基于PRISM的山地环境大气湿度的空间插值

基于PRISM方法设计开发了山地大气湿度空间插值模型,选取北京西部山区作为试验区域,利用气象科学数据共享平台上36个台站资料和1∶25万DEM数据生成年、月、日3个时间尺度下大气相对湿度的栅格信息.采取站点交叉验证的方式对插值结果进行精度评估,并与反距离加权、克里金等其他空间插值方法的插值精度进行比较.结果表明:基于PRISM模型的大气湿度空间插值模型适合模拟北方山地的大气湿度分布场,年平均相对湿度和月平均相对湿度的插值精度比较高;与考虑空间距离或者空间距离结合海拔的其他插值方法相比,该模型插值精度有了较大提高.     

农业用地土壤重金属样本点数据精化方法——以北京市顺义区为例

样本点空间分布是样点数据检测评价和挖掘分析的关键因素。以北京市顺义区为例,研发了一种农业用地土壤重金属样本点数据精化方法：首先构建样本点均匀变异指数和均匀因子离散图来共同检测样本点数据均匀性,进一步将样本点类型划分为均匀样本点、聚集样本点和稀疏样本点并确定其数量;其次删除聚集样本点,基于研究区历史数据加密稀疏样本点;最后基于地理空间样本点均匀变异指数、特征空间偏离指数和插值误差共同评价数据精化效果。结果表明,研究区样本点的均匀变异指数为0.429,存在一个聚集样本点和一个稀疏样本点,空间偏离指数为0.327,空间属性插值误差为6.538;冗余数据精化后进行均匀性检测没有发现聚集样本点和稀疏样本点,均匀变异指数下降到0.406,特征空间偏离指数微弱下降,空间属性插值误差下降到6.357。研究表明该方法可以对提高采样数据的均匀性和代表性提供理论指导,可以服务于土壤污染防治行动计划（土十条）、土壤污染状况详查等,为更加精确研究土壤空间信息变化提供一定的基础条件。     

基于SRTM DEM的河棚河流域水系提取研究

基于SRTM DEM数据,以河棚河流域为例,利用Arc GIS 10.0中的水文分析模块进行水系的提取试验,分析不同的汇流累积阈值对河网密度、流域面积、河网分级等流域特征参数的影响。结果表明,随着汇流累积阈值的增大,河网密度以及河网总长度都在逐渐减小,并且汇流累积阈值与河网密度之间存在显著的幂函数关系。最后,利用1∶250 000水系图进行对比发现,当汇流累积阈值为200时,利用SRTM DEM提取的河网与实际水系吻合较好。     

Integrating remote sensing information with crop model to monitor wheat growth and yield based on simulation zone partitioning

Research into crop growth models at the spatial scale is of great significance for evaluating crop growth, predicting grain yield and studying global climate change. Coupling spatial remote sensing (RS) data can effectively promote the simulation of growth models at spatial scales. However, the integration of RS data and crop models to produce a coupled model based on pixel by pixel requires a large amount of calculations. Simulation zone partitioning is used to separate and cluster the large area into a few relatively uniform zones. Then, the growth model can run on the basis of these units. This method both reflects spatial heterogeneity and avoids repeated simulations of regions with similar attributes, improving the simulation efficiency. In this study, simulation partitioning was performed using soil nutrient indices (organic matter content, total nitrogen content and available potassium content) and corresponding spatial characteristics of wheat growth, as indicated by RS data. A coupled model, integrating RS information and the WheatGrow model, using vegetation indices as the coupling parameters (based on the Particle Swarm Optimization algorithm and PROSAIL model), was developed. The aim was to realize accurate prediction of wheat growth parameters and grain yield at the spatial scale. Good zone partitions were obtained by partitioning with the spatial combination of soil nutrient indices and the wheat canopy vegetation index, calculated during the main growth (jointing, heading and filling) stages. The variation coefficients of each index within individual simulation sub-zones were much smaller than those of the indices across the whole area. An analysis of variance showed that the indices were significantly different between the simulation sub-zones, which indicated that appropriate simulated sub-zones had been defined. The minimum root mean square error of the leaf area index, leaf nitrogen accumulation and yield between the predicted values and the values simulated by the coupled model were 0.92, 1.12 g m^?2, and 409.70 kg ha^?1, respectively, which were obtained when the soil-adjusted vegetation index was used as a partitioning zone and assimilating parameter. These results demonstrated that the coupled model of the crop model and RS data, based on the simulation sub-zones had a good prediction accuracy. The results provide important technical support for increasing model efficiency, when crop models need to be applied at the spatial scale.     

杉木立木干基腐朽病空间分布型的研究

本文用聚集度指标测定了杉木立木干基腐朽病的空间分布型．共调查标准地８块,用样园法调查６个伐区,其各项聚集度指标都说明杉木立木干基腐朽病属于随机分布．在ＩｗａｏＭ＊－Ｘ的回归基础上,对回归模型进行随机分布的偏离度检验,两种调查法的差异不显著,空间分布型呈随机分布．并估算了立木干基腐朽病的最适抽样数     

帽儿山林场森林生物量估测及时空动态格局分析

采用东北林业大学帽儿山实验林场1990年和2004年的固定样地调查数据及一元生物量预估模型,计算得到林场内各样地单位面积生物量,并运用地理信息系统的插值法得到整个研究地区的森林生物量分布图。在此基础上,分析了研究地区生物量的动态变化趋势及生物量与地形因子之间的关系。结果表明,经过10多年的经营,该地区的生物量呈增加趋势,生物量与海拔和坡度呈显著的相关性。通过回归分析,得到生物量与海拔高度的回归方程,并通过了统计检验。     

基于GIS的关中—陕南地区降雨量空间插值分析

[目的]比较4种空间插值方法的插值效果,分析研究区域降水空间分布特征。[方法]以陕西省关中—陕南地区为例,采用该地区72个气象观测站点59年的降水量资料,结合GIS空间插值技术,以国际科学数据共享服务网站30 m×30 m网格DEM为基础,选取IDW、普通克里金插值法、协同克里金插值法和径向基函数插值法对关中—陕南地区72个观测站多年平均降水量进行空间插值,并分区域随机选取其中10个站点的降水量数据对4种插值方法的插值效果进行检验,以此确定最佳插值方案,分析研究区域的降水空间分布特征。[结果]顾及地形因素的协同克里金插值效果最佳,并能真实地反应研究区域的降水空间分布特征,普通克里金法次之,反距离加权法和径向基函数法较差。对插值结果的进一步分析显示,该研究区域降水呈现明显的纬度地带性分布特征,且降水受地形、地貌等因素影响较大。[结论]顾及地形因素的协同克里金插值法效果最优,适用于该区域。     

The use of scaled semivariograms to plan soil sampling in sugarcane fields

Spatial sampling designs used to characterize the spatial variability of soil attributes are crucial for science studies. Sample planning for the interpolation of a regionalized variable may use several criteria, which could be best selected from an estimated semivariogram from a previously established grid. The objective of this study was to optimize the procedure for scaled semivariogram use to plan soil sampling in sugarcane fields in the Alfisol and Oxisol regions of Jaboticabal Town in S?o Paulo State, Brazil. A scaled semivariogram for several soil chemical attributes was estimated from the data obtained from two grids positioned on a sugarcane field area, sampled at a depth of 0.0?C0.5?m. The research showed that regular grids with uniform intervals did not express the real spatial variability of the soil attributes of Oxisols and Alfisols in the study area. The calculated final sampling density based on the scaled parameters of the semivariogram was one sample for each 2?ha in Area 1 (convex landscape) and one sample for each 1?ha in Area 2 (linear landscape), as indicated by SANOS 0.1 software. The combined use of the simulation programs and scaled semivariograms can be used to define sampling points. These results may help in soil fertility mapping and thereby improve nutrient management in sugarcane crops.     

DEM提取坡度·坡向算法的对比研究

以1∶1万地形图数字化所生成的DEM为研究对象,采用6种算法分别提取坡度、坡向。通过比较不同算法所提取坡度的平均值、最大值、标准差、中误差以及坡向的标准差、变异系数、坡向余弦中误差及标准差、不同坡向面积数据,定量地分析中误差与地形变化的关系,找到研究区较合理的坡度、坡向的提取算法,进一步分析不同水平分辨率DEM所提取的坡度、坡向的面积误差变化规律。运用面积百分比加权总体误差和面积百分比平均总体误差的指标,获取2项指标与水平分辨率的线性函数关系,为实际工作选取适宜的水平分辨率提供依据。     

基于DEM的云南楚雄高原地貌特征研究

在GIS支持下,采用普通克里格法对云南楚雄高原的离散样点进行空间插值,得到了栅格化数据,借助于DEM模型及GIS的空间分析功能,对该地区进行地形分析,在此基础上得出研究区的高程、坡度专题图及坡度分布特征;坡向专题图及楚雄高原地貌坡向特征;地形起伏度专题图及楚雄高原的总体起伏度特征,为云南楚雄的经济及其它领域的发展提供依...     

一种高质量的数字高程模型（DEM）建立方法 ——ANUDEM法

建立高质量的数字高程模型(DEM)是正确计算坡度、坡向、提取流域地形特征、进行水文分析 的前提,因而在研究土壤侵蚀、植被建设和土地利用规划与评价中都具有重要意义。ANUDEM采用迭 代有限微分内插技术和地形强化算法,自动去除伪下陷点和生成输入数据错误文件,便于查错改善 DEM质量,并减少了去除伪下陷点的编辑或DEM的后处理过程。本文以黄土高原丘陵沟壑区典型 小流域为例,利用大比例尺(1:10000)数字化地形图,利用ANUDEM建立DEM,从DEM光照模拟图、 回放等高线、提取水系、坡度等方面对建立的DEM的质量进行了评价。研究表明,ANUDEM建立的 DEM表面光滑;回放等高线与原等高线符合度高,能更准确地表现地形起伏;由其提取的坡度准确; 水系连续完整与地形图上河流一致,适宜水文分析,是一种建立高质量DEM的优良方法。     

基于SRTM DEM和ASTER GDEM的辽河流域河网提取研究

以SRTM DEM数据和ASTER GDEM作为基本的地形数据,借助Arc Hydro Tools扩展模块,研究基于地表径流漫流模型的数字河网水系提取方法,并对提取结果对比分析。研究显示,通过引入河网密度参数来确定集水面积阈值,提取结果与1∶25万地形图各级河网拟合程度较好,可运用于辽河流域山洪灾害风险评估模型的实际运行中。     

山地环境日气温PRISM空间插值研究

山地环境气象因子空间分布是生态环境过程模拟的基础,对于提高生态环境保护管理水平具有重要意义。本文基于坡面回归插值模型(PRISM)原理,综合考虑海拔、坡向等影响因子,设计开发了山地日气温插值模型。以北京西部山地自动气象站数据与DEM数据为基础,采用交叉验证法对该模型插值有效性进行检验,并与常用的反距离权重(IDW)插值、克里金(Kriging)插值、样条(Spline)函数插值的结果进行比较。研究表明,无论日平均气温,还是日最高气温、日最低气温,本文提出的插值模型的预测结果均优于其他方法。      

横断山区温度及降雨气候资料空间信息化研究

[目的]研究横断山区温度及降雨气候资料的空间信息化。[方法]结合GIS的空间内插及数理统计学理论,对横断山脉我国区域109个稀疏气象站点10年间平均气温及降雨离散观测数据进行空间预测;在对横断山脉地理位置进行空间范围确定的基础上,以1：100万DEM为数据源,采用趋势面模拟及残差普通Kriging内插订正法得出研究区域的年均温及降水空间连续表面。[结果]利用少数分布不均匀的稀疏气候观测站点值。采用趋势面模拟与残差内插结合方法得到的气候连续空间结果较为科学合理。这种方法能将气温及降雨空间分布情况精确到栅格点,不仅考虑各观测数据间空间关联的宏观地理因子,同时还从生态学的角度考虑了各气侯因子与影响其空间分布的微地形因子,并进一步考虑了一些随机因素带来的气候观测值的误差项;通过对随机误差项采用最为常用的地统计普通Kriging内插,将这种随机误差进行较科学的空间分配,从而提高气候连续表面空间预测的精度;模拟结果基本符合客观规律,可用于该地区气候资料的空间信息化模拟。[结论]该研究为进一步进行横断山区生态及植被研究提供科学的空间基础数据：     

Algorithms for sensor-based redistribution of nitrogen fertilizer in winter wheat

Several methods were developed for the redistribution of nitrogen (N) fertilizer within fields with winter wheat (Triticum aestivum L.) based on plant and soil sensors, and topographical information. The methods were based on data from nine field experiments in nine different fields for a 3-year period. Each field was divided into 80 or more subplots fertilized with 60, 120, 180 or 240 kg N ha⁻¹. The relationships between plot yield, N application rate, sensor measurements and the interaction between N application and sensor measurements were investigated. Based on the established relations, several sensor-based methods for within-field redistribution of N were developed. It was shown that plant sensors predicted yield at harvest better than soil sensors and topographical indices. The methods based on plant sensors showed that N fertilizer should be moved from areas with low and high sensor measurements to areas with medium values. The theoretical increase in yield and N uptake, and the reduced variation in grain protein content resulting from the application of the above methods were estimated. However, the estimated increases in crop yield, N-uptake and reduced variation in grain protein content were small.     

基于ICESat-GLAS全波形数据的坡地森林冠层高度估测

地形坡度对星载LiDAR的回波波形会产生很大的影响,并会进一步影响森林结构参数的正确估测.比较两类参数量化地形坡度的能力：辅助地形DEM数据的地形指数和波形自身参数后缘长度,以在反演坡地森林冠层高度时仅从回波波形本身出发,而不需要借助于其他辅助数据.采用估测坡地森林冠层高度的两组对比模型来比较：第1组对比模型是Xing模型和基于未改进的后缘长度的线性模型;第2组对比模型是Xing模型和基于改进的后缘长度的线性模型.结果表明,在两组对比模型中,基于波形自身特征参数的模型结果均优于基于辅助地形DEM数据的地形指数的Xing模型,说明在量化地形坡度时,波形的自身特征参数的量化能力要高于辅助地形DEM数据的量化能力.     

不同尺度下皎口水库水体主要指标空间变异研究

通过不同取样尺度下采集皎口水库水样,测定水体主要指标总氮、总磷、氨氮及高锰酸盐指数含量,研究了地统计分析法在不同取样尺度下对水库水体空间变异的适用性和空间插值的质量。研究结果表明,皎口水库100 m尺度与200 m取样尺度相比,4种主要水质指标在不同取样尺度下空间变异最佳变异模型、插值模拟及空间分布均存在一定差异。空间拟合模型方面,总氮、高锰酸盐指数最佳拟合模型为高斯模型,总磷、氨氮最佳拟合模型为球面模型;结合模型特征参数和空间插值综合评价,总氮和氨氮在200 m取样尺度下表现出较好的空间相关性,插值模拟质量较好,而总磷和高锰酸盐指数则在100 m尺度下表现出一定优势;空间分布上,水体氨氮、高锰酸盐的影响主要是人为因素,总磷受水库内源环境影响较大,而总氮则与库周农业种植等活动密切相关。以上结果表明,总氮和氨氮更适合在200 m尺度下取样,而总磷和高锰酸盐指数宜在100 m尺度下取样。     

基于GIS技术的丽江金沙江流域烟区土壤肥力空间分析研究

 以云南省烟草公司丽江市公司的近两年烟田土壤采样点数据为数据基础,结合基本烟田分布、丽江市植烟适宜性区划模型、丽江市DEM等既有成果,确定土样数据的有效分析范围,以GIS技术手段结合地统计学理论,分析丽江金沙江流域烟区土壤肥力状况。研究选取有机质、碱解氮、速效钾、速效磷等4项指标展开统计分析。结果表明：有机质、碱解氮、速效钾、速效磷指标均有强变异性,指标数据呈正态分布或近似正态分布,基于半方差模型理论研究发现速效磷具有强空间相关性,有机质、碱解氮、速效钾具有中等空间相关性,选取普通克里格方法进行空间插值研究获得较好的效果。结果对指导丽江金沙江流域烟区现在烟草农业种植管理具有积极的指导意义。     

基于DEM的涑水河流域地表水文特征模拟与分析

以山西省运城市涑水河流域为例,在介绍基于数字高程模型提取流域水文特征方法的基础上,运用ArcGIS软件Arc Hydro Tools扩展模块,采用SRTMDEM数据对流域地表水文特征进行模拟和分析。提取了涑水河流域河网、流域盆地等水文信息,为该流域的生态环境演变、植被生长、土地覆盖等问题的进一步研究提供了依据。     

基于人工智能技术的数字地面模型空间插值研究

本文针对数字地面模型(D igital Terrain Model)的建模问题,将高程作为插值变量,通过建立采样点的平面坐标(x,y)及位置因子x2 y2作为输入,对应点的地面高程作为输出的1种描述空间采样数据的BP模型,用人工智能技术研究了1个小区域的高程插值问题。结果表明:基于BP法的人工智能技术可用于DTM的最优空间插值,插值结果可直接用于DTM数字建模,为数字地面模型的建立提供了1种新方法。