多孔介质非均质性空间变异估值方法的比较

本文以廊坊市为例,应用反距离平方加权法(IDSW)、趋势面法(CPI)、普通克立格法(OK)及协同克立格法(CK)对能够反映多孔介质非均质特性的参数进行了估值效果的比较分析.研究结果表明,克立格法是研究参数空间变异性局部最优估值方法.     

典型区土壤重金属空间插值方法与污染评价

选择最优的空间插值方法对土壤重金属空间分布特征的反映和污染评价具有重要的意义.以湖北省恩施市典型区表层土壤重金属As和Cd为例,选取常用的反距离权重法(IDW)、径向基函数法(RBF)、局部多项式法(LPI)和普通克里格法(OK)进行空间插值,对比分析了不同插值方法的插值精度及结果差异.同时采用地累积指数和指示克里格法(IK)评价了土壤重金属污染状况.结果表明,不同插值方法对于同一种元素的预测误差相差较小,但对土壤重金属含量的空间分布特征存在明显差异,其中LPI法表现出明显的平滑效应,OK法次之,而IDW法和RBF法极大地保留了元素含量的极值信息,插值结果较详尽.为准确了解局部高背景区土壤重金属的空间分布状况,应优选IDW法或RBF法进行插值.以湖北省深层土壤重金属含量算术均值作为背景值,地累积指数污染评价结果显示:As和Cd的超标样点分别占5.5%和99.0%,研究区Cd污染程度较高.IK法污染评价显示:Cd中度-强污染以上的高概率污染区域主要位于研究区的中部,应重视土壤Cd污染分布,并对其有效治理与修复.     

天津地区表土PAHs 的多元空间估计及精度分析

在天津地区表层土壤多环芳烃(PAHs)采样数据基础上,应用协同克立格方法(CK)对PAHs 进行多元空间估计,并探讨了普通克立格方法(OK)与CK 在空间估计方面的精度问题.结果表明, PAHs 各组分在空间分布上存在着很大的差异,绝大多数组分在市区都有高值区,其次分布在塘沽和汉沽区以及西青区.而低值区域主要分布在北部山区,以及南部的大港区、静海县.通过估计误差的比较发现, CK方法的估计误差平均为4.22%,而OK 方法的估计误差平均为8.56%.协同克立格法能够很好地对PAHs 进行多元空间估计,相对于普通克立格法来说,估计精度有了较大的提高.     

江津市紫色土中N、P养分元素区域空间变异性研究

利用地统计学,结合GIS研究紫色土土壤表层(0～20cm)的全氮、碱解氮、全磷和速效磷4种养分含量的空间分布特征结果表明,全氮和速效氮为正态分布,全磷和速效磷为对数正态分布;通过半方差函数分析,发现全氮存在纯块金效应,块金值为0.2,其它养分在一定间距内(50m)存在空间相关性,且为中等强度的空间自相关性(块金值与基台值之比在25%～75%之间);用普通克立格法和对数正态克立格法进行最优内插,做各种养分含量的分布图.结合GIS可充分了解土壤中N、P养分的空间变异性规律,并可进一步应用于精确施肥和农业非点源污染预测和控制.     

基于GIS的近海沉积物痕量元素空间分布特征插值方法选择

基于GIS空间分析模块,对雷州半岛近海沉积物实测同步提取态金属砷(simultaneously extracted metals As,SEMAs)数据分别使用反距离权重法(inverse distance weighted,IDW)、张力样条法(tension spline,TS)和普通克里格法(ordinary kriging,OK)进行空间插值;通过交叉验证法和插值图像对比分析,对各插值方法的精度进行了评价。所得结果表明:三种方法的平均相对误差(mean relative error,MRE)的排序为OKIDWTS,平方根误差(root mean squared error,RMSE)的排序为OKIDWTS,其中TS法的MRE及RMSE显著高于OK和IDW法,OK法的MRE及RMSE略低于IDW法。OK法所得的插值等值线图较平滑,在采样点密集处比稀疏区域更好的反映了近海沉积物中SEMAs分布特征,IDW法所得结果图与OK法相类似,但IDW法存在明显的局部误差。TS法所得数据结果溢出原始数据区间且出现了负值,与实际不符。总体来看,OK法更适合于描述近海沉积物痕量元素的空间分布特征。     

土壤连续属性空间插值方法及其精度的研究进展

作为土壤变化的时空定量监测方法,土壤属性空间插值方法及其精度是计量土壤学和"数字土壤"领域的重要研究内容。文章首先介绍了土壤属性空间插值的常用方法,包括克立格插值法(Kriging)、反距离权重法(IDW)、样条插值法(Spline)、贝叶斯最大熵(BME)、地理加权回归(GWR)以及高精度曲面建模方法(HASM);其次阐述了土壤属性空间插值精度验证的方法和指标;再次总结了能够提高土壤属性插值精度的6种途径,包括合理选择插值方法、准确设定插值方法参数、合理设计采样数目和密度、注意空间自相关程度和范围的影响、科学安排实验分析顺序以及结合辅助信息进行插值;最后从插值方法的选择、验证指标的选取以及辅助信息的结合三个方面指出了土壤属性空间插值方法及其精度的未来研究方向。     

基于现场快速检测技术的土壤采样优化策略

合理的土壤采样策略是精确刻画场地污染情况的关键。以湖南某铬污染场地为研究对象,基于现场快速检测数据对反距离加权法（IDW）、普通克里金法（OK）、局部多项式法（LPI）和径向基函数法（RBF）4种空间插值方法的精确度和适用性进行了比较;通过冗余分析确定了实验室分析样品的布点数量;分析对比了实验室检测与快速检测空间插值结果。结果表明:1）不同空间插值方法对场地污染分布识别存在明显差异,适用性排序为IDW法 > RBF法 > OK法 > LPI法;2）经基于快速检测阶段235个点位数据进行的采样策略优化,需送往实验室分析的采样点位减少至113个;3）快速检测技术可有效反映场地铬污染区域分布趋势。     

典型空间插值模型稳定性及其影响因素研究

该文以农业土壤重金属Cd、Cu为研究对象,将研究区域722个样点,随机均分为2个均等数据集。分别利用IDW法、普通Kriging法对2个数据集进行制图模拟,基于地图直接对比方式,分析2种常用插值方法制图稳定性及其影响因素。通过5次抽样制图对比分析,结果表明:IDW法制图差异度主要集中在20%以下,差异度较高区域在空间上分布相对分散。普通Kriging法在制图差异度10%和10%～20%的区域所占比例低于IDW法,在差异度30%所占比例远高于IDW法,空间上呈大片面状分布。IDW法插值结果稳定性相对普通Kriging法高,制图结果空间格局的重现率更高。制图结果稳定性受样本数据空间结构性影响,空间变异越大,插值结果差异值和差异度越大,且普通Kriging方法受样本点数据空间变异性影响更为明显。因此,在开展土壤重金属污染评价生产实践过程中,对于空间变异性较大的土壤属性,以及对空间变异性较大的局部区域,需要考虑增加采样点密度,以提高插值的精确度和保证插值结果反映真实土壤属性空间分布的规律。     

长三角典型区土壤重金属有效态的协同区域化分析、空间相关分析与空间主成分分析

以昆山市为典型区,采集了126个表层土壤样品,通过多元统计学、地统计学与GIS技术相结合,采用基于协同区域化理论的因子克立格法探讨了长三角多个土壤重金属有效态的区域分异,并在剖析不同空间尺度有效态重金属的空间结构特征基础上,应用空间相关分析和空间主成分分析来揭示引起这种分布格局的成因和污染来源,结果表明,昆山土壤有效态重金属服从正态或对数正态分布,变异系数较大,有效态Cd污染最重.重金属有效态在空间上可划分为块金尺度、小空间尺度（15 km左右）和大空间尺度（40 km左右）,它可用3个尺度的实验（交叉）变异函数的协同区域化模型线性拟合.空间相关分析中,Cd和Zn在3个尺度中的相关性均极显著,且元素在小尺度和大尺度的相关性比块金尺度更强,大尺度的负相关特征较其它尺度明显.空间主成分分析表明,不同尺度的空间污染来源不同.重金属有效态第一、二主成分的空间分布格局结果表明重金属有效态含量与工业活动、污水灌溉和土壤性质密切相关.     

基于GIS的海洋底栖生物栖息密度空间插值方法

在地理信息系统即GIS的支持下,分别采用反距离加权(inverse distance weighted,IDW)、普通克里格(ordinary krig-ing,OK)、规则样条(regularize spline,RS)和张力样条(tension spline,TS)4种插值方法对2006年7月获得的大连湾底栖生物栖息密度的数据进行空间插值处理,并对插值结果的精确度进行交叉验证,分析和比较不同插值方法获得的分布图。结果表明,插值精确度普通克里格>反距离加权>张力样条>规则样条;4种方法均能较客观的模拟出底栖生物栖息密度的分布趋势,但是在整体趋势和局部趋势两方面的综合考虑下,普通克里格的表现效果更好。文章进一步指出,在确定站位数量及分布前提下,插值结果的精确度可以通过选择空间插值方法得以改善,但其根本还是取决于站位布置的数量和其分布合理性。     

黄河三角洲典型地区耕地土壤养分空间预测

掌握土壤养分的分布特点是实现养分优化管理的重要基础。论文选择黄河三角洲典型地区山东省垦利县为研究区,通过田间采样与实验室化验分析获取了1 278个样本（0~20 cm）的土壤碱解氮、有效磷、速效钾数据。在经典统计分析的基础上,用地统计学方法分析了土壤养分的空间变异特征,并拟合了养分的变异函数模型。利用普通克里格法（OK）、反距离权重法（IDW）、泛克里格法（UK）、径向基函数法（RBF）和局部多项式法（LP）5种方法进行空间插值,并采用独立数据集验证对插值结果进行精度评价,进而分析了各养分空间分布规律。为深入探索各方法的适用性规律,基于AN数据设计了离散、随机、聚集3种空间分布模式的数据,利用各模型的自动优化进行试验,对比分析了不同插值方法在土壤养分空间预测中的自适应性。结果表明：1）研究区碱解氮、有效磷、速效钾均为中等强度的空间变异和中等程度的空间自相关,其变异函数模型分别为球状模型、指数模型和球状模型,决定系数依次为0.951、0.892和0.787;2）在空间分布上,土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与地形和土地利用类型等有关,西南部地势较高,以水浇地和旱田为主,东北部沿黄农田受黄河淡水影响,耕地质量较好,而中部地区地势低平,以水田为主,养分含量偏低;3）相对于块金系数/基台值,Moran’s I是更为稳健有效的衡量土壤养分空间自相关性的方法;4）论文认为,空间分布模式、样本量、空间自相关性和空间聚集程度（最近邻比）均影响插值精度。在离散模式下,各方法自适应性均较差;在随机模式下,IDW与RBF自适应性优于OK和LP;在聚集模式下,各方法自适应性与样本量和空间自相关性有关,直至样本足够多时,4种插值方法精度接近。论文探明了研究区主要土壤养分的最佳插值预测方法,分析了土壤养分的变异特征和空间分布规律,为黄河三角洲典型地区耕地土壤养分利用管理和农业可持续发展提供了理论依据。     

基于不同空间插值模型的川西南山地常绿阔叶林叶面积指数估测

叶面积指数（LAI） 是森林经营管理的一个重要参数,亦是众多基于土壤、大气和植被相互作用的森林经营管理动态模型的关键输入变量之一,但目前获得大尺度、高空间分辨率的LAI精确估计仍十分困难。以川西南山地常绿阔叶林为研究对象,基于地面调查的83 个20 m×20 m样地和SPOT5 遥感数据,运用不同的方法,估测了区域森林有效叶面积指数（LAIe）。利用遥感数据作为辅助变量,比较了来自遥感数据的直接辐射关系法（DRR） 和地统计学方法协同克里格（CK）、回归克里格（RK） 的LAIe 空间分布差异。此外,运用反距离权重（IDW）、全局多项式（GPI）、普通克里格（OK）、泛克里格（UK） 等方法也对LAIe进行了估计。结果表明LAIe 与归一化植被指数（NDVI） 回归拟合效果相对不理想（R²=0.679,P<0.001）;由于研究区森林景观不是连续变量,LAIe呈低空间自相关性,各方法间差异不显著,对区域LAIe 估算精度提升不明显;但DRR 和CK、RK 方法能降低统计误差值,且DRR与CK、RK的相关性极高（相关系数分别可达0.91和0.92）。尽管相比于DRR,地统计学方法并没有提高LAIe估计精度,为提高预测的准确性,应探讨更密集的抽样方案和不同的辅助变量。     

基于环境因子和邻近信息的土壤属性空间分布预测

为探索乡镇尺度上土壤属性空间分布预测的最佳方法,以江西省万年县齐埠镇为例,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（地形因子和植被覆盖指数）和邻近信息[w（有机质）与w（速效钾）],构建OK法（普通克里金法）、RK1法（仅基于环境因子的回归克里金法）以及RK2法（基于环境因子和邻近信息的回归克里金法）对齐埠镇耕地表层（0~20 cm）土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布进行预测.结果表明:齐埠镇土壤w（有机质）平均值为35.03 g/kg,w（速效钾）平均值为96.73 mg/kg,均为中等空间变异性.对62个样点进行建模,16个测试样点进行独立验证的误差分析表明,RK2法对土壤w（有机质）、w（速效钾）预测结果的均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差较OK法分别降低了18.05%、18.01%、21.77%和7.25%、9.49%、9.84%;较RK1法分别降低了22.48%、20.91%、22.02%和9.27%、12.61%、13.52%.研究显示,RK2法明显提高了土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布模拟精度,并且存在改进和提高的空间.      

基于GIS的盐渍土改良区耕地土壤适宜性评价

论文以山东禹城市为例, 进行了盐渍土改良区耕地土壤适宜性评价研究。采用灰色关联分析法与Delphi法结合筛选参评因素,用层次分析法(AHP) 确定其权重,建立了土壤适宜性综合评价模型。通过比较空间插值方法后,采用反距离加权(IDW)空间插值技术,获取了研究区土壤适宜性等级空间分布图。结果显示,禹城市耕地土壤适宜性总体状况良好,Ⅰ、Ⅱ等级面积占27.24%;Ⅲ、Ⅳ等级面积占45.48%,Ⅴ、Ⅵ等级面积占27.28%。耕地土壤适宜性等级分布受到地形地貌的影响,由地势较高的河滩高地向地势较低的洼地过渡,土壤适宜性变差;土壤适宜性等级分布同时受引黄灌溉的影响,在引黄干渠的低洼处,土壤适宜性差。该研究探索了盐渍土改良区耕地土壤适宜性的评价技术方法,对盐渍土改良区耕地资源的持续利用和土壤改良有积极意义。     

影响精确界定我国酸雨区空间分布的因素探讨

利用酸雨监测网的实测数据对影响精确界定我国酸雨区空间分布的因素进行了深入分析,结果表明:首要影响因素是酸雨监测网的站点数量及其空间分布,可导致在同一插值与地统计方法下所获得的酸雨区的分布存在较大差异;其次是选择正确、合适的空间插值方法及其相应参数的设置,反距离加权(IDW)插值法的重酸雨区分布比克里格(Kriging)插值法多而广;最后是精确的面积比测算方法,网格法计算的酸雨区面积比小于等值面法.建议我国酸雨监测网建设应优先在西藏、内蒙古北部及西部等地区布点,进行酸雨区空间分析时应采用多种插值方法进行比较与分析评估,确保在现有酸雨监测网的基础上获得精确、可靠的酸雨区空间分布.