河流连通性指标的尺度关系
物理与社会
2025-03-24 v2 统计力学
种群与进化
摘要
河流表现出与尺度相关几何特性的分形性质, 这些特性通过几何与规模之间的关系得以关联. 最优通道网络(OCN)模型作为河网的可数学化表征, 常被用于理论研究, 其基于河流的分形特性从而再现几何尺度关系.然而, 纯粹的几何关系可能不完全捕捉河网结构与物种移动策略之间的相互作用,而后者对于许多大尺度生态过程最为关键.相反, 连通性这一概念将栖息地几何与个体移动结合起来,已在理论和实证研究中显示影响广泛生态系统中相关的大尺度生态结果.本文分析了来自全球超过 1000 条主要河流(包括亚马逊、密西西比和尼罗河)的网络数据, 探讨河网连通性指标如何随系统规模而变化.具体而言, 我们发现谐中心性和介数中心性两种连通性指标均呈现明确的幂律尺度关系.为评估 OCN 模型是否能捕捉这些实证连通性模式, 我们为每个实际河网拟合 OCN 模型生成合成河网.我们发现实证与 OCN 基于尺度关系之间存在良好一致性, 支持 OCN 在网络化模型与分析中准确代表河网的观念.最后, 我们检验了连通性尺度关系对物种移动策略的鲁棒性,其范围从理想的最短路径导航到次优的随机路径导航.令人惊讶的是, 随机导航会破坏谐中心性的幂律尺度关系, 但不影响介数中心性.
引用
@article{arxiv.2501.17033,
title = {Scaling of connectivity metrics in river networks},
author = {E. H. Colombo and A. B. García-Andrade and Ismail and J. M. Calabrese},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.17033},
year = {2025}
}