R中5x5网格单元与土壤样本物种分布相似性可视化异常排查

你的垂直条纹问题核心出在直接在WGS84地理坐标系（经纬度，球面）下创建“等距离”网格——WGS84的度数单位不是实际距离，相同经度差对应的地面距离会随纬度变化（纬度越高，经度方向的1度实际距离越短）。你用1/22.2作为网格间隔（对应约0.045度），在瑞士的纬度（45-48°N），经度方向的0.045度实际距离只有~3.4km，远小于你想要的5km，这种网格形状的扭曲会导致部分经度带的网格单元物种组成异常（比如单元面积过小，物种数不足），最终呈现低相似性的垂直条纹。

正确的做法是先将数据转换为瑞士本地的平面投影坐标系（EPSG:2056，LV95），该坐标系以米为单位，能准确创建5x5km的等距网格，再转回地理坐标系用于绘图。

修改后的完整代码 #

1. 重构网格创建逻辑 #

library(dplyr)
library(sf)
library(rnaturalearth)
library(ggplot2)

# 1. 将ref_df转换为sf对象，初始CRS设为WGS84（EPSG:4326）
ref_sf <- st_as_sf(ref_df, coords = c("lon", "lat"), crs = 4326)

# 2. 转换为瑞士LV95投影坐标系（单位：米）
ref_lv95 <- st_transform(ref_sf, crs = 2056)

# 3. 在平面坐标系下创建5x5km网格
grid_size_m <- 5000  # 5000米=5km
ref_lv95 <- ref_lv95 %>%
  mutate(
    # 提取投影坐标系下的x、y坐标
    x = st_coordinates(.)[,1],
    y = st_coordinates(.)[,2],
    # 计算网格中心坐标
    x_grid = floor(x / grid_size_m) * grid_size_m + grid_size_m/2,
    y_grid = floor(y / grid_size_m) * grid_size_m + grid_size_m/2
  )

# 4. 聚合得到每个网格的物种存在/缺失矩阵
grid_species <- ref_lv95 %>%
  group_by(x_grid, y_grid) %>%
  summarise(
    # 对每个物种标记是否存在（1=存在，0=不存在）
    across(where(is.numeric) & !c(x, y), ~as.integer(any(. == 1)))
  ) %>%
  ungroup()

# 5. 将网格中心转回WGS84地理坐标系，用于后续相似性计算和绘图
grid_species_sf <- st_as_sf(grid_species, coords = c("x_grid", "y_grid"), crs = 2056) %>%
  st_transform(crs = 4326) %>%
  mutate(
    lon = st_coordinates(.)[,1],
    lat = st_coordinates(.)[,2]
  ) %>%
  st_drop_geometry()  # 转回普通数据框用于相似性计算

2. 相似性计算与绘图（调整后） #

# 假设已完成Dice-Sorensen系数计算，得到sorensen_mean数据框
grid_cells_sf <- st_as_sf(sorensen_mean, coords = c("lon", "lat"), crs = 4326)

# 获取瑞士边界并绘图
ch_map <- ne_countries(scale = "medium", country = "Switzerland", returnclass = "sf")
grid_ch <- st_intersection(grid_cells_sf, ch_map)

ggplot() +
  geom_sf(data = grid_ch, aes(color = sorensen_sim), shape = 15, size = 2) +
  scale_color_viridis_c(option = "viridis") +
  theme_minimal() +
  theme(legend.position = "bottom", axis.title = element_blank()) +
  labs(color = "Similarity", x = "Longitude", y = "Latitude")

为什么大网格能避免条纹？ #

当你用更大的网格（如8x8km）时，网格单元的面积足够大，能抵消球面坐标系下度数间隔带来的形状扭曲，不同经度带的网格单元物种组成差异被平均，因此垂直条纹消失。但这种方案只是掩盖了问题，只有用平面投影坐标系创建等距网格，才能得到准确的结果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Elie Tièche