一种改进的Cressman插值方法在渤海表层总氮数据处理中的应用

根据渤海常规监测站的站位分布特征,提出了一种用来处理渤海表层总氮数据的改进的Cressman插值（MCI）方法。由渤海常规监测总氮数据反应的污染状况设定污染物浓度的两种理想分布,通过理想实验发现利用MCI方法插值得到的误差比传统的Cressman方法、Kriging方法和Local Polynomial（LP）方法更小,验证了MCI方法的有效性。实际实验利用交叉验证方法来计算插值的误差,并用MCI方法插值出2009年和2010年共4个月份的表层总氮空间分布,为渤海污染状况分析提供较为准确的数据支持。     

Testing interpolation and filtering techniques in connection with a semi-Lagrangian method

In air pollution models, semi-Lagrangian methods are often used to solve the advective part of the corresponding model equations. Interpolation is an essential part of these methods. In this paper, five different interpolation methods will be discussed and results of numerical experiments will be presented. To keep the concentration field non-negative, filtering techniques are used. A monotone interpolation method is also examined.     

双壳类壳体时间序列的建立方法及存在的问题

利用双壳类壳体提取古气候古环境信息是生物碳酸盐研究的热点,而壳体定年一直是研究中的难点。相关研究主要观点是先找到一些时间控制点,再按照线性内插法来确定壳体的时间序列。本文综述了国内外目前双壳类壳体定年的常用方法,根据时间控制点的获得将这些方法归为以下几类:壳体日生长层法、壳体氧同位素法、数字图像技术法和微量元素法,介绍并讨论了每种方法的应用和存在的不足。研究者应该根据具体研究的生物和环境选择适合的方法。     

哀牢山山区降水时空分布的影响因素及插值方法比较

为了研究哀牢山山区降水的影响主要因素并探索适于山区降水的空间插值方法,本文利用研究区内30个地面测站10年(2005~2014)的降雨实测数据,根据降雨的时间分布特征,将研究时段划分为年季、干季和湿季,并对影响降水的因素进行空间自相关分析,确定并组合得到影响降水的主要因子,使用留一法交叉检验插值精度,通过分析验证,寻求最优的降雨插值方法。研究结果表明,1)影响降水的主要因子为高程、纬度、坡度、坡向和主风向效应指数(PWEI);2)影响年季降水变化的主要因子为高程、纬度、坡度和坡向;影响湿季降水的主要因子为高程、纬度、坡度和PWEI;影响干季降水的主要因子为高程、坡度、纬度和坡向;3)插值过程中结合环境特征引入影响降水的因子,很大程度上提高了插值结果的精确性。由此可见,降雨插值精度不仅和插值方法本身的结构有关,更重要的是在降水特征的基础上合理筛选及引入主要环境影响因子。     

基于原位PXRF数据的土壤锰、锌污染分布协同克里金插值与高分地图绘制

高分辨率土壤重金属污染绘图(HRMMs)有助于准确识别需要进行风险管控或修复的区域.传统HRMMs基于网格模式土壤采样,开展化学分析并采用地质统计插值方法绘制污染分布地图,成本高、速度慢,且不适合高度异质性污染场地.该研究提出了一种通过多元非线性回归改善便携式X射线荧光分析(PXRF)数据,采用改进的PXRF数据进行协同克里金插值,以及HRMMs地图绘制和重金属污染分布预测的新方法.为了支持模型的建立和验证,选择我国西北某锰、锌污染场地开展研究.结果表明：(1)引入PXRF数据作为协同克里金插值的辅助变量能有效提高插值精度,而校正的PXRF数据可进一步提高空间刻画精度.重金属Mn和Zn的校正PXRF协同克里金插值较原始PXRF协同克里金插值的平均误差分别降低了4.5%和78.2%.(2)主变量点位密度的变化会改变校正后PXRF协同克里金插值的精度.以Zn为例,当主变量点位密度大于4个/(104 m²)时,校正后的PXRF协同克里金插值的精度显著降低.(3)增加辅助变量点位密度可显著提高协同克里金插值精度.当辅助变量点位密度增至7个/(104 m²     

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。     

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。     

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.      

基于分形维数权重的南水北调东线源头水质评价研究

水质评价问题的实质是对水质现状和各评价因素间的函数关系的逼近,是一种复杂的非线性问题.针对水质评价指标之间的非线性关系,提出了基于分形维数权重的水质评价方法.为有效地评估南水北调东线源头的水质现状,首先选取影响水质评价的7个主要因素,根据标准等级水体分类标准,采用在等级标准中随机内插的方法,得到50个标准等级样本,并根据样本综合评估值与经验等级之间的关系建立分形插值评价模型;最后,以长江江都市芒稻河断面2001—2008年的年平均水质监测数据为例对模型进行验证.结果表明,该方法可以通过分段函数得到每个样本的具体得分值,因而具有较高的分类精度,为水质评价提供了一种较好的新方法.     

水质综合评价的遗传投影寻踪插值模型

为解决各单项水质评价指标评价结果的不相容问题 ,提高水质综合评价各层次的分辩力和评价模型的精度 ,本研究采用大样本数据 ,利用投影寻踪、遗传算法、插值型曲线和水质评价标准 ,为水质综合评价建立了一种新的数学模型———遗传投影寻踪插值模型 (GPPIM)。实例研究表明 ,GPPIM建模方法直观、可靠、精度高 ,既具有较强的分类功能 ,又具有较好的排序功能 ,可广泛应用于各种环境质量的综合评价。     

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.     

基于模糊数学与集值统计的既有建筑火灾危险性评估模型

建筑火灾危险度的评价具有评判参数较多、评判结论模糊、评判过程复杂的特点,一般采用模糊数学的方法加以解决,但是模糊数学有一个明显的缺陷就是评价结果为一个向量,而不是一个点值,其结果不够直观,而集值统计方法可以很好地解决此类问题.本文在前期研究中已建立的建筑火灾危险性模糊评价模型的基础上,通过在模糊数学中引入集值统计方法,...     

地块尺度城市土地质量地球化学调查方法:以雄安新区起步区为例

以土地质量地球化学调查评价成果服务于城市土地资源精准管护为目标,选择中国城镇化探路者的雄安新区起步区为研究对象,采用差异化分类布设样点,开展不同采样密度条件下地块尺度土壤元素空间插值精度、地块（图斑）插值精度和地球化学预测评价等级准确度的定量评估研究.结果表明：①采用差异化分类布设样点方法使平面上随机分布的区域地球化学量变值在每一个地块（图斑）都有明确的量值反映,能满足城市土地资源精准管护对单一地块（图斑）具有质量属性的基本需求;②研究区土壤元素指标空间变异性以轻中度为主;其中Hg、Pb、Cd、Cu、Zn、N、P和Se受人类生产活动影响,具有较高的空间变异性;③相同采样密度条件下,元素含量空间变异性越大,其空间插值精度和图斑插值精度越低;同一种元素插值精度受采样密度的影响,但采样密度的增大并不一定能够识别土壤元素含量的结构性连续组分;区内土壤环境本底清洁,重金属含量低于GB15618-2018标准,其插值评价等级和实测评价等级结果基本一致;养分指标N、P和K含量区间变化大,受人为扰动和空间变异性等因素影响,其预测等级和实测等级差异较大;④采用16点·km^-2的采样密度开展地块尺度城市土地质量地球化学调查评价可以满足研究区及类似地区城市土地资源精准管控的需求.     

黄河三角洲灌区农业配水分析

地处黄河三角洲的东营市共有六大农业灌区,由于黄河经常发生断流,且每年的来水量不断减少,因此,对各个灌区进行合理配水是一个亟待解决的问题。由于统计区域边界与灌区边界不一致,论文应用遥感作为辅助数据对统计数据进行了面插值,获得了各灌区的统计数据,然后应用经济学中边际效益原理,计算了各灌区的农业用水边际效益,从而获得了各灌区的农业用水边际效益曲线,根据边际效益曲线建立了黄河三角洲各灌区的农业配水模型。该模型从经济效益最大化的角度较好地解决了黄河三角洲农业水资源的合理分配。     

区域水资源开发利用程度综合评价的GPPIM

水资源开发利用程度评价是一个由多指标组成的复杂巨系统,其难点是如何合理地建立评价该系统的数学模型。当前的评价模型随着评价内容的不同而变化,精度较难控制。为解决单项水资源开发利用程度评价指标评价结果的不相容问题,提高水资源开发利用程度综合评价各层次的分辩力和评价模型的精度,论文采用大样本数据,利用投影寻踪、遗传算法、插值型曲线和水资源开发利用程度评价标准,为水资源开发利用程度综合评价建立了一种新的数学模型---遗传投影寻踪插值模型(GPPIM)。实例研究表明,GPPIM建模方法直观、可靠、精度高,既有较强的分类功能,又有较好的排序功能,可广泛应用于各种水资源问题的综合评价。     

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。     

资料同化方法在空气污染数值预报中的应用研究

基于第5代中尺度非静力气象模式MM5以及区域气溶胶和沉积模式REMSAD耦合的空气污染数值预报模型系统,分别采用最优插值法和集合卡尔曼滤波法对南京2002-08～2002-09 NOx和SO2模型预报结果进行了资料同化试验,结果表明,NOx和SO2经最优插值法同化后偏差平均值的改进率分别为34.20%、47.53%,均方根误差的改进率分别为31.95%、42.04%;NOx和SO2经集合个数为30的集合卡尔曼滤波法同化后偏差平均值的改进率分别为26.73%、60.75%,均方根误差的改进率分别为25.20%、55.16%;说明最优插值法和集合卡尔曼滤波法都具有改善空气污染数值预报中污染物浓度初始场的作用.进行了集合卡尔曼滤波法中集合个数为61时2种同化方法同化效果比较的试验,结果表明,随着集合卡尔曼滤波法集合个数的增加,NOx和SO2的同化效果都较集合个数为30时有所改善,并且,集合卡尔曼滤波法对NOx和SO2模式预报结果的改善效果将好于最优插值法.     

基于随机森林评价的兰州市主城区校园地表灰尘重金属污染

将2018年1~12月兰州市主城区校园地表灰尘重金属元素含量计算得到的综合污染指数（P_N）和潜在生态风险指数（RI）作为训练集,使用11个影响地表灰尘重金属污染和积累的特征参数,利用随机森林算法对信息采样点的P_N、RI进行估算,分析了地表灰尘重金属污染的时空变化特征,并对传统算法插值结果和随机森林插值结果进行了比较.结果表明,研究区地表灰尘重金属各元素浓度均高于本地背景值;研究区P_N排序为城关区 > 西固区 > 安宁区 > 七里河区,RI排序为城关区 > 西固区 > 七里河区 > 安宁区,P_N和RI在空间分布特征上很相似,都位于交通枢纽或市中心;P_N在冬季和夏季出现高值,RI高值则出现在冬季,冬季高值主要源于采暖燃煤源的增加;空间插值结果对比表明随机森林插值结果优于传统算法插值结果.     

基于改进麻雀搜索算法优化BP神经网络的土壤有机质空间分布预测

土壤有机质是衡量土壤肥力的重要指标,提高区域有机质空间分布预测精度十分必要.利用黄河流域卫宁平原采集的1 690个土壤表层（0~20 cm）有机质及自然环境、人类活动数据,通过1 348个点采用经典统计学、确定性插值、地统计插值和机器学习的方法分别建立了土壤有机质空间分布预测模型,以342个样点数据为测试集检验分析不同模型预测精度.结果表明,卫宁平原土壤表层ω（SOM）的平均值为14.34 g·kg^-1,1 690个采样点土壤有机质变异系数为34.81%,为中等程度变异,呈现出东北部、西南地区含量低,中间黄河左右岸和地势平缓的黄河阶地相对含量高的空间分布趋势.4类方法的预测精度大小为：机器学习法>地统计插值方法>确定性插值方法>经典统计学方法.通过对比,基于改进麻雀搜索算法优化的BP神经网络预测精度最好,改进后的麻雀搜索算法具有更优的收敛精度,避免了陷入局部最优,防止了数据过拟合,具有较好的预测能力,该优化算法可以提高土壤有机质含量预测精度,在土壤属性预测上有良好的应用前景.     

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.