Interpolation of the wind field in a terrain following coordinate system over complex topography

In mesoscale modelling of the atmosphere and in dispersion calculations often a terrain following, and therefore nonrectangular, coordinate system is used. In this paper the following questions are handled in a unified scheme: interpolation on such a nonrectangular grid, definition of the boundaries of a single cell and calculation of its volume. The interpolation is done in a boundary-following way and results in a rational interpolation formula. For comparison, two classical interpolation methods are briefly reviewed.     

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。     

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。     

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.     

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.      

船载雷达遥感图像的油膜快速识别方法

在溢油事故发生后,如何有效监测海上油膜是应急处置工作的重要保障。本文提出了一种船载导航雷达遥感图像的油膜快速识别方法：首先,采用垂直噪声检测算子与Otsu方法,提取原始图像中的同频干扰噪声;其次,应用线性内插平滑同频干扰噪声;再次,采用灰度调节矩阵与对比度受限自适应直方图均衡化方法,增强油膜区域内外的对比度;最后,对图像全局应用直方图双峰阈值法,快速提取海上油膜。实验表明,对比其他全局自适应阈值法,直方图双峰阈值法在油膜识别方面具有较强的适用性;对比局部自适应阈值法,本方法具有较高的效率。这种方法的成功应用,将为海上溢油的实时治理工作提供快速的数据支持服务。     

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。     

农田生态系统管理与非点源污染控制

随着化肥和农药大量使用,农业非点源污染已经成为全球水污染的主要来源．不同农田管理措施,如免耕、少耕、传统耕作方式,化肥和农药的使用量、使用方式以及使用季节,灌溉的不同方式,如沟灌、淹灌和喷灌等与农业非点源污染形成之间均有密切的关系,通过农田景观设计来控制非点源污染,可望在控制农业非点源污染方面起到指导作用．     

温排水监测海面采样与空间插值方法优化研究

本文以辽宁红沿河核电厂为研究对象，提出一种区别于传统放射性（La）的新的钟摆型（Lb）海面数据采集航线方案，同时基于对变分分析插值方法（DIVA）参数的校正，构建了温排水海面监测试验的最优化应用模式。在两种航线方案数据采集基础之上，分别采用反距离权重法（IDW）、克里金法（Kriging）、基于变分分析的插值方法进行空间拟合，分析不同结果的差异性和适用性。通过保留采样点的实测数据验证表明，Lb采集航线中的各方法误差绝对均值和均方差均低于La航线0.02左右，DIVA法误差绝对均值和均方差在Lb中均低于其他方法0.03以上；对基于遥感影像的交叉验证表明，Lb中各方法误差绝对均值在0.2~0.4之间，La在0.5~0.8之间，DIVA法在Lb中误差均值达到最小，为0.27。结果表明，钟摆型海面数据采集航线与基于变分分析插值方法相结合的模式有效的抑制了自然增温对温排水监测的影响，精度较高。     

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.      

矿物法治理重金属污染利弊分析

文章主要介绍了水体及土壤中重金属污染的治理方法,分析了现行化学法、物理化学法、生物法等存在的问题,阐述了矿物法治理重金属污染的优点和缺点,由于环境矿物材料具有原料来源广、加工工艺简单、生产成本低、可循环使用等特点,使矿物法治理重金属污染具有经济、简便、有效且不出现二次污染等优点,必将成为今后污染治理重要发展方向之一.     

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。     

非平稳型区域土壤汞含量的各种估值方法比较

准确地描述土壤重金属含量的空间分布对于防治土壤重金属污染是十分重要的.以分布类型为对数正态分布,同时具有一阶和二阶趋势效应的土壤重金属Hg为例,分别应用普通克立格法(OK),简单克立格法(SK),对数正态克立格法(LNK),泛克立格法(UK),析取克立格法(DK)和距离反比权重法(IDW)等6种内插方法对其进行了估值,综合比较了各种内插方法的预测误差、统计特征值及插值结果分布图.结果表明一阶趋势的OK方法比0阶和二阶趋势的OK方法插值结果要好.一阶趋势的OK方法中半方差函数模型选用高斯型的比选用球状和指数型的插值效果相对要好.由于"压缩"作用,原始数据经过对数转换后的插值效果要比没有经过转换的插值方法要差.带趋势项的插值方法要比不带趋势项的插值方法要好,其中一阶趋势的UK方法插值效果最好,而IDW方法最差.     

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。     

卫星遥感AOD反演地面细颗粒物浓度方法与效果

使用2015~2018年MODIS AOD产品融合地表气象资料反演了地面细颗粒物（PM_2.5）浓度,并以反演的PM_2.5浓度为依据,比较了地面PM_2.5观测资料的各种空间插值方法.结果表明：2015~2018年反演的PM_2.5平均浓度与地基观测平均浓度的R²达0.94;干季反演效果好于湿季,珠江三角洲反演效果好于非珠江三角洲地区,原因是湿季天气系统较不稳定,非珠江三角洲地区多山脉和秸秆燃烧,导致气溶胶标高、质量消光效率等假设误差较大.使用4种插值方法对地基观测的PM_2.5浓度进行插值,插值结果大致相当,反距离加权插值法较好,站点分布不均、部分区域站点密度小影响插值效果,建议在站点稀疏地区增加地面PM_2.5观测站点.     

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。     

1958—2009年松花江流域降水时空演变特征

利用松花江流域降水资料,采用克里格(Kriging)法进行插值,用Mann-Kendall秩次相关法分析降水系列的变化趋势,用集中度和集中期分析降水量年内分配特征等,分析了流域降水特征时空变化。结果表明:①1958—2009年52 a来流域年降水呈不显著减少趋势,降水由东部向西部递减,绝大部分地区年降水呈不显著减少趋势;②年内降水不均匀,大多集中在5—9月,6—8月最为集中,汛期(6—9月)降水占全年77.65%,呈不显著减少趋势;③流域年降水集中度很大,多年均值为0.682,呈东南小西北大的特点。年降水集中期为181.90°~187.68°,最大降水一般出现在7月20—26日,集中期地域差异不大,总体呈北高南低的特点,年降水集中度减少趋势不显著,集中期呈显著减少趋势。     

基于贝叶斯最大熵的黑土区小流域土壤有机质空间分布预测

进行w（SOM）空间预测研究,对掌握区域w（SOM）空间分布现状、实施精准农业以及保护区域生态环境都有着重要意义.以土地利用类型为辅助变量,将不同土地利用类型所对应w（SOM）的概率分布作为“软数据”,采用BME（贝叶斯最大熵）方法对我国东北黑土丘陵区海沟河小流域表层w（SOM）的分布情况进行空间预测,并与以w（TN）和土地利用类型为辅助变量的CK（协同克里格）方法进行比较,探讨两种方法的可行性与精度.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24.04 g/kg,空间变异程度为中等.w（SOM）与w（TN）呈极显著正相关,与土地利用类型存在较强的相关性,不同土地利用类型w（SOM）差异明显,w（TN）与土地利用类型能够用来辅助w（SOM）的空间分布插值.相较于CK方法,BME方法能更好地利用“软数据”进行空间插值,使对w（SOM）预测结果的平均误差（ME）、平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE）均有所降低,精度大幅提高,空间插值效果明显优于CK方法.研究显示,研究区w（SOM）以阶梯状自东向西依次递减分布,在南北方向上变化不大,空间变化特征较为明显,BME方法利用“软数据”插值后的结果能较好地反映研究区w（SOM）空间分布的实际情况.      

浅议海洋沉积物POPs标准物质研制技术

环境标准物质是以环境监测为用途,主要以环境基质为候选物,并对其中目标污染物进行定值的一类标准物质,海洋沉积物持久性有机污染物（POPs）标准物质是其重要的组成部分。本文重点综述了海洋沉积物POPs环境标准物质的研制技术。主要对海洋沉积物POPs标准物质研制程序如候选物、分析与定值方法及加工检验等进行了分析及论述,并对海洋沉积物POPs标准物质研制技术进行了展望。     

CO2 Mitigation: On Methods and Parameters for Comparison of Fossil-Fuel and Biofuel Systems

The replacement of fossil fuels by biofuels could be an important means of reducing net carbon dioxide (CO₂) emission. An estimation of the CO₂ mitigation efficiency of biofuel systems depends on the method and assumptions used. Here, different parameters and methods are discussed for comparing fossil-fuel- and biofuel-based systems. Three parameters are suggested: the monetary cost, the primary energy cost and the biofuel cost of CO₂ mitigation. They are defined as the difference in monetary expenditure, primary energy use and biofuel use between the compared systems, divided by the difference in net CO₂ emission between the systems. Cogeneration and separate production of electricity and heat is then compared using these parameters and the methods of multi-functional products or subtraction. In both methods, either electricity or heat is regarded as the main product and the other is regarded as a by-product. The multi-functional method is preferable due to its transparency as both the main product and the by-product are part of the functional unit. Using heat as the main product illustrates the typical situation that the heat demand limits the use of cogeneration. When comparing systems the output from them should not differ. If the by-product is not fully, cogenerated part of the by-product has to be produced separately. A logical choice for producing this part of the by-product is to use a similar fuel and technology as used for cogeneration.