基于空间插值方法的中国南方酸雨时空分布格局模拟及分析

酸雨时空动态变化监测一直是环境治理所需的重要信息. 在我国南方酸雨“两控区”(酸雨控制区和二氧化硫污染控制区)1991—2001年酸雨观测站年降水pH数据的基础上,采用反距离加权(IDW)、普通克里格(OK)和基于样条函数的ANUSPLIN等3种方法进行酸雨空间插值模拟,并进行验证. 对比分析了3种方法酸雨插值结果与实测值的统计误差、预测标准误差和相对误差区间分布,以及依据插值结果得出的酸雨分布图层. 结果表明:反距离加权法和普通克里格法仅能反映酸雨水平方向上的分布特点,而ANUSPLIN法由于加入了地形作为协变量因子,可很好地反映酸雨空间分布的地形变异特点,更合理地体现了酸雨时空分布特征. ANUSPLIN法插值结果表明,酸雨严重区主要分布在四川盆地、长江以南广大地区,酸雨强度沿长江向西北及北方地区有不断扩大的趋势.      

土壤重金属分析常用空间插值法研究进展

空间插值法作为空间预测和绘图的重要方法,在土壤重金属污染和环境科学等领域广泛使用,其插值性能和插值精度受到广泛关注。空间插值方法在对研究区进行空间分析或绘图时插值性能受到很多因素的影响,这些因素随着插值变量或研究区的不同而产生不同的影响。该研究通过分析近20年土壤重金属空间分析比较研究的相关文献,将目前土壤重金属空间分析常用的插值方法分为3类:地统计学插值法、非地统计学插值法和组合插值法,讨论并总结常用空间插值法的插值特征及插值性能的主要影响因素。最后结合空间插值方法的特征和影响因素得到关于土壤重金属空间插值方法的选择原则。通过比较土壤重金属空间分析常用插值方法的特点,为特定研究区或数据选择合适插值方法提供参考。     

广东省土壤Cd含量空间分布预测

土壤重金属的空间格局对土壤重金属污染防治具有重要的指导意义.本文以广东省土壤Cd含量为研究对象,基于"规则"模型——Cubist以及样条插值法、反距离加权法、自然邻域法、普通克里金插值法、局部多项式插值法和径向基函数插值法等6种GIS空间插值方法,选取2 000、1 500、1 000、800、500、300、200、150及90 m这9个不同的格网尺度,构建Cd含量空间格局模型.选择不同方法的最佳预测尺度和最优模型参数,预测广东省土壤Cd含量分布.结果表明:(1)在相同尺度时Cubist方法预测结果都比传统的空间插值结果精度高,格网大小为300 m×300 m时预测精度最高.其次是样条插值法,其在1 500 m插值尺度上精度最高;(2)Cubist模型同时可以识别土壤Cd含量空间分布的驱动因子.结果表明在37个影响Cd含量的自然和人为因子中,地质类型是驱动广东省土壤Cd含量分布差异的主要因子;(3)Cd含量高值主要分布在珠三角地区及粤北少部分地区.广东省土壤Cd含量超过GB 15618~(-1)995中3级和2级标准,即大于1.0 mg·kg~(-1)和0.3 mg·kg~(-1)的面积分别约为160 km~2和2 140 km~2,约占广东省总面积的0.09%和1.18%.     

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。     

空间插值模型对土壤Cd污染评价结果的影响

分析和比较了不同插值模型(反距离加权、局部多项式、普通克里格和径向基函数)对土壤Cd空间插值、污染面积估算和污染区空间分布的影响,结果表明,插值方法对极大值都存在不同程度的平滑,交叉验证的Cd极大值插值的相对误差高于45.1%.不同插值模型估算的污染区域面积在0～2.12%之间.根据样点超标率估算的污染面积比插值模型估算的面积高1.53%～3.65%.污染评价结果不确定性较大的区域主要是在局部极大值区域和高值向低值的过渡区域.因此,土壤重金属的空间插值精度对污染评价结果有很大影响,开展土壤重金属污染调查时应注意在浓度过渡区域加大采样密度.     

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。     

我国东北黑土丘陵区小流域土壤有机质空间分布模拟

为探索小流域w(SOM)(SOM为土壤有机质)空间分布模拟的最佳方法,以我国东北黑土丘陵区海沟河小流域为例,借助地统计学和3S技术提取与w(SOM)显著相关的地形及环境因子,对海沟河小流域表层(0~20 cm)w(SOM)分别进行协同克里格插值、回归克里格插值和地理加权回归克里格空间插值模拟,并进行精度验证. 结果表明:我国东北黑土丘陵区海沟河小流域表层w(SOM)平均值为12.96 g/kg,空间变异程度为中等. 海拔、距水系距离均与w(SOM)显著相关,能够用来辅助w(SOM)的空间分布插值;与协同克里格插值结果相比,回归克里格对w(SOM)的插值精度提高了56.09%;地理加权回归克里格插值精度提高了90.87%;对地理加权回归克里格插值所产生的残差进行二次统计分析及合理插值,能够进一步提高插值模拟精度;将人类干扰因素纳入插值模型,是未来提高w(SOM)空间分布模拟精度的关键. 研究显示,地理加权回归克里格插值有效提高了w(SOM)空间插值模拟的精度,并且存在改进和提高的空间.      

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.     

酸雨区面积扩大

一份目前通过鉴定的国家“八五”科技攻关课题研究结果显示,我国酸雨区面积在迅速扩大,已约占全国面积的40％。 由国家环保总局、中科院和国家教委共同主持的《我国酸沉降及其生态环境影响》课题查清了我国酸雨现状及其对时空分布规律,提出了初步预测酸雨发展的新方法,评估了酸雨未来发展趋势,预测我国酸雨在2020年前乃呈发展趋势,并提出了     

基于MODIS数据辅助的太湖叶绿素a空间插值应用

通过运用Modis太湖遥感数据反演得到的太湖叶绿素a浓度,利用克里格与加权反距离这2种插值法,首先进行全湖的插值方法的比较和插值样点数的选取;并对太湖8个湖区进行插值点分区研究;最后运用克里格对太湖进行全年不同季节的应用效果评价。结论如下:(1)在插值方法的选取上,克里格法更适合太湖叶绿素a的插值应用,全湖合理的取样数为68个。(2)各湖区蓝藻空间分布相关性由大到小依次为:南部沿岸区>湖心区>贡湖>东部沿岸区>东太湖>西部沿岸区>梅梁湖>竺山湖。(3)对于蓝藻不同生长阶段来说,在蓝藻休眠中后期(12-次年2月)、复苏期(3-4月)、生物量增加前期(4-7月)的预测效果较好;而在蓝藻生物量增加中后期(7-9月),上浮、积聚期到休眠前期(7-12月)预测精度较差。总体来说,冬季、春季插值的效果好于夏季,秋季插值效果最差。     

中国酸雨概况及防治对策探讨

中国受酸雨影响的地区已占国土面积的30％,已成为继欧州和北美之后世界第三大酸雨区。中国的酸雨为典型的硫酸型,其空间分布主要呈现以南方酸雨比北方严重,城市酸雨比郊区严重的特点。酸雨令中国农林业、畜牧业、水产养殖业、建筑业等都遭受了巨大的损失,如不采取果断有效的控制措施,由此所造成的大气污染及环境酸化将进一步加剧。本文系统阐述了中国酸雨的成因特点、现状及其危害,并根据中国酸雨的实际情况,结合国家制定的控制目标,提出了具体的防治对策。     

香港海域表层沉积物重金属空间分析

利用多元统计方法和空间内插值方法分析香港海域表层沉积物重金属的空间分布特征, 为优化香港沉积物重金属监测网络和控制香港地区重金属污染提供支持. 结果表明:①香港海域表层沉积物采样点在D_link/D_max<0.36处明显分为3类, 大致可分别代表轻度、中度、重度污染3种类型;②后退式判别分析具有良好的指标降维能力, 仅需6个显著性重金属指标(Zn, Pb, Cu, Cd, Fe和V)即可反映整个区域重金属空间分布差异性, 且具有84.50%的正确判别率;③基于GIS的反距离权重法(IDW)得到的显著性重金属指标的空间连续分布显示,V和Fe为B组采样点区域的特征元素, Zn, Pb, Cu和Cd在易受人类活动影响地区富集;④显著性指标富集因子的区域多项式内插模拟(LPI)显示,人类活动对Zn, Pb, Cu和Cd分布的强烈影响, 形成以长洲(SS7)、维多利亚湾、吐露港和后海湾为热点逐渐扩散的分布模式.      

太湖西南部沉积物重金属的空间分布特征和污染评价

基于GIS地统计模块,对太湖西南部沉积物6种重金属的空间分布特征和污染状况进行了探讨. 结果表明,太湖西南部沉积物重金属含量显著高于太湖沉积物背景值,w(Cd),w(Cu),w(Zn),w(Pb),w(Ni)和w(As)分别超标4.67,1.27,2.89,2.29,1.94和1.80倍,具有明显的累积效应. 地统计分析表明,太湖西南部沉积物重金属的空间自相关性较弱,说明随机性因素和结构因素对重金属的空间分布有较大的影响. 重金属含量的克里格插值图反映了重金属污染的空间格局,太湖西南区域沉积物已明显受到了重金属Zn,Pb和Cd的污染,西南岸区污染最严重,其次是南岸区,污染最轻的是湖心区.      

厦门地区酸沉降造成的影响及经济损失估算

厦门地区的酸沉降主要为SO₂和酸雨,而酸雨对该地区的农作物?森林乃至生态环境造成较严重危害?综合厦门地区酸沉降造成的经济损失约为每年5292.8万元,占厦门地区年国民生产总值的0.98%,故由酸沉降的影响造成的损失必须引起高度重视。      

中国降水酸度和离子浓度的时空分布

1991～1995年在全国进行了酸雨观测,建立了覆盖全国的具有区域代表性的酸沉降监测网,含271个测站?降水的pH值和电导率在现场采样后立即测量,降水样品的化学分析则在实验室里进行?主要离子SO2-₄,NO-₃,NH+₄,Ca2+浓度的加权均值分别为125.86,19.96,67.89和80.41μeq/L?由离子浓度地理分布图看出,这些离子浓度地理分布状况因离子而异?值得注意的是降水中SO2-₄和NO-₃浓度,北方非酸雨区甚高于南方酸雨区,这说明降水的酸度并不简单地决定于降水中SO2-₄和NO-₃的绝对浓度,而决定于这些离子对于Ca2+和NH+₄的相对浓度?发现了降水年均pH值低至4的一些地区,此值可能是目前世界年降水酸性最强的地区?文中还对代表性地区1986～1993年降水化学特征进行了分析,结果表明降水的酸度仍在升高?      

典型冶炼行业场地土壤重金属空间分布特征及来源解析

以韶关某冶炼厂为冶炼行业典型工业区,对冶炼厂区内土壤中的Cd、Pb、Hg、Sb、As、Zn、Cu、Cr和Ni等9种重金属元素的总量和有效态含量进行了测定,利用ArcGIS 10.2进行了冶炼厂地土壤中重金属空间分布的插值分析,采用的污染状况评价方法有单因子污染指数法、富集因子法和潜在生态危害指数法,重金属来源分析方法有相关性分析法和主成分分析法.对研究区土壤的重金属污染状况及来源进行分析.结果表明,Cd和As的单因子指数为1.50和2.13,分别属于轻微污染和轻度污染;Pb的单因子指数为5.58,属于重度污染.As、Hg和Zn的富集因子为3.73、10.4和22.4,分别属于中度污染、重度污染和严重污染;Cd、Pb的富集因子超过40,属于极重污染,受人为污染程度明显.Pb和Cd的有效态占总量的质量分数较高,分别在0.57％～46.0％和0.87％～69.2％之间.其次为Zn和Cu,而Hg、Sb、Ni、As和Cr的有效态质量分数均在5％以下.研究区重金属潜在生态风险指数的空间分布由西向东整体呈由低到高再降低的变化趋势,其中北部点位的指数显著高于其他点位,可能存在局部泄漏.Hg和Sb的空间分布与其他元素不同,呈现中部区域较高、东西部区域较低的特点.相关性和主成分分析结果表明,Cu、Zn、As、Cd和Pb元素之间的相关性显著,主要来源为工业生产活动的输入;Hg和Sb元素之间具有显著的正相关性,但与其他元素无相关性;Ni的主要来源更符合自然输入的规律.     

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.