列出，不代表它不存在。
4. 建議本文可應用該資料庫設計一 Case study，研究成果再根據學術論文結構重新撰寫、投稿，方能符合本期刊之精神，亦可彰顯本資料庫之價值。
最後結果就是，文章沒有發表，資料庫沒有正式公開，而只能放在網誌另類發表。
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這種待遇真遺憾!!
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