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。     

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.     

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     

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。     

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.     

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。     

川中丘陵县域土壤pH空间变异及影响因素分析——以四川仁寿县为例

利用2012年在仁寿县采集的555个表层土样(0~20cm),应用地统计学方法分析了该县域尺度表层土壤pH值的空间变异特征;并采用方差分析和回归分析量化主要影响因素对土壤pH值空间变异的影响程度。结果表明:研究区土壤pH值在4.02~8.14之间,平均为6.80,总体上以中性和碱性土壤为主;变异系数为14.48%,属中等程度的空间变异性。地统计分析表明,研究区土壤pH值变异函数的最佳理论模型为球状模型,具有中等程度的空间自相关性,且空间自相关范围较大。方差分析和回归分析表明,土壤类型、成土母质和土地利用方式是显著影响土壤pH值的主要因素。其中,成土母质和土地利用方式分别能独立解释76.2%和4.8%的土壤pH值空间变异。土壤类型的解释能力与分类级别有关,土类、亚类和土属可分别独立解释41.3%、57.3%和83.7%的土壤pH值空间变异,因而能反映成土过程和母质特性的土属是研究区土壤pH值空间变异的主控因素。研究结果可为川中丘陵县域尺度土壤pH空间变异分析及区域生态环境管理与建设提供有益参考。     

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。     

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     

城郊农田土壤Pb、Cd的空间变异与评价研究

为了研究城郊区域农田土壤重金属的空间分布特征与质量状况,采用ArcGIS缓冲分析和地统计分析模型分析了长沙城郊农田土壤Pb、Cd的空间变异规律;运用单因子评价法对土壤Pb、Cd的质量状况进行了现状评价;采用Hakanson法对农田土壤Pb、Cd进行了潜在生态风险评价。结果表明,土壤Pb、Cd含量大部分处于Ⅰ级水平（背景状况）,但两种元素均存在不同程度的累积,尤其是Cd的累积程度更为突出。土壤Pb、Cd的平均含量在20km以内、20～40、40～60 km的缓冲区由近至远均呈下降趋势,表明城市人类活动在一定空间尺度内对城郊区农田土壤Pb、Cd含量有较大影响;通过半变异函数分析,土壤Pb、Cd在较大范围内存在空间相关性,Pb和Cd的空间变异均是由结构性因素和随机性因素共同作用引起的。Pb、Cd的单项累积指数和潜在生态危害系数均呈现出近郊>远郊>中郊的趋势,各区域土壤Cd的潜在生态危害趋势较土壤Pb更明显,城市近郊南北方向区域及远郊局部工矿聚集区是农田土壤Pb、Cd的累积程度和污染风险较高的区域     

不同空间尺度的江苏省区域经济差异研究

运用基尼系数、空间自相关等方法分析改革开放以来县域和地级市空间尺度下的江苏省区域经济差异变化及其空间机制。研究表明:改革开放以来江苏省县域和地级市尺度的区域经济差异在2008年前均呈扩大趋势,以后差距缩小,且县域尺度大于地级市尺度。在县域和地级市尺度上江苏省区域经济差异均存在明显的空间正相关关系,且不断增强,在县域尺度空间集聚更强。在地级市水平上,苏北的低水平集聚是其产生区域差异的主要原因,而在县域尺度上则苏南的高水平集聚是江苏区域差异主要原因。针对江苏省区域经济差异重点关注县域尺度的区域差异,在地级市尺度上侧重提升落后地区发展水平,而在县域空间尺度上以促进高水平地区的空间扩散为主。     

岷江上游植被生境适应性空间分异格局的间隙度分析

了解岷江上游不同植被生境适宜性类型在整体和局部上的空间分异格局对植被生境管理和修复具有非常重要的意义。基于岷江上游4类植被生境适宜性类型空间分布图借助分形和贝叶斯理论,建立间隙度指数模型和多水平贝叶斯模型,实现定量表征不同植被生境适宜性类型在整体和局部空间上的聚簇和分异程度。结果表明:1)汶川在Ⅰ~Ⅳ类、Ⅲ类和Ⅳ类生境适宜性下的间隙度指数最大,其对应的空间分异尺度为3 000 m(即为30倍网格边长,网格边长为100 m)、2 900 m、2 800 m,而松潘在Ⅰ类和Ⅱ类型下的间隙度指数最大,其空间分异尺度为3 000 m、2 700 m。2)Ⅰ~Ⅳ类、Ⅰ类和Ⅱ类生境适宜性分别在汶川、松潘和理县的间隙度维数最大,空间格局聚簇性较小,进一步证明空间分异尺度较大,而Ⅲ类和Ⅳ类生境适宜性在茂县的间隙度维数最大。岷江上游植被生境空间分异格局的间隙度分析,可以为研究生境空间格局及其生境管理尺寸在整体和局部上的差异提供必备的条件和依据。