ArcGIS支持下的样本稀疏山区空间插值模拟探讨

样本稀疏地区空间插值法对区域化变量的精准管理具有重要意义。基于ArcGIS 90，在分析土壤属性空间分布特征的基础上，提出并构建了基于不同土壤类型的土壤特性空间预测模拟模型，对比了传统方法与改进方法空间插值精度，实现了数值插值在复杂地理环境区域的应用，得到以下结论：(1)基于经度、纬度、海拔高度及坡度等地理因子的土壤基础环境因子的空间预测模拟模型，突破以往只能描述土壤属性在水平方向变化的局限，较客观、合理地反映土壤属性随地理位置及海拔高度的立体变化特征；(2)基于不同土壤类型回归模型来增加样本点以推断评价指标在无取样地区的分布状况的处理方式具有一定的数学理论支撑，有效降低了插值误差，提高了评价精度，使评价结果更加接近现实。     

长江上游地区土壤可蚀性空间分异特征

研究土壤可蚀性K值有助于宏观判断和定量分析长江上游地区土壤侵蚀的空间分布特征。利用第二次土壤普查资料建立了长江上游土壤的理化性质数据库，通过三次样条插值对土壤质地进行转换，采用EPIC模型计算出各土种的可蚀性K值，采用面积加权的方法，求得各亚类的可蚀性K值，将其链接至长江上游土壤图的属性表，得到土壤可蚀性空间分布图，进而探讨土壤可蚀性的分布特征。结果表明：长江上游土壤可蚀性以较低可蚀性、中等可蚀性和较高可蚀性为主，横断山区、云贵高原和三峡库区区域土壤可蚀性明显高于四川盆地地区；高可蚀性土壤主要分布在嘉陵江上游和横断山区的低海拔谷地；平均K值为0239 0，最大值041，最小值007土壤可蚀性高低与土壤侵蚀强度、海拔高度和坡度在空间分布上具有一定的规律性     

融合时序特征的湖北省降水空间分布估算

以湖北省2006～2010年的降水量为基础数据源，通过对降水数据的分析，将省内75个站点的时间维降水序列变差函数值作为降水强度的影响因素，引入到降水量空间预测的多元地理统计中，使用时序协同克里格方法构建降水时序特征与降水量之间的数学关系模型，对湖北省月平均降水数据进行空间插值模拟。通过分析不同时间尺度下的交叉检验统计量，选择最优的时间维变差函数计算尺度。结果显示，融合时序特征的协同克里格法对降水量的空间插值较普通克里格法具有更好的插值效果，因而更适合历史资料丰富地区的降水空间分布估算     

三峡库区草堂河流域土壤pH空间分布预测制图

以三峡库区草堂河流域为研究区,利用网格布点,共采集102个土壤样点,分析测定土壤的pH值,结合成土母质和地形等10个环境因子,以样点总数的85%作为训练集进行预测模型构建,15%作为验证集检验模型精度,利用随机森林(Random Forest, RF)模型对研究区土壤pH进行空间分布预测并制图。结果表明:土壤pH与谷深、坡长呈显著正相关,与海拔、距河网垂直距离、坡高呈显著负相关。三叠系大冶组灰岩发育的土壤pH值高于三叠系须家河组石英砂岩发育的土壤pH值。基于环境因子的RF预测模型,平均绝对误差(MAE)为0.47、均方根误差(RMSE)为0.59、决定系数(R~2)为0.85,能解释研究区土壤pH值85%的空间变异。对土壤pH值产生主要影响的环境因子为成土母质和海拔。可见,基于环境因子的RF预测模型,预测精度高,可以作为土壤pH空间分布预测的有效方法,能为流域尺度下其他土壤属性的空间分布预测提供依据和借鉴。     

苏南山丘区小流域土壤养分特性空间分布

采用地统计学与GIS相结合的方法，以苏南山丘区邓下小流域为研究区，研究了表层土壤(0~20 cm)的pH值、全氮、全磷和速效钾等4种养分的空间变异特征。结果表明：(1)土壤养分的变异系数大小是全磷＞速效钾>全氮＞pH值，存在中等程度的空间变异性。土壤pH的半方差函数理论模型为线性模型，全氮、全磷和速效钾均为指数模型。土壤全氮、全磷和速效钾具有强烈的空间相关性，结构性因素是影响其空间变异的主要因素。土壤pH值存在中等的空间相关性，随机因子引起的空间变异性所占比重较大。(2)土壤pH值自北部向东南部总体趋势递减，中部波动较大。全氮条带状分布明显，自北部向东南部递减。全磷含量具有南北部低，中部较高的趋势，中部波动较大，高值中心出现在这一区域。速效钾在研究区波动较大，高值区域主要集中在中北部，低值区域主要分布在中南部。研究结果可为小流域综合治理中土壤养分管理与植被恢复提供理论依据.     

基于GIS的金沙江流域（云南段）生态潜力空间分布特征

生态潜力是衡量多种生态因子综合配合效果的指标。金沙江流域（云南段）从上游到下游地貌类型多样，地形、土壤物化特性差异明显，导致流域内各地貌单元的生态潜力值空间分布特征不一样。GIS的强大空间分析功能，为流域内复杂的生态潜力空间分布规律研究提供了快捷的分析工具。利用ArcGIS空间分析软件，在植被分类图的基础上，对金沙江流域（云南段）生态潜力进行三维透视、空间变异规律等研究。并在此基础上，选取土壤因子，分别对流域内不同地貌单元的生态潜力与土壤空间分布相关性进行了对比研究。结果表明，流域的生态潜力总体上往西北方向递增；变异函数分析得出流域内的生态潜力具有各向异性特点，且生态潜力沿流域走向具有很好的空间自相关性；土壤类型在生态潜力的空间分布特征上具有一定的控制作用。研究中所使用的GIS技术与方法，特别是三维透视与变异函数的应用，为其它地区的类似研究提供了参考；另外，计算得出的金沙江流域生态潜力的分布规律，为该区域的生态保护提供了一定的理论依据.     

上海城郊土壤重金属含量的空间变异与分布特征

为揭示城市化、工业化等人为活动对土壤环境质量的影响，选择上海城郊结合部为研究区域，采用地统计学方法对表层土壤样品Cu、Zn、Pb、Cr、Mn 5种重金属的空间变异结构和分布特征进行了分析。结果表明：土壤Cu、Cr、Mn、Pb、Zn均属中等变异，土壤Mn含量服从正态分布，土壤Cr、Cu、Pb、Zn含量服从对数正态分布；半方差函数模型拟合结果显示土壤Mn符合指数模型，土壤Cr、Cu、Pb、Zn符合线性模型、其中土壤Cu、Pb、Zn为纯块金效应模型，反映了城郊结合部土壤污染空间变异的复杂性。通过泛克里格插值可直观反应表层土壤重金属含量空间分布特征，发现土壤Cr、Mn呈岛状，土壤Cu、Pb、Zn呈多岛状分布的特点，工业和交通污染源是影响土壤重金属空间分布的重要因素     

化工搬迁场地地下水中氯苯三维空间分布特征

以浙江省绍兴市某化工搬迁场地为例,通过建设丛式井组(1～5、5～9和10～14 m)进行地下水中氯苯浓度的三维空间调查,在调查结果统计分析的基础上分别采用普通克里格、反距离权重、改进反距离权重和最邻近点插值法进行地下水中氯苯浓度的三维空间插值计算,对比了不同插值模型及参数的预测精度、不同计算方法获取的超标地下水方量和氯苯的浓度特征,并选择最优插值方法进行氯苯的三维空间分布研究。结果表明:地下水中氯苯浓度在不同深度空间分布差异较大,随着深度增加浓度逐渐降低,最大检出浓度为8 050μg/L,3个不同深度的平均浓度分别为484.45、230.43和23.08μg/L;地下水中氯苯浓度存在一定的正向全局空间自相关关系;改进反距离权重插值法预测精度高于其他方法,并在水平与垂直异性比系数为3和权函数为6时插值精度最高,该方法估算的污染地下水超标方量和氯苯的总体平均浓度适中,能够较好反映污染物的空间分布特征。     

城市规划中人口空间分布模拟方法研究

城市人口空间分布是影响社会经济活力、基础设施建设、公共服务配置以及城市交通、住宅、生态环境问题等方面的重要因素之一,是科学开展城市规划的基础与前提.传统的等值区域图法只能描述一个地区总体城市分布状况,难以准确反映城市内部人口的实际分布.本文通过综述国内外23篇研究成果,将城市人口分布空间模拟方法总结为城市人口密度模型、内插法空间分布模型、地理因子相关性模型(包括光谱估算法、土地利用密度法、居住单元估算法、夜间灯光强度估算法、硬化地表估算法)3大类7种,分析了它们各自的特点及改进措施.人口空间分布模拟在我国城市规划体系中有较大应用价值,重点讨论了在城镇体系规划、城市总体规划以及详细规划等不同规划层面人口空间分布适用模拟技术.最后指出为提高我国城市规划的科学性和预测精度,综合运用多种方法对城市人口空间分布进行估算模拟将成为该领域研究趋势,以期为城市规划管理提供技术参考.     

CLUE-S模型对村镇土地利用变化的模拟与精度评价

利用航片、IKONOS和Quickbird影像得到研究区3期（1991、2001和2009年）土地利用历史数据，运用CLUE S模型，基于1991、2001年的土地利用数据对2009年土地利用格局进行模拟预测，并将模拟结果与2009年真实土地利用数据进行比较。类型水平上，选择ROC曲线统计和偏离度指数分别对各地类的Logistic回归拟合精度和CLUE S模型模拟精度进行评价；景观水平上，采用景观指数和Kappa指数系列方法，从综合预测能力、景观格局、数量和空间位置等方面对CLUE S模型的模拟精度进行全面评估。结果表明:①CLUE S模型对各土地利用类型的模拟精度均较高，各地类的Logistic回归的拟合精度随着模拟分辨率的提高而逐渐增加；②随着模拟时间的缩短，CLUE S模型对整体景观格局的模拟精度提高；③该模型对土地利用数量的模拟精度明显优于其对空间位置的模拟精度。总体而言，CLUE S模型在村镇尺度的模拟效果良好，预测精度较高，但在空间位置和景观格局精度方面还有待提高     

基于DMSP/OLS数据的江苏省城镇人口空间分异研究

人口空间分异研究是区域协调发展的基础,便捷准确地获取城镇人口全局和局域的空间信息,对于合理制定区域人口、经济和社会发展政策具有重要意义。在DMSP/OLS(夜间灯光)数据和人口数据之间的定量关联基础上,模拟出格网尺度上江苏省2012年人口密度,采用人口集中指数、空间变差函数识别人口分布的空间格局并探讨区别于行政单元尺度的人口格局形成机理。区域层面,江苏省人口空间分异呈现苏北地区"低密度点状"分布,苏南、苏中为"高密度面状"分布并存格局。城镇层面,江苏省人口空间分布结构具有4种类型,H-H型地区人口各向差异性最强,网格单元内随机变异最小;H-L型人口各向差异性最小,网格单元内随机变异较大;L-L型人口轴向均质化特征明显,网格单元随机变异较小;L-H型空间各向差异性较小,网格单元的随机变异最大。结果表明,基于DMSP/OLS夜间灯光数据反演而得到的人口格网模型具有巨大潜力,结合变差函数进行拟合分析可定量地刻画城镇内部人口分布的空间异质性特征。     

长江流域土地利用结构及其空间自相关分析

按照中国科学院资源环境分类系统,将WESTDC_Land_Cover_Products2.0数据集重分类为耕地、林地、草地、水域、城乡建设用地和其它未利用土地等6类,借助GIS平台研究了长江流域土地利用数量结构特点及其空间自相关特征。结果表明,长江流域的主要土地利用类型为林地、耕地和草地,三者占流域总面积的90%以上,而水域、城乡建设用地和其它未利用土地所占比例较小。各省市之间土地利用结构差异较大,与一定的空间格局相联系,并形成了土地利用结构特征不同的4个大的区域。各土地利用类型比重属性值相似的省市在长江流域全局空间内聚集分布、空间邻接,呈极显著的全局空间正自相关。其中耕地、林地、草地、城乡建设用地和其它未利用土地分布特征的空间正自相关极显著,水域分布特征的空间正自相关显著,但各种土地利用类型空间分布的重心、格局、空间自相关构成及回归机制不同。各种土地利用类型空间分布的局部空间自相关为高高(H-H)聚集或低低(L-L)聚集,高值为低值所包围或低值为高值所包围的空间孤立点(Spatial Outlier)不显著。研究表明各种土地利用类型在长江流域的空间分布具有明显的聚集性和区域特征。     

三峡库区降水量的空间插值方法及时空分布

三峡库区是一个特殊的地理单元，分析库区降水的时空特征具有重要意义。利用三峡库区及周边46个气象站点资料，分别采用反距离加权法、样条函数法、普通克里金法、协同克里金法等4种空间插值方法，对三峡库区1961~2005年45年间的年平均降水量、月平均降水量进行了空间插值模拟与交叉检验，并对三峡库区降水量的时空分布特征进行了分析。检验结果表明，考虑高程的协同克里金法整体插值效果要优于其他3种插值法。但通过站点误差分析，协同克里金法并非对每一个站点的插值精度都高。研究发现，在剔除其中2个高海拔站点的情况下，可以显著提高协同克里金的空间插值效果。由插值得到的三峡库区降水分布图可知，大部分区域的年平均降水量处于 1000~1200 mm ，而年内降水分配不均匀，夏季降水约占年降水量的45%。     

三峡库区（重庆段）石漠化敏感性评价及空间分异特征

以石漠化敏感性机理为基础，运用GIS与RS技术分别分析了喀斯特岩性因子、地形因子、植被覆盖因子、土壤类型因子的空间格局特征及其对研究区石漠化敏感性的影响程度。在此基础上，基于ArcGIS的空间叠加分析，完成单要素的叠加运算，实现研究区石漠化敏感性的综合评价。探讨了三峡库区（重庆段）这一特殊生态地理区域石漠化敏感性的高低分布规律及其在不同主导因子作用下的石漠化的空间分异特征。结果表明：（1）研究区石漠化敏感区面积为17 376.5 km2（3765%），以高度和极敏感类型为主。（2）空间分布具有明显水平地域差异特征，整体上呈现弧状 条带性分布。东北部和南部最为敏感，中西部基本为不敏感地区。（3）研究区石漠化现状与石漠化敏感性之间有着很好的对应关系，局部地区受人类不合理的干扰活动影响，石漠化现状与石漠化敏感性存在一定的差异     

基于DEM的分布式水文模型在清江流域的应用

基于清江上游水布垭区域的数字高程模型(DEM)数据，提取出了研究区域水系、勾画了研究区域边界，并计算了研究区域地形指数分布。采用基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)来进行降雨 径流模拟。在Nash Sutcliffe效率系数、洪峰相对误差、径流深相对误差等方面对基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型进行了比较分析。结果表明：在径流深模拟方面新安江模型略好于DDRM，在洪峰流量及峰现时间方面DDRM略好于新安江模型，模拟的Nash Sutcliffe效率系数两者相当，总体上基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型模拟效果相当。基于DEM的分布式水文模型与三水源新安江模型相比，其优点是模型结构简单、参数较少、物理过程明确，而且能够模拟流域土壤含水量和径流量的空间分布。     

基于CLUE-S模型的重庆市主城区土地利用情景模拟

以重庆市主城区为研究区,采用120m×120m栅格大小的数据为模拟基准,借助CLUE-S模型、情景分析法、SPSS软件及ArcGIS10.1软件建立了数量变化和空间分布变化相结合的不同情景下土地利用/覆盖变化的动态模拟模型,并对研究区不同情景下的土地利用/覆盖动态变化进行了模拟,模型综合考虑各种宏观驱动因子与土地利用变化之间的关系,较全面地考虑了多种土地利用/覆盖变化驱动因子,并利用SPSS软件进行相关性分析,确定了各因子的回归模型,提高了模拟结果的精度,通过对已有数据的模拟及精度分析,整体模拟精度达86%以上,在一定程度上反映了该模型在研究高分辨率土地利用/覆盖变化方面有很好的适应性,对土地利用/覆盖变化的复杂性研究和相关部门对土地布局、规划方面具有一定的参考价值。模拟结果表明:到2030年湿地、人工用地、林地将增加,耕地和其它用地减少,草地在不同的情景下均有稍微的增加,耕地和人工用地是变化最大的两种类型,随着时间的推移耕地和林地面积不断接近甚至持平,研究区西部及西南部变化比较明显。     

桂西北喀斯特地区水土流失敏感性评价

由于碳酸盐岩的可溶蚀性、所形成土壤的不稳定性及碳酸盐岩植被的脆弱性等特征，在碳酸盐岩区水土流失的风险较非碳酸盐岩区更大，水土流失敏感性受岩性的影响比非碳酸盐岩地区更明显。作为生态功能区划的基础性工作，针对桂西北喀斯特地区生态环境特征，以河池市为例，分别建立了碳酸盐岩区域和非碳酸盐岩区域水土流失敏感性评价指标体系。以碳酸盐岩区岩性的差异为主导指标，在GIS技术支持下，对研究区水土流失敏感性进行评价，并分析其空间分布格局。结果显示：桂西北河池市水土流失敏感区面积比例在99%以上，其中碳酸盐岩区域水土流失敏感性明显高于非碳酸盐岩区域；从全市来看，水土流失敏感程度较高，其中高度敏感和极度敏感面积比例分别达到了31%和237%；水土流失重要敏感区主要分布于河池市南部的都安大化和中北部岩溶山原区，这些地区应加强生态环境防护措施。     

江西省不同地貌单元耕地土壤有机碳空间变异的尺度效应

运用地统计学、地理信息系统、方差分析和回归分析相结合的方法，研究江西省不同地貌单元耕地土壤有机碳空间变异的尺度效应，尺度分为省域尺度、完整地貌单元尺度和完整地貌单元相对应的县域尺度。结果表明：(1)不同尺度下耕地土壤有机碳均值差异显著，变异系数基本不变；(2)从县域尺度到地貌单元尺度再到省域尺度，块金效应值和空间自相关距离呈增大趋势；(3)不同尺度土壤有机碳空间分布级别和面积比例差异明显，小尺度插值图信息更丰富；(4)方差分析和回归分析结果表明秸秆还田、成土母质、土壤类型、高程和土壤侵蚀对土壤有机碳空间变异存在显著影响，但不同尺度下影响程度有所差异。秸秆还田和土壤类型对土壤有机碳空间变异的影响不存在尺度效应，成土母质、高程和土壤侵蚀对其影响存在尺度效应。结果可为详细地理解不同尺度下土壤有机碳空间变异及估测土壤有机碳密度提供一定的参考依据。     

基于辅助变量和神经网络模型的土壤有机质空间分布模拟

为快速准确获取省域尺度下土壤有机质的空间分布状况。以江西省2012年测土配方施肥项目采集的16 582个耕地表层(0~20 cm)土壤样点数据,借助四方位搜索法、地统计学和遥感影像分析技术提取环境因子和邻近信息作为辅助变量,构建基于地理坐标与辅助变量的BP神经网络模型和普通克里金法结合的方法(BPNN_OK)、基于地理坐标与辅助变量的RBF神经网络模型和普通克里金法结合的方法(RBFNN_OK)和普通克里金法(OK法)3种方法,模拟省域尺度下耕地表层(0~20 cm)土壤有机质的空间分布。对2 416个验证样点进行独立验证的研究结果显示:基于辅助变量的神经网络模型较普通克里金法有较大提升。BPNN_OK法对土壤有机质预测结果的均方根误差、平均绝对误差、平均相对误差较OK法分别降低了2.76 g/kg、2.34 g/kg、9.83%,RBFNN_OK法较OK法分别降低了2.70 g/kg、2.29 g/kg、9.61%。研究显示,基于辅助变量的神经网络模型与OK法结合的方法明显地提高了土壤有机质空间分布模拟精度,并且存在改进和提高的空间。     

南水北调中线工程水源地的土壤可蚀性特征

选定南水北调中线工程水源地丹江口水库区这一国家水土流失重点治理区域为研究地点，对该地的土壤可蚀性特征进行了研究。在研究区不同土地覆盖类型里采取表层(20 cm)土壤样品，室内分析样品土壤的质地和有机质含量，利用EPIC模型及实验室分析的土壤质地和有机质数据计算样品土壤可蚀性K值。在ARCGIS里，利用Ordinary Kriging插值方法生成研究区K值分布图。然后按一定标准将K值进行分级，得出不同K等级值的空间分布及面积。结果表明：研究区K的均值为0034 8（ t·hm2·h）/（hm2·MJ·mm），主要为中可蚀性土壤(面积占91.71%)。东部(主要是耕地)土壤K值高于西部(主要是林地)，是侵蚀治理的重点地区。研究结果可为库区水土流失定量遥感监测提供基础资料，对库区的土壤侵蚀治理有一定的参考作用