空间变异函数的数学模型及参数反演

空间变异函数在克里格估计中占有重要地位.基于椭圆分布函数可导出两类空间变异函数的数学模型.一类是只考虑变程各项异性的模型,称之为AE模型;一类是只考虑拱高各项异性的模型,称之为CE模型.传统的方法需要先进行空间变异函数的拟合,然后进行克里格估计.交叉检验方差是评价估计精度的一项重要指标.根据克里格方程组的重要性质,克里格估值仅与标准变异函数有关,对标准变异函数进行线性变换得到新的变异函数不会改变克里格估值和交叉检验方差.因此,用拟合方法获得的最优变异函数进行交叉检验,通常并不能有效地降低交叉检验方差.如果直接以交叉检验方差为目标函数进行参数反演,则可以有效地解决这个问题.变异函数数学模型一般含有5个参数,其中2个是线性变换作用.进行交叉检验时只需研究标准变异函数的3个参数,从而可以降低参数反演的复杂度.研究表明:较之AE类模型CE类模型具有更强的适应性,通常可获得更小的交叉检验方差;鉴于评价面非常复杂,将遗传算法(GA)应用于参数反演是可行和有效的.滦河流域降水量空间插值实例表明,交叉检验均方差降幅分别为11.7%和29.8%.     

新疆北疆土壤养分空间变异特性的初步研究

测定了36个土样的有效养分(碱解氮、有效磷、有效钾、有效锌)和有机质的含量，结果表明，碱解氮、有效磷、有效锌、有机质和有效钾含量的空间自相关性较强。采用Kriging指数模型的拟合效果最佳。对试验点空间预测结果说明，土壤碱解氮、有效磷、有机质含量的空间变异程度大，而有效钾、有效锌含量的空间变异程度小。     

土壤有机质空间变异特征研究

以面积4．7hm^2的农田为研究区，采用网格法选取了92个观测点取样，测定0～15cm耕层土壤的有机质含量。结果表明，土壤有机质表现为强烈的空间自相关，有机质的空间变异性主要由结构性因素引起，其变异函数符合指数模型。     

汾西灌区冬小麦田间土壤含水量空间分布研究

选取山西省临汾市汾西灌区一块约20 hm2的冬小麦试验田,在实测田间土壤含水量的基础上,利用地统计学方法,分析了田间土壤含水量的空间变异结构,并采用克里金插值技术研究了冬小麦田间土壤含水量的空间分布格局,为灌区墒情检测和农田灌溉管理提供科学指导.     

普通Kriging法在空间内插中的运用

用克里格法进行插值不仅能获得预测结果，而且能够获得预测误差．克里格法也是求线性最优、无偏内插的一种方法．该方法优于最近距离插值、距离反平方插值等任何一种线性插值方法．普通克里格法在克里格法中是使用较广泛的一种方法．     

新疆阜康土壤微量元素的空间变异分析

运用地统计方法,研究了新疆阜康地区土壤表层微量元素的空间异质性特征.结果表明:4种微量元素的空间异质性主要是结构性因子和随机因子共同作用的结果.土壤微量元素的变异函数均可很好地拟合成高斯模型,块金值和基台值之比均为25%～75%,为中等强度的空间相关性.研究区土壤微量元素质量分数空间变异具有各向异性特征,表现为二阶趋势效应.Moran's I系数分析表明4种微量元素均呈现一定强度的空间自相关关系.土壤微量元素质量分数的等值线图分析表明,不论在什么方向上,土壤微量元素质量分数呈现一定规律分布.     

滨海平原区土壤电导率的空间变异规律研究

为了确定滨海平原海涂围垦对土壤盐分的影响,本研究借助于常规统计与地统计相结合的方法,对比分析了纵跨慈溪滨海平原的不同围垦区的电导率数值,分析其空间结构,并进行空间预测。研究表明:1)海涂围垦区电导率呈强空间自相关性,相关距离与七塘位置密切相关;2)通过一维空间插值发现,从山前平原到海岸带呈现有规律的增加趋势,在七塘位置附近发生突变;3)根据土壤电导率与盐分含量的线性相关方程,确定研究区土壤含盐量的数值,并对土壤含盐量进行等级划分,七塘是盐土与非盐土的主要分界限。围垦是制约土壤电导率与土壤盐分空间分布的主导因子,在围垦历史的影响下,土壤类型与土地利用类型也随之发生变化。了解土壤盐分的分布规律,可以为作物种植、施肥灌溉等精确农业措施的实施提供数据基础与科学依据。     

闽东南土壤重金属空间分布特征及污染评价

基于ArcGIS和地统计学方法分析了闽东南区域土壤砷、镉、铜、汞、铅、锌6种重金属元素含量的空间变异特征,同时采用单项污染指数、内罗梅综合污染指数进行区域土壤污染评价.研究结果表明:该区域土壤铜、铅元素块金效应介于25%～75%之间,其空间变异是由随机因素与结构因素共同作用的结果;砷、镉、汞、锌元素的块金效应均大于75%,其空间变异主要是人为等随机因素引起.以土壤环境质量二级标准值为参考,汞、铜、镉元素超标率分别为8.2%、4.19%、3.16%,为主要污染物,而砷、铅、锌的超标率均低于1%,单项污染程度依次为:汞>铜>镉>砷>锌>铅;土壤中属于清洁与尚清洁的点位占该区域的91.36%,轻度污染的占8.11%,中度污染的占0.53%,没有出现重度污染.     

黄河三角洲土壤表观电导率空间变异稳健性分析

针对目前黄河三角洲地区存在的土壤盐渍障碍问题,结合电磁感应仪EM38移动测定系统的田间测量,对表征该地区土壤盐分的土壤表观电导率进行了空间变异特征分析,研究了变异函数随样点数量变化的稳健性,并探讨了Kriging插值精度与样点数量之间的关系.结果表明,土壤表观电导率的变异函数表现出多层次叠加的尺度效应,其变异函数较好地符合球状套合模型,短程变异是构成空间异质性的最主要部分.变异函数对样点比例的减少总体不敏感,当样点比例低于lO%,变异函数开始发生形变.Kriging插值精度与空间相似性均随样点比例降低呈下降趋势,当样点比例在20%-80%时,Kriging插值精度对样点比例的降低不敏感;在保证得到稳健的变异函数图的前提下,样点比例降至30%,基本不会损失Kriging插值得到的空间分布信息.     

降雨空间插值方法及在清江流域的应用

将普通克里格法、协同克里格法和反距离加权法3种空间插值方法应用于清江流域的降雨空间插值,比较了它们的应用效果,并分析了它们插值效果不同的原因.其中协同克里格法在应用时考虑了海拔高度对降雨量插值结果的影响.结果表明,两种克里格方法的插值结果的误差要远远小于反距离加权法,并且插值所得到的等雨量线更光滑.对于两种克里格方法,协同克里格法要优于普通克里格法,前者比后者的MAE值要小10%.反距离加权法明显不如两种克里格法的原因是该方法不能准确反映相邻站点的空间依赖关系.而协同克里格法优于普通克里格法是因为协同克里格插值法考虑到了地形对降雨量的影响,因而更适用于清江流域这样的山地流域.     

普通Kriging法在空间插值中的运用

目的为提高矿产出储量计算的精确性。方法运用普通克里格法解决空间插值问题。针对地质人员采集数据信息的局限性,采用普通克里格插值方法弥补数据量的缺乏。对新疆贝克滩水系沉积物化探数据进行空间分析。结果预测值参数——均值为106.39,峰度为-0.30,最大值为148.76,标准差为27.57,偏度为-1.12,最小值为53.91;交叉验证法参数:指标值为10.86。结论通过交叉检验、QQ检验、预测直方图方法验证表明,采用普通克里格法得到的预测值效果较好。     

南京城市土壤pH和养分的空间分布

采用GIS与地统计学相结合的方法，对南京市城市表层土壤pH、全钾、全磷、速效磷、有机质和全氮的空间分布进行了研究。结果表明，南京市城市土壤pH、全钾的变异函数的理论模型均符合线性有基台模型，可以用克立格（Kriging）插值分析。全磷、速效磷、有机质和全氮经对数处理后，仍然没有合适的拟合模型，采用逆距离加权（IDW）插值进行了分析。土壤pH、全钾有较强的空间相关性，说明它们受成土母质和地形等影响较大，全磷、速效磷、有机质和全氮空间变异性很大，主要受城市人类活动及土地利用方式的影响。     

甘家湖退化湿地边缘带土壤有机质空间变异研究

通过统计学特征值和土壤退化指数分析方法,对甘家湖梭梭林国家级自然保护区的湿地边缘带土壤有机质空间分布特征进行研究,通过统计学特征值和土壤退化指数分析,结果表明:甘家湖湿地土壤有机质含量的水平空间(0～5 cm)分异为胡杨林土>芦苇湿地>耕地>盐化草甸土>梭梭灌木林土,变异程度为47.20%.垂直空间分异上差异显著,表层土壤有机质含量高于中层,中层高于下层,变异程度胡杨林土90.88%、芦苇湿地55.08%、盐化草甸土64.47%、耕地46.03%,梭梭灌木林土71.43%.土壤退化指数芦苇湿地-47.27%、盐化草甸-54.55%、耕地-33.09%、梭梭灌木林土-78.18%,定量反映了不同强度人为干扰下湿地土壤有机质的退化程度,表明原生生态系统随人为活动干扰强度加剧而退化程度加深.     

湖北省耕地产能核算及空间变异规律

基于农用地分等成果和农业统计数据,建立产能核算模型并对湖北省耕地产能进行测算,分析省域尺度不同层次耕地单产的空间分异特点.结果表明不同层次耕地单产分异规律相似,表现出中-中东高西部低的格局;3个层次耕地单产的空间聚集顺序是理论单产>可实现单产>实际单产,而3个层次产能的局部空间自相关以H-H型和L-L型为主,并以江汉平原腹地为中心形成了一个湖北省耕地单产的热点(高峰)地区.研究结果对深化耕地资源数量、质量并重管理,促进耕地和经济协调发展具有参考价值.     

猕猴桃果园土壤养分空间变异性分析——以陕西周至县为例

以陕西周至县猕猴桃果园为例,采用GIS与地统计分析相结合的方法,对有机质、碱解氮、有效磷、速效钾进行了空间变异性研究,并分析得到4种土壤养分的空间分布规律和丰缺状况。结果表明:1变异系数PKNH4+-NOM且均小于50%,属于中等变异性;2 4种土壤养分均具有中等空间相关性,其中POMNH4+-NK;3对4种土壤养分空间分布进行分析,P的丰缺等级为"中-高"水平,而其他3种养分丰缺等级均处于"中-低"甚至"极低"的水平,需加强施肥力度。     

基于GIS和地统计学的烟田土壤养分空间变异特征研究

基于GIS和GPS定位技术,结合网格取样,用地统计学方法研究了褐土烟区土壤养分(有机质、碱解氮、速效磷、速效钾)的空间变异规律,并绘制了养分空间分布图.结果表明:土壤养分在整个研究区内均表现出中等变异水平,其变异性大小表现为:速效磷有机质碱解氮速效钾.除有机质外,其它元素都表现出较强的空间结构性,土壤有机质的空间相关距最大,达447m,碱解氮的自相关距最小,仅123m;速效磷和速效钾的相关距分别为337m和345m.基于半方差函数模型,用普通克里格法对研究区土壤养分进行了克里格插值,结果表明:有机质在研究区内普遍缺乏,速效磷、速效钾含量中等,而碱解氮含量在整个研究区分布较复杂,呈零星装分布.     

广西环江县农田土壤重金属空间变异及分布特征

【目的】对环江县农田土壤重金属含量进行详细调查,摸清重金属含量、空间分布特征,为环江县农业土壤污染综合防治、农产品安全生产提供参考依据。【方法】通过土壤样品采集及重金属含量分析,结合地统计学及GIS技术,分析土壤重金属空间变异及分布特征。【结果】研究区土壤中的重金属含量除Cu外,其他均已超出广西背景值,土壤重金属含量的变异系数较大的是Cd、Pb和Zn,其余重金属变异系数相对集中。空间分布上,pH值、Zn的空间相关性较弱,Cd、As、Pb、Cu具有中等程度相关性。结果显示,土壤中pH值呈四周向中间降低的趋势,pH值较高的区域主要集中在水源镇、龙岩镇和长美乡; Cd的含量由西南向东北逐渐减少,高含量区主要是水源镇; As的含量呈西向东的减少趋势,高含量区主要分布在川山镇、水源镇和洛阳镇; Pb和Zn的空间分布相似,高含量区主要集中在川山镇; Cu的分布趋势是由东部、西部向中间减少,高含量区集中在水源镇。【结论】研究区域的Cd、As、Pb、Zn表现出一定的污染特征,其中Cd是研究区域农田土壤的主要污染元素。不同重金属的分布规律不同,主要是人类活动与土壤母质双重影响的结果。     

宁夏引黄灌区灌淤土土壤养分空间变异性研究

采用规则网格取样、土壤养分状况系统研究法,应用一般统计学和地统计学理论研究宁夏灵武良繁场灌淤土耕层土壤有机质和速效Ca、Mg、K、P、S、NH4+-N含量空间变异性.结果表明,研究区土壤NH4+-N、速效K、P含量普遍较低,其低于临界值的比例分别为100%、61%和53%;速效P的变异系数最大,为66.6%,其它养分变异系数在19.1～34.8%之间.地统计学分析表明,NH4+-N和速效S在该采样尺度下不具备空间自相关性,而有机质、Ca、Mg、K、P具有较强的空间自相关性,块金效应在(0～20)%之间.在此基础上,利用普通克里格插值方法绘制了土壤速效Ca、Mg、K、P含量分布图.基于土壤养分状况和空间分布特征,目前仅需要考虑对该村土壤K,P进行分区管理.     

崇明岛土壤重金属含量的空间分布及污染评价

以上海市崇明县为研究对象,采用ArcGIS中的地统计分析模块的普通克里格方法进行空间插值作图,并运用单因子污染指数评价法和多因子污染指数评价法对崇明县土壤的重金属污染状况进行评价.结果表明,崇明县土壤重金属污染程度由高到低依次为Cd>Zn>Cu>Cr>Pb.主要重金属污染为镉,平均单项污染指数为1.05,属于轻度污染.所测的土壤重金属污染综合指数为0.22～2.59,平均0.88,污染程度达警戒级,但总体污染状况仍属较清洁（尚清洁样点占72.39%）.     

城市表层土壤重金属污染分析

随着城市经济发展和人口增加,污染成为人们关注的热点话题,本文以某城市城区重金属污染调查结果为样本,对重金属污染以及城市地质环境演变进行研究,根据调查数据建立各种重金属元素的空间分布的样条插值求解模型,给出空间分布结果并建立单因素污染指标和尼梅罗综合污染指数对各地区污染程度进行分析,分析城市土壤地质环境变化所需的信息,建立模型。