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研究生:韓若平
研究生(外文):Ruo-Ping Han
論文名稱:Beta生物多樣性的統計估計
論文名稱(外文):Statistical Estimation of Beta Diversity
指導教授:趙蓮菊趙蓮菊引用關係
指導教授(外文):Anne Chao
學位類別:博士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:統計學研究所
學門:數學及統計學門
學類:統計學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:127
中文關鍵詞:生物多樣性多群落
外文關鍵詞:betaalphagamma
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論文摘要

生態學田野調查中的樣本往往無法包含全部的物種,因此在估計生物多樣性的過程中,「樣本涵蓋率」(sample coverage) 的概念扮演重要的腳色。正確的估計樣本涵蓋率有助於建構更精確的生物多樣性估計量。目前有關於樣本涵蓋率估計量的文獻都只限於單一群落產生的樣本,因此只能處理 alpha 多樣性的估計問題,對於用樣本涵蓋率處理多群落的 gamma多樣性的估計問題的文獻則十分缺乏。本論文將單一群落的樣本涵蓋率估計量推廣到多群落,因此對於估計 Shannon 指標的問題,在群落權數和樣本數成比例的條件下,得以將具有 Horvitz-Thompson 估計型式的 Chao & Shen (2003) 的 alpha 多樣性估計量推廣到 gamma 多樣性估計量。同時因為在 Shannon 指標之下,beta 多樣性即為 gamma 多樣性的自然指數除以 alpha 多樣性的自然指數,因此亦得到 beta 多樣性的估計量。不僅對於 Shannon 指標,對於具統合性的 Hill 指標,也得以藉著多群落的樣本涵蓋率估計量得到 gamma多樣性的適當估計。

本篇論文提出的 beta 多樣性估計量需要假設群落的真權數和樣本數成比例,才會具有小偏誤 (bias)。 本文並證明在此假設下,提出的 beta 估計量具有一致性 (consistency)。至於 beta 多樣性估計量標準差的估計,則是利用拔靴法 (bootstrapping) 求得。由模擬比較顯示,在小樣本時,本文提出的 beta 多樣性估計量比摺刀法 (Jackknife) 具有更小的偏誤;在大樣本時,則反過來,摺刀法的偏誤較小。

在實例分析方面,分別分析來自中美洲的 6 座森林演替資料、6 大洲原生纖毛類資料和熱帶雨林樹冠層及樹底層蝴蝶群落資料。藉著估計兩兩群落或三群落的 Shannon 指標的beta 多樣性,分別了解雨林演替和樹種大小的關係、原生纖毛類多樣性差異和地緣的關係、及樹冠層和樹底層蝴蝶群落的差異性,以驗證本文提出的 beta多樣性估計量的實際應用效果。
目錄

論文摘要 i
致謝辭 iii
第一章 緒論 1
第二章 符號介紹及相關文獻回顧 4
§ 2.1 符號定義 4
§ 2.2 Hill 數值 5
§ 2.3 Whittaker 的 beta 多樣性指標 7
§ 2.4 ANOVA 加法分解 8
§ 2.5 關於估計 Shannon 指標 10
第三章 Hill 數值的估計及模擬研究 17
§ 3.1 Hill 數值的估計 17
§ 3.2 估計量模擬比較 29
第四章 估計 Shannon 指標 34
§ 4.1 估計 alpha 多樣性 34
§ 4.2 估計 gamma 多樣性 40
§ 4.2.1 混合樣本出現一次的物種數 40
§ 4.2.2 定義混合樣本的樣本涵蓋率及其導證 41
§ 4.2.3 Hill 數值的估計及其模擬研究 46
§ 4.2.4 Horvitz-Thompson 型式的估計 58
§ 4.3 估計 beta 多樣性 67
§ 4.3.1 估計 beta 多樣性 68
§ 4.3.2 提出的 beta 多樣性估計量具一致性 82
§ 4.3.3 用 Hill 數值極限估計 Shannon 指標 88
§ 4.3.4 beta 多樣性指標和 Sorensen 及 Jaccard 指標的關係 97
第五章 實例分析 100
§ 5.1 熱帶雨林資料 100
§ 5.2 原生纖毛類資料 107
§ 5.3 蝴蝶資料 113
第六章 結論和後續研究 119
附錄 三群落的樣本涵率估計量導證 121
參考文獻 125
參考文獻
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