多孔介质中污染物运移空间变异最优估计

论述了空间变异性分析的原理和方法,着重阐述不同估值方法在多孔介质污染物运移空间变异分析中的应用.实践表明,地质统计学方法能够弥补经典概率统计方法在评价区域化变量空间变异性方面的不足,从而对多孔介质中污染物运移的空间变异性做出更切合实际的分析与评价.     

江汉平原县域尺度土壤有机质空间变异特征与合理采样数研究

土壤有机质含量是衡量土壤肥力和评价耕地质量的重要指标。在县域尺度下,利用合理数量的样点反映其空间分异特征具有重要意义。论文选取位于江汉平原腹地的湖北省公安县为研究区,布设了4 045个样点并测定其有机质含量,采用半方差分析得到土壤有机质空间变异特征,基于Moran’s I揭示空间变异较大地区,并通过二分法的思想逼近最佳合理采样数值。结果表明：研究区土壤有机质分布呈中等空间相关性,有6个局部区域的空间变异明显高于邻近地区,采样点数量与插值精度呈正相关,合理采样数为598个。研究结果可以为江汉平原县域耕地质量监测和管控提供指导。     

城市区域土壤铅含量空间变异的多尺度研究进展

我国城市土壤仍存在Pb的严重富集,准确地评价土壤Pb污染水平和范围是进行科学的土壤Pb污染风险评估和管理的基础.城市土壤Pb含量的空间变异性强且结构复杂,现有的大多数研究在单一空间尺度上开展,不足以全面揭示空间结构特征,不利于促进更加科学的风险评估和管理.因此,探寻一种能够全面揭示城市土壤Pb含量的空间结构信息的方法尤为重要.为了实现这一目的,本文首先分析了造成城市土壤Pb含量高空间变异性的主要因素:污染源的多样性、污染过程的层次性,以及城市景观的异质性.在此基础上归纳出城市土壤Pb含量的空间变异特征——由3个空间层次嵌套而成的等级结构.在此概念性的空间结构之上提出一个基于地统计学理论、以线性混合效应模型为核心的方法框架,可以将城市土壤Pb含量的空间结构划分为3个层次:全局趋势、具有空间自相关的随机变异以及异常高值点.最后,提出完善城市土壤Pb含量空间变异多尺度研究的重点是:探讨更加高效的空间抽样策略;确定特征尺度.     

山东省典型金矿区土壤重金属空间特征分析与环境风险评估

以山东省典型金矿区——焦家式金矿带为研究区,系统采集了77个表层土壤样品并对Cu、Pb、Zn和Cr的含量进行了测定;采用空间统计分析方法对重金属的空间变异结构、分布规律及潜在污染风险进行了研究.Cu、Pb、Zn和Cr的平均含量分别为19.41、27.32、49.81和39.27 mg·kg-1.半方差函数拟合表明Cu和Pb属于中等空间自相关,空间分布呈岛状;而Zn和Cr为结构性空间变异,受自然因素的控制,空间分布呈带状和岛状.热点分析与指示克里金插值结果表明,金城镇、辛庄镇与蚕庄镇的交界地带重金属环境风险较高,南部则为安全区,其中Pb的超标概率最大且中高风险区分布范围广泛.研究结果可为研究区土壤重金属污染评价和调控提供参考和依据.     

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。     

沿海资源富集区景观格局脆弱度的时空演变特征分析

探究最佳尺度下景观格局脆弱度的时空演变特征,有助于生态环境保护和功能优化.选择沿海资源富集区招远市为研究区,以2008年、2013年、2018年三期土地利用数据为基础,借助信息损失评价模型和半变异函数确定最佳空间粒度和幅度,构建了研究区景观格局脆弱度评价模型;运用普通克里金插值方法,得到研究区景观格局脆弱度分布图;利用...     

改进的模糊综合评价法及在河道水质评价中的应用研究

基于传统模糊综合评价法权重和最大隶属度原则的不足,建立改进的模糊综合评价法,采用超标倍数法和熵权法组合确定权重,并以加权平均得分BT作为同级别水质优劣比较和水质类别判定的依据,最后用改进的方法对苏州古城区2013年河道水质进行综合评价.结果表明:苏州古城区水质整体较好,水质以Ⅲ、Ⅳ类为主.但水质空间变异明显,呈现出城北水质比城南好,主河道水质比小河道好的特点.与传统的模糊综合评价相比,改进的模糊综合评价法弥补了传统方法的缺陷.     

黑土丘陵区小流域土壤有机质空间变异及分布格局

土壤有机质的空间变异和分布格局是土壤科学领域研究的热点.在经典统计学和地统计学的基础上,结合"3S"技术,对黑土丘陵区海沟河小流域土壤表层(0~20 cm)中有机质的空间变异、分布特征及影响因子进行深入探讨.结果表明,海沟河小流域土壤有机质含量在黑土区处于较低水平,变异程度为中等变异,且存在空间自相关性;土壤有机质的空间变异受人类活动、耕作措施等随机因素影响很小,受结构性要素影响较大,空间上各向异性显著;土壤有机质含量从东向西逐步减小,以高程为协变量的协同克里格插值能够提高空间插值精度.土壤有机质空间分布受地形地貌等自然因素以及受其制约的土地利用的影响较大,受交通道路、居民点等要素的影响较小;采样点周边环境会增加有机质的空间变异和分布的不确定性.以流域为单元,进行SOM的空间变异、分布及影响因子研究具有重要意义和科学价值.     

典型农区耕作土壤重金属空间变异的稳健性分析

以鲁西北典型农区禹城的耕作土壤重金属Cr、Pb含量为例,针对其偏态分布特点与变异函数的非稳健性,研究了克瑞西-豪金斯法(C-H)、中位调节法(MA)、中位数中位偏差法(MMD)和位置的Huber估计(HB)4种稳健统计方法对土壤重金属变异函数的稳健处理效果,交叉检验了各稳健处理变异函数模型用以克里格估值的精度,分析了该地区耕作土壤重金属的空间分布特征。结果表明:研究区土壤Cr、Pb含量变异性较强且其频数分布均呈强烈偏态特征;稳健处理使得变异函数的块金值、基台值总体降低,块金值/基台值和拟合精度均不同程度升高;C-H法和MMD法稳健处理下,土壤Cr、Pb含量克里格空间预测的精度最高,是较优的稳健处理方式;研究区土壤Cr、Pb含量的空间分布呈现局部斑块状的分布格局,目前耕地土壤环境质量良好。该研究结果为该地区耕地环境质量评价和重金属污染防控提供科学依据。     

复杂景观中营养型非点源污染物时空变异特征分析

非点源污染的形成不仅受到地表物质来源、景观格局的影响,同时还受到土壤侵蚀过程、降雨过程、灌溉过程、地表和地下水文过程的影响.由于影响非点源污染的因子复杂多样,从而导致它的时空变化较大.正确认识非点源污染的时空变异特征对于科学布设监测点和研究它的变化规律具有重要意义.本文通过野外定点监测,研究了非点源污染的时空变异.结果发现:①干旱年份各种污染物空间变异小于降雨正常年份.②对于不同污染物,无论在干旱年份还是正常年份,地表水中固体悬浮颗粒物的空间变异均较大,其他污染物的空间变异相对较小.③对于固体悬浮颗粒物,干旱年份不同水文期之间的空间变异比较接近,而正常年份的空间变异不同水文期之间差异较大.④非点源污染季节变异较小的监测点主要出现在具有稳定水源和地表径流季节变化较小的地区;而非点源污染空间变异较大的监测点主要出现在山区河流上游地表径流季节变化明显、农业用地面积较大且地表径流季节变化较大和明显受到点源污染影响的地区.     

基于变维分形理论的滑坡空间分布特征研究

为了对滑坡的空间分布特征进行定量的研究,以香溪河流域高阳—官庄坪段为例,基于变维分形理论对滑坡空间分布的分形模型进行了优化,定量地得到了各影响因子与滑坡空间分布之间的敏感性关系,同时对滑坡空间分布的成因进行了定性分析,结果与利用分形理论得到的定量敏感性关系相一致,表明优化的分形模型具有可靠性。     

基于SAVEE方法的海岛空间价值评价——以南沙群岛为例

对SAVEE评价方法的理论基础、分析步骤、应用条件和优缺点进行了系统归纳和总结,构建了SAVEE评价分析模型。以南沙群岛的空间价值评价为例开展实证研究,尝试将SAVEE方法应用于海岛空间价值评价。结果表明:SAVEE评价法计算简便,可操作性强,能够量化体现每个因子价值,评价结果清晰易懂。SAVEE为空间价值评价方法提供了新的选择,具有极大的应用前景。     

重庆市大气污染物的空间统计分析

利用空间统计分析方法(spatial statistics analysis),借助GIS,分析了重庆市3种主要大气污染物TSP,SO₂和NO_x质量浓度在空间上的分布特点.研究表明,在"九五"期间和2002年2个时期,重庆市大气污染物在空间上均呈不均衡分布.整体上,SO₂的空间自相关性很强,属集中分布模式;TSP的空间自相关性较弱,属于随机分布模式;NO_x处于二者之间.局部相关性分析表明,大部分区县的大气污染物之间相关性较弱.此外,利用缓冲区和内插浓度表面法分析了2个时期的污染物质量浓度随离行政中心距离变化的趋势,发现ρ(TSP)和ρ(SO₂)在各地带内均有明显削减,而ρ(NO_x)削减不显著;ρ(SO₂)和ρ(NO_x)随距行政中心距离增大下降,但ρ(TSP)随距离增大而增加.3种污染物质量浓度都在离行政中心50～60 km的地带发生明显变化,由此得出目前重庆市大气污染物空间分布的特征距离为50～60km.      

珠江三角洲都市圈旅游空间均衡发展

考察珠江三角洲都市圈旅游空间均衡发展状况并探讨其机制。计算各城市旅游发展区位商,显示区位商≥1的城市数目有增多趋势;其旅游收入和旅游人数占都市圈整体平均百分比有下降趋势,2000年为19.76%,2008年下降至12.83%。珠江三角洲都市圈旅游发展在空间上趋向均衡合理,旅游空间均衡发展在时间上呈增强趋势。运用系统聚类方法,选取2007年统计数据,考察珠江三角洲都市圈旅游发展空间结构现状,发现其内部城市可以划分三个等级,即广州和深圳属第一等级,第二等级包括珠海和东莞,佛山、惠州、江门、中山和肇庆属第三等级。最后借助空间相互作用理论,从互补性、可达性和替代性等方面探讨了珠江三角洲都市圈旅游空间均衡发展的机制。     

基于面向对象理论的区域生态环境综合评价

以龙口市为例,在分析区域生态环境特征的基础上,尝试应用面向对象的理论构建评价系统; 结合RS、GIS技术与数学模型方法提取评价因子,建立基于GIS栅格数据的空间模糊评判模型进行综合评价分析.结果表明:2008年龙口市生态环境状况总体良好,优等级占总面积的24.75%,良等占41.78%,中等占5.29%,差等占28.18%,但与1996年相比有下降趋势;生态环境的空间分异明显,表现为从西北沿海到东南内陆逐渐好转; 3个典型分区的生态环境状况各异,其变化趋势也有所差别; 气候条件、土地利用状况、工业生产建设、人口迁移等因素对研究区生态环境状况及演变起主要作用. 根据研究区的实际情况,并对比热岛效应的空间分布,可确定该方法合理有效, 是对当前区域生态环境综合评价方法的有益补充.     

五道梁高寒草原土壤水分和植被盖度空间异质性的地统计分析

青藏高原高寒草原区,由于长期冻融和地下冰的存在形成了独特的生态水文结构,土壤水分是控制高寒草原生态过程的关键因子。利用地统计学对多年冻土区高寒草原土壤表层含水量和植被盖度的空间变异性进行研究,结果表明,高寒草原生态系统浅层剖面(0~50 cm)土壤水分和植被盖度均符合正态分布,土壤含水量沿垂直方向逐渐增大,介于19.43%~25.37%之间,变异系数介于23.77%~40.92%;植被盖度具有强变异性,变异系数为47.99%。0~50 cm土壤含水量具有高度的空间异质性,其中91.1%的空间异质性是由空间自相关部分引起的,主要体现在10~190 m的中尺度上;植被盖度在研究尺度上具有中等程度的空间自相关,植被盖度随机部分的空间变异性占总空间变异性的比例为34.2%,主要体现在10 m的尺度内。各向异性分析表明,土壤水分和植被盖度具有明显的各向异性,其空间格局有明显的差异。     

Spatially realistic theory of metapopulation ecology

Much of spatial ecology since the late 1960s has been dominated by two theories, the dynamic theory of island biogeography and the classical metapopulation theory. The latter theory largely replaced the former one in the 1980s, especially in conservation applications. It is only recently that ecologists have fully realized that a relatively simple general theory can be readily constructed that makes some of the simplifying assumptions of the two earlier theories unnecessary. The spatially realistic metapopulation theory thereby provides a more unified framework for spatial ecology than the island theory or the classical metapopulation theory. This article describes the application of the spatially realistic metapopulation theory to real metapopulations living in highly fragmented landscapes. I discuss the principal messages for population ecology and conservation biology, and I also place this theory into a broader context of other approaches to spatial ecology.     

生态恢复背景下关中地区城镇与植被空间优化协调研究

针对关中地区城市化土地利用与生态建设的关系,利用2000年和2008年的TM、ETM+与MODIS影像,在不同尺度的格网下,基于土地利用度、生态位理论、廊道与点轴理论,并采用对山脊线山谷线提取的方法,从格局、过程和机理等角度进行研究,实现区域格局优化,并进行功能分区。研究结论如下:①研究区2000—2008年东部与中部土地利用程度增加、西部与南北部分土地利用程度下降,而LAI整体上增加显著,城市发展与植被恢复相对协调;②基于空间生态位理论,绝大多数区县的现实生态位都超过基础生态位的50%,表明调控可从区县所辖乡镇进行,并按照现实生态位范围进行城市发展阻力测算;③选用基于DEM的山脊线山谷线提取方法,获得关中地区景观生态廊道、城市发展轴线和缓冲区,并据此将研究区乡镇分为城市扩展型、双轨并重型、生态建设型。     

旅游景区(点)系统空间结构随机聚集分形研究——以南京市旅游景区(点)系统为例

根据旅游景区(点)系统自组织演化的特征,以南京市旅游景区(点)系统为例,采用随机聚集分形的方法对其空间结构进行了研究。认为景区(点)系统的演化类似于有限扩散集团凝聚模型,得出景区(点)系统空间结构是分形的,具有比较明显的随机聚集分形结构,在不同的地理区域上表现为不同的系统演化时段,空间结构上的向心性作用也有强弱之分,从系统的聚集中心向四周是景点密度衰减的。指出随机聚集维数的测算与分析是景区(点)系统空间结构自组织优化趋势的判据,同时提供了优化的途径。     

动态生命周期评价的研究与应用现状

生命周期评价（LCA）在理论和实际应用中存在一些局限性,包括清单和评价方法缺乏时间维度和空间维度,主要表现为缺乏对产品能源系统随时间变化的考虑,使用静态的过时的清单数据而非基于时间的动态生命周期清单数据,以及影响评价方面缺乏动态特征因子的选择和计算方法.动态生命周期评价（DLCA）是针对工业和环境系统的时间和空间变化的动态建模过程的评价方法,可大大提高传统生命周期评价的科学性和准确性.本文从3个方面对动态生命周期评价方法进行总结和评述,即将时间信息作为不确定因素的动态建模分析;生产过程或污染物排放的实时数据的获取;基于时间分化的动态特征因子的影响评价方法.通过目前的动态生命周期评价的研究现状来看,其方法框架并不统一,另外缺乏科学的时间分化的LCI计算的数学模型和软件以及生命周期影响评价的建模解决方案.因此,本文对DLCA未来的发展进行展望,以期为LCA方法的研究、应用、发展和完善提供更多的支持.