基于地理加权回归克里金的降水数据融合及其在水文预报中的应用

地理加权回归克里金(GWRK)是在地理加权回归(GWR)基础上扩展得到的一种既能考虑回归关系的空间非平稳性又能考虑回归变量空间自相关性的降水数据融合方法。以赣江流域为例,在评价TRMM卫星数据精度的基础上,分别以GWRK和GWR方法构建了站点-卫星降水数据融合模型,然后采用降水融合数据驱动GR4J水文模型进行水文预报。根据站点尺度降水融合数据精度及水文预报表现,对GWRK和GWR构建的降水融合模型效果进行评价,结果表明:较之GWR方法,GWRK方法能较明显的提高降水融合数据在站点尺度上的精度,但是由于输入到水文模型中的数据为面降水数据,受空间均化的影响,对水文预报精度的提高不如对站点尺度降水融合数据精度的提高明显。     

基于GWR模型的秭归县柑橘园土壤有机碳空间异质性分析

研究柑橘园土壤有机碳空间异质性及其与土壤理化性质、地形特征和气候变量之间的关系，为提升经济林生态系统服务提供科学依据。在秭归县柑橘分布区内进行野外采样，基于随机森林和地理加权回归模型并结合8个地形因子、2个气候因子和13个土壤变量，建模分析了土壤有机碳的主要影响因素，并进行了土壤有机碳含量的空间分布预测。结果表明：研究区0～20 cm(表层)和20～40 cm(下层)土壤有机碳含量平均值分别为11.95和9.01 g·kg^-1,长江北岸(9.24和7.56 g·kg^-1)土壤有机碳含量低于长江南岸(14.48和10.36 g·kg^-1),但长江北岸(0.53和0.66)变异系数高于长江南岸(0.45和0.58)。影响因素对土壤有机碳含量空间分布的相对贡献在土层间存在差异，表层为全氮(53.0%)>全钾(11.9%)>碱解氮(11.4%)>年均降水量(7.6%)>土壤含水量(7.3%)>年均温度(5.1%)>海拔(3.7%),下层为全氮(69.7%)>碱解氮(14.2%)>容...     

金沙江头塘小流域人工林有机碳及其剖面分布特征

采用野外调查、室内分析并结合相关的方法,研究探讨了金沙江头塘小流域7种不同植被恢复人工林土壤剖面层次有机碳(SOC)含量、有机碳密度(SOCD)和有机碳储量及分布特征。结果表明,不同林分类型及土层间土壤SOC含量存在明显差异:就整个土层(0~100 cm)而言,7种林分土壤SOC平均含量介于6.46±1.67~24.95±2.32 g·kg–1,大小依次为柳杉林旱冬瓜林圆柏林栓皮栎林圣诞树林墨西哥林藏柏林,且差异显著(p0.05);7种林分土壤SOC含量均出现表聚现象,从表层到深层都呈现递减趋势,且具有一定的规律性;7种林分土壤容重总体上均表现为随土层深度的增加逐渐增加,土壤容重表现为:柳杉林栓皮栎林圣诞树林圆柏林旱冬瓜林墨西哥柏林、藏柏林;7种林分土壤有机碳密度垂直分布和土壤有机碳含量垂直分布特征一致,随土层深度增加土壤有机碳密度减少,以表土10 cm的土壤有机碳密度最大;有机碳储量均随着土层加深所占比例逐渐降低,同时土壤有机碳主要集中于土层0~40 cm内,分别占总有机碳的65.60%(圣诞树林)、63.16%(旱冬瓜林)、54.41%(墨西哥柏林)、58.56%(圆柏林)、62.96%(藏柏林)、61.70%(栓皮栎林)和56.37%(柳杉林),0~40 cm土层土壤有机碳占总有机碳的百分比均达到50%以上。     

基于SD和CLUE-S模型的区域土地利用变化对土壤有机碳储量影响研究

土地利用/土地覆被变化改变土壤呼吸条件,进而对土壤有机碳储量变化产生影响,而土壤有机碳储量则是影响农业可持续发展和全球碳平衡领域的重要因素。以上海市崇明岛为例,运用系统动力学模型(System Dynamics Model)预测2020、2030年土地利用需求变化,结合CLUE-S模型(Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent Model)得出各种用地类型的空间分布,并引用碳密度法估算三种发展幕景下土地利用变化对土壤有机碳储量的影响。结果表明:2030年三种发展幕景土壤有机碳储量分别为:低速发展幕景为3 093.03×106kg,惯性发展幕景为3 079.47×106kg,高速发展幕景为3 059.81×106kg;研究期内土壤有机碳储量呈现缓慢下降趋势,但人类活动对其扰动较小;SD和CLUE-S耦合模型可以从时间和空间两方面对土壤有机碳储量进行模拟,具有可行性;建议通过加强城镇用地集约利用、农田保护、林地建设来减少人为活动对土壤有机碳储量的影响。     

上海城市样带土壤有机碳空间变异性研究

为揭示城市化、工业化等人为活动对土壤有机碳的影响，选择能反映上海城郊乡梯度差异的城市样带，采用地统计学方法对表层土壤样品土壤有机碳的空间变异结构和分布格局进行了分析。结果表明：城市表层土壤有机碳含量均属中等变异，徐汇区土壤有机碳含量呈正态分布，奉贤区、闵行区和所研究样带土壤有机碳含量呈对数正态分布。半方差函数模型拟合结果显示徐汇和闵行区土壤有机碳符合指数模型，奉贤和所研究样带土壤有机碳符合球状模型。通过泛克里格插值得到城市表层土壤有机碳含量空间分布图，发现徐汇、闵行区土壤有机碳呈岛状，奉贤区呈条带状，而所研究样带呈条带和岛状分布相结合的特点。土壤有机碳含量城郊乡梯度差异明显，工业化、城市化、肥料投入与管理等人为因素对城市土壤有机碳空间分布密切相关     

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。     

宝天曼自然保护区土壤有机碳异质性及其影响因素

自然界中,土壤碳库对于维持生态系统碳平衡起决定性作用,而土壤有机碳又是碳库中不可或缺的一员,研究土壤有机碳对于全球生态系统碳平衡具有十分重大的意义。因此,基于宝天曼土壤有机碳实测数据并运用半方差函数、克里格插值分析山地土壤有机碳垂直性特征及空间分异程度,利用地理探测器对影响土壤有机碳分布的环境因子进行相关分析,结果表明:(1)宝天曼土壤有机碳介于0.31～7.7 g/kg,属于较低水平,最高值(7.70 g/kg)出现在北坡987 m处;(2)不同土层深度的半方差函数模型不同,0～20和40～60 cm对高斯模型拟合效果更明显、20～40 cm对球状模型拟合效果较好,而线性模型对于60～80和80～100 cm土层深度拟合效果较佳,克里格插值表明0～20和20～40 cm空间分异特征相似,呈西南向东北增加的趋势,而40～60 cm土壤有机碳空间分异呈现东北高、西南低;(3)宝天曼不同土层深度受单个环境因子影响程度不同,解释力介于0.127～0.407,其中NDVI对0～20 cm土壤有机碳解释力最显著(0.407)、高程对40～60 cm土壤有机碳解释力最高(0.373),交互探测结果表明NDVI与坡度解释力最高、高程与其他因子交互探测后解释力显著增大,表明宝天曼土壤有机碳受多种环境因子共同影响,而非单一因素起决定性作用。     

川中丘陵典型农田土壤有机碳储量及空间分布特征

土壤有机碳在陆地生态系统碳循环中起着举足轻重的作用。针对农田区域内典型县域尺度有机碳储量及其空间格局特征的研究,可以为区域农田土壤固碳提供参考,为研究我国土壤有机碳储量提供基础数据支持。基于2012年农田土壤有机碳分析调查数据,结合GIS和GPS技术对川中丘陵区盐亭县土壤有机碳密度和储量及空间格局进行了估算和分析。结果表明:其主要土壤类型的0~20cm耕层土壤有机碳密度为1.11~4.26kg/m2,平均值为2.66kg/m2,水田和旱地耕层土壤有机碳密度分别为3.45和2.34kg/m2,均低于全国平均值;全县20cm深度土壤有机碳总储量2.50×109 kg C,紫色土类土壤有机碳储量最大,为1.53×109kg C,水稻土次之,有机碳储量0.93×109kg C,两者占据了农田土壤有机碳储量约98%,冲积土和黄壤土类由于面积小,有机碳储量也最低。各土壤类型有机碳储量丰度指数(RI)值都较低,碳存储能力处于中下水平。在县域农田尺度,有机碳空间格局与气候差异、植被类型关系不大,土壤类型空间差异和地形差异是有机碳空间格局形成的主要原因。     

川中丘陵紫色土区农田土壤有机碳储量及空间分布特征

土壤有机碳在陆地生态系统碳循环中起着举足轻重的作用。针对农田区域内典型县域尺度有机碳储量及其空间格局特征的研究,可以为区域农田土壤固碳提供参考,为研究我国土壤有机碳储量提供基础数据支持。基于2012年农田土壤有机碳分析调查数据,结合GIS和GPS技术对川中丘陵区盐亭县土壤有机碳密度和储量及空间格局进行了估算和分析。结果表明:其主要土壤类型的0~20 cm耕层土壤有机碳密度为111~426 kg/m2,平均值为266 kg/m2,水田和旱地耕层土壤有机碳密度分别为345和234 kg/m2,均低于全国平均值;全县20 cm深度土壤有机碳总储量250×109 kg C,紫色土类土壤有机碳储量最大,为153×109kg C,水稻土次之,有机碳储量0.93×109kg C,两者占据了农田土壤有机碳储量约98%,冲积土和黄壤土类由于面积小,有机碳储量也最低。各土壤类型有机碳储量丰度指数(RI)值都较低,碳存储能力处于中下水平。在县域农田尺度,有机碳空间格局与气候差异、植被类型关系不大,土壤类型空间差异和地形差异是有机碳空间格局形成的主要原因。     

基于CA Markov的土壤有机碳储量空间格局重建研究——以泛长三角地区为例

选取了泛长三角地区的高程、坡度、坡向、GDP、人口、温度、降雨量、河流距离、城市距离和海岸线距离10个驱动因子作为土地利用变化驱动力，基于这些驱动力因子，利用Logistic分析制作土地适宜性图集；运用CA Markov模型模拟得到2000年、1995年、1990年、1985年、1980年、1975年6期的土地利用格局；采用全数检测的方法对模拟结果进行精度检验；在此基础上，得到了泛长三角地区土壤有机碳储量，进而重建历史土壤有机碳储量空间格局。研究结果表明：（1）模型模拟精度为8873%，说明CA Markov模型对历史土地利用模拟具有一定可行性；（2）泛长三角地区历史土壤有机碳储量从今往前逐期递增，且明显高于2010年土壤有机碳储量水平，1995、1990、1985、1980、1975年土壤有机碳储量分别为3235 1、3241 9、3247 6、3251 8、3255 3；（3）各时期泛长三角地区土壤有机碳储量空间格局呈现出南高北低的趋势，土地利用类型与土壤有机碳储量密切相关，城市建成区有机碳储量低于其他区域，土壤有机碳储量增加区域主要出现在其高值区周边；（4）耕地与林地面积的增加，建设用地面积减少，导致了1995~1975年间有机碳储量的增加。基于CA Markov模型可以有效重建历史土壤有机碳储量的空间格局     

江西省耕地土壤氮素空间变异特征及其影响因素

为定量探讨省域尺度下土壤氮素空间变异特征及其影响因素。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，运用普通克里格、单因素方差分析与回归分析方法，对土壤氮素空间变异特征及其影响因素进行分析。结果表明：（1）江西省土壤全氮(TN)含量在026~375 g/kg之间，平均值为158 g/kg，变异系数为3101%；碱解氮(AN)含量值域范围为1160~39970 mg/kg，平均值为16431 mg/kg，变异系数为3460%；二者均呈中等程度的变异性。（2）经半方差分析，TN与AN的变程分别为31489和3030 km，TN的空间自相关范围大而AN较小。（3）在空间分布上，高值区主要分布在新余市、抚州市与景德镇市。（4）回归分析与单因素方差分析结果表明，地形因子、耕地利用方式、成土母质、土壤类型和秸秆还田方式对土壤氮素空间变异影响极显著(P<001)。秸秆还田方式对土壤TN与AN空间变异的独立解释能力最高，分别为271%与42%，是影响江西土壤氮素空间变异的主要因素。     

Use of kriging models to predict 12-hour mean ozone concentrations in Metropolitan Toronto-A pilot study

Ozone concentrations exhibit spatial variability within metropolitan areas, resulting in significantly different personal exposures among individuals. This paper uses the statistical technique, kriging, to explore the 12-h daytime (8am–8pm) ozone spatial variation and to predict mean outdoor ozone levels at home sites within the Toronto metropolitan area. Outdoor ozone measurements taken in the Toronto metropolitan area between June and August 1992 are used in kriging models to predict outdoor ozone concentrations. The performance of the model is evaluated by comparing actual home outdoor measurements with predicted values. Results indicate that kriging predictions are more accurate than using only the closest stationary ambient site measurements for determining home outdoor ozone concentrations within the metropolitan area. The average variogram obtained from pooling data throughout the entire sampling period shows a clear spatial trend in the outdoor ozone variation. Kriging predictions using the parameters from the average variogram perform as well as those using variograms from individual days. An approach for minimizing sample bias can be used to increase the accuracy of the predictions; cross-validation suggests that it is a reasonable procedure.     

Optimal design of additional sampling pattern for drinking-water quality control

A crucial step in complementary studies of the water quality determination is to design the additional sampling pattern or, in other words, to determine the number and location of the additional samples. Since location and number of samples highly affect decisions’ uncertainties, and because sampling process is quite costly and time-consuming, optimization of the sampling pattern will enhance the efficiency and productivity. Solution of such an optimization problem requires defining an objective function and constraints. There exist many previous studies regarding locating additional samples in other environmental problems wherein the objective function is defined as the minimization of the kriging variance (based on the problem nature), but the point is that kriging variance is not sensitive to local variability. Since manner and extent of small-scale variations are both important and necessary in water quality studies, it is required to resolve this shortcoming of the traditional objective function. Solution is to make use of the combined variance consisting of kriging and local variances. In this study, the applicability and efficiency of the minimization of combined variance as the objective function of the additional sampling was adopted and proved for a salt marsh (east of Iran) on the basis of a simulated annealing-based algorithm. It was shown, practically, that the locational distribution of additional sampling points is quite logical and more compatible with experts’ proposed methods using this objective function (compared to the traditional one).     

2000～2015年江汉平原区域植被NPP时空特征及其对气候变化的响应

植被NPP对气候变化的响应是全球变化与陆地生态系统碳循环研究的重要核心内容之一。利用CASA模型估算了2000~2015年江汉平原植被NPP，并利用线性回归与逐像元相关性分析方法定量研究了江汉平原植被NPP的时空变化特征及其与气候因素的相关性。结果表明：（1）16年来江汉平原植被NPP的年总量在25.43~29.76 TgC之间，呈波动增加趋势；（2）江汉平原NPP的空间分布格局具有明显的不均匀特征，形成一系列的高值中心和低值中心，符合“丘陵-平原-河流-城市”的衰减趋势；（3）江汉平原NPP与年降水量、年均温的相关系数分别为0.183 7和0.498 5；经显著性检验可知，江汉平原NPP的产量与年降水量相关性较弱，而与年均温则呈较强的正相关关系；（4）植被NPP与年降水量、年均温呈正相关的像元面积分别占总面积的69.19%和83.41%，主要分布在江汉平原腹部的农耕区域，说明江汉平原农耕区NPP的产量对年降水量与年均温的依赖性较强。     

“十二五”时期中国碳排放强度累积目标完成率分析

以中国大陆30个省市(自治区)为例，以2010年为基准年，在ESTDA的框架下，运用ESDA、LISA时间路径和LISA时空跃迁等方法分析了2011~2015年碳排放强度累积目标完成率的时空动态特征，同时，利用空间误差模型和地理加权回归模型分析了中国省域碳排放强度累积目标完成率的影响因素。结果表明：（1)中国省域碳排放强度累积目标完成率存在显著的空间差异性和空间自相关性；(2）东部地区具有相对稳定的局部空间结构；在空间依赖方向上，北京稳定性最强，新疆波动性最大；(3）中国省域碳排放强度累积目标完成率空间格局演化的整合性较弱，稳定性较强，协同高增长省域主要分布在中西部地区，协同低增长省域主要分布在东部地区；（4)影响中国省域碳排放强度累积目标完成率的重要因素是产业结构、能源强度、能源自给度和能源消费结构。 关键词： 碳排放强度累积目标完成率；时空动态；LISA时间路径；LISA时空跃迁；地理加权回归模型     

基于遥感数据的PM2.5与城市化的时空关系研究——以成渝城市群为例

采用1998~2013年卫星遥感影像反演的PM2.5全球高精度产品数据集，结合GIS空间分析、地理加权回归（GWR）以及地理探测器等方法，系统地分析了成渝城市群城市化与PM2.5分布之间的关系。结果表明：（1）1998~2013年成渝城市群城市化速度较快，城市区域的PM2.5均值明显高于非城市区域，说明城市化对PM2.5具有一定的影响；（2）近16 a PM2.5重心与城市重心整体上都向东南方向移动，且两者每年在经度上的波动方向基本相反；（3）夜间灯光数据与PM2.5在空间分布上具有较好的一致性，且1998~2013年两者的GWR全局R2在0.86~0.95之间，相关性显著，研究区内城市化和人类活动对PM2.5的分布具有明显影响；（4）地理探测分析表明不同城市化因子对PM2.5影响差异显著，从2006到2013年城区人口密度和建成区绿化覆盖率逐渐成为成渝城市群PM2.5分布的主要影响因子。     

中国外来入侵动物的分布格局及其与环境因子和人类活动的关系

外来入侵动物给中国生物多样性、生态环境和国民经济带来严重影响。正确认识区域尺度上外来入侵动物的分布格局及影响因素对外来入侵动物的预测、管理和防治具有重要意义。通过资料搜集、采用聚类分析和排序等研究方法，分析了外来入侵动物的空间分布格局及自然环境因子和人类活动强度对外来入侵动物分布格局的影响。结果表明，中国报道现有外来入侵动物136种，其中昆虫最多，占整个外来入侵数量的56.6％。从入侵方式上看，外来入侵动物主要以无意引进方式引入，占整个外来入侵数量的53.6％。外来入侵动物物种在各省的数量和密度都呈现出由东南沿海向西北内陆减少的趋势，数据分析表明在较大尺度上纬度是决定中国外来入侵动物分布格局的主导因子，而在局部尺度上人为因素对其分布格局影响较大。     

三峡库区消落带农用坡地氮素流失特征及其环境效应

三峡库区消落带坡地的自发农用较为常见，消落带的这种利用方式可能加剧养分流失并对库区水环境造成影响。通过对库区2011~2013年3个落干期消落带农用坡地的地表径流、壤中流中氮素形态与浓度进行定位监测，研究消落带农用坡地氮素流失特征及其环境效应。结果表明：常规施肥下，消落带农用坡地侵蚀模数为1 443 kg/（hm2·a），落干期内坡地平均径流量为230 mm，径流系数为0.58，其中壤中流流量占总径流量的77%。历次降雨产流事件中常规施肥处理时，地表径流、壤中流中TN平均浓度分别是4.85±0.85、20.73±2.05 mg/L，落干期地表径流（泥沙）和壤中流的TN流失量分别为6.63±1.19、35.22±3.38 kg/hm2，分别占当季施肥量的2.2%、11.7%。可见，随壤中流流失是三峡库区消落带农用坡地氮素流失的主要途径。与常规施肥处理相比，减量施肥处理使地表径流（泥沙）、壤中流TN流失通量分别显著降低了25%、48%，表明减少氮肥用量可以显著降低消落带农用带来的环境风险，建议消落带农用地氮肥进行减量施肥，使其既不影响作物产量，也显著降低氮流失。 关键词： 三峡水库；消落带；地表径流；壤中流；氮负荷；减量施肥     

Ecological Zoning of Forests in Areas Exposed to Industrial Air Pollution

Morphometric characteristics of the growth of forest stands located at different distances from a large copper-smelting plant were estimated. The set of diagnostic parameters obtained was used for calculating summary parameters of the state (SPSs) of the forest stands and to grade their values for zoning the forests. The results of using semivariance analysis demonstrated the appropriateness of kriging, a method of spatial interpolation, for mapping the surfaces of the state of forests. The map-scheme of the zones differing in the state of forest stands (made on the basis of summary parameters) was compared with the topographic map of the area, which made it possible to estimate the effect of large forms of relief on the location and configuration of the zones.