twinspan

Numerische Klassifikation
TWINSPAN
Dr. Heike Culmsee
Vegetationsanalyse & Phytodiversität
Multivariate Methoden in der Vegetationsökologie
Methodengruppe: Clusteranalyse
Ziel: numerische Klassifikation
Definition: Cluster (Gruppen, Haufen) von Objekten (z.B.
pflanzensoziologische Aufnahmen) oder Variablen (z.B. Arten,
Umwelteigenschaften), deren Mitglieder einander ähnlich sind, während
sich die Gruppen voneinander stärker unterscheiden
Darstellungsweise: Dendrogramm
Clusteranalysen – methodische Schritte

Erstellung einer Rohdaten-Matrix

Errechnung einer (Un-)Ähnlichkeits-Matrix

Anwendung einer Klassifikationsmethode  Dendrogramm

Interpretation
Klassifikation: Methodenübersicht
Classification
methods
non-hierarchical
(e.g. vegetation
groups in map)
hierarchical
agglomerative
divisive
(classical cluster
analysis)
monothetic
polythetic
(TWINSPAN)
Clusteranalysen – Dendrogramm
TWINSPAN
Two-Way Indicator Species Analysis
¨
divisiv
polythetisch
Hill, M. O. 1979, TWINSPAN - a FORTRAN program for arranging
multivariate data in an ordered two-way table by classification of the
individuals and attributes. Ecology & Systematics, Cornell University,
Ithaca, New York.
TWINSPAN
-
Schritt für Schritt
1. Ordination des Datensatzes (Korrespondenzanalyse, CA)
2. Ermittlung der Werte der CA-Achse 1 für alle Bestände
(Aufnahmen)
3. Ermittlung des Mittelwertes der CA-Achse-1-Werte
 2 Gruppen von Aufnahmen
TWINSPAN
-
Schritt für Schritt
4. Wie ist die Verteilung der Arten in den beiden Gruppen?
 Ermittlung von „Indikatorarten“ (Arten mit Schwerpunkt am
positiven oder negativen Achsenende)
5. Ermittlung der Rangfolge der Indikatorarten
Ia
na+
na
=   
n+
n
n+
Gesamtzahl der Aufnahmen auf der positiven Seite der
Ordinationsachse 1
n
Gesamtzahl der Aufnahmen auf der negativen Seite der
Ordinationsachse 1
na+
Zahl der Aufnahmen auf der positiven Seite, mit Art a
na
Zahl der Aufnahmen auf der negativen Seite, mit Art a
TWINSPAN
-
Schritt für Schritt
6. Bestimmte Zahl von Indikatorarten mit höchsten
Werten für |I| wird festgelegt (positive und negative).
 Indikatorwert der Arten ist abhängig von der Frequenz
der Arten und von ihrer Verteilung
Beispiel:
2/5  0/5 = 0,4
3/5  1/5 = 0,4
7. Berechnung eines Indikatorwertes für jede
Aufnahme
 Addition von positiven und negativen Werten der
in einer Aufnahme vorkommenden Indikatorarten
TWINSPAN
-
Schritt für Schritt
8. Dichotomisierung des Datensatzes auf Grundlage des
Indikatorwertes der Aufnahmen
 Grenzwertermittlung
 Anwendung eines Algorithmus zur Bewertung solcher
Aufnahmen, bei denen die Zuordnung nach ihrem Indikatorwert
und nach ihrer Stellung auf der Ordinationsachse zu
widersprüchlichen Ergebnissen führt (Grenzfälle, Missweisungen)
Die bisherigen Schritte beschreiben nur einen
Dichotomisierungsschritt, daher...
9.ff. Für jeden weiteren Unterteilungsschritt in der Hierarchie
werden die Schritte wiederholt. Wie oft?
 Die Zahl der Gruppen wird subjektiv vorgegeben
 Die kleinstmögliche Zahl an Aufnahmen je Gruppe wird
ebenfalls vorgegeben
Wie verhält sich TWINSPAN gegenüber seltenen Arten?
Wegen hoher Empfindlichkeit von CA gegenüber
Ausreißern (outlier) nimmt TWINSPAN ein
Downweighting seltener Arten vor.
Wie bezieht TWINSPAN Abundanzen in die Klassifikation ein?
Berücksichtigung über CA-Ordination allein bleibt
unbefriedigend; daher...
Einführung eines Konzeptes mit „Pseudospecies“
TWINSPAN – was sind Pseudospecies?
Pseudospecies repräsentieren die Abundanz einer Art durch
zusätzliche „Arten“ gleichen Namens;
die Zahl der Pseudospecies einer Art ist proportional zur
Abundanz der Art.
Vorteil: Abundanzen können
„Indikatorarten“ sein
(Indikatorwert ab bestimmter
Deckung)
Nachteil: z. B. sind P. major 3, 4
und 5 redundant, daher: bei
Indikatorarten wird eine reale Art
durch nur eine Pseudospecies
repräsentiert, und zwar durch die
mit dem höchsten Indikatorwert.
Pseudospecies Abundanz
Plantago major 1
-2%
Plantago major 2
3 - 10 %
Plantago major 3 10 - 20 %
Plantago major 4 20 - 50 %
Plantago major 5 50 - 100 %
In der Tabelle repräsentierte Vegetationseinheiten (Benennung und Zuordnung der
Aufnahmen nach A. Eichholz 1997, Dipl.-arb., Wiesen und Magerrasen am Südhang des
Hohen Hagen):
1-2
Gentiano-Koelerietum pyramidatae (Enzian-Schillergras-Rasen)
1 Gentiano-Koelerietum typicum; 2 Gentiano-Koelerietum trisetetosum
3-5
Arrhenatheretum elatioris (Glatthafer-Wiese)
1 Arrhenatheretum elatioris ranunculetosum bulbosi, Pimpinella-Variante; 2
Arrhenatheretum elatioris ranunculetosum bulbosi, typ. Var.;
3 Arrhenatheretum elatioris typicum