引黄灌区枸杞地土壤电导率空间格局及条件模拟

土壤电导率是影响土壤养分有效性和化学反应的重要因素,研究土壤电导率空间分布特征对探索该区土壤盐渍化程度和肥力质量特征等具有重要意义。运用地统计学方法对引黄灌区枸杞地土壤电导率空间分布特征进行研究。结果表明,土壤表层电导率属中等空间相关性,20~40和40~60 cm深度电导率为强烈空间相关性,其空间分布差异主要源于坡度、植株密度以及土壤管理模式等因素的影响。普通Kriging、与p H值协同Kriging法的估值范围均小于实测数据,均值略高于实测数据。序贯高斯条件模拟的土壤表层电导率范围、均值以及变程均与实测值相近,而20~40和40~60 cm深度下土壤电导率模拟结果与实测值存在一定差异,其范围和均值低于实测数据,变程大于实测数据,其误差来源于序贯高斯模拟过程中独特的Kriging算法及高斯特性。     

基于多元指示克立格方法的土壤盐分空间分布评价

以内蒙古河套灌区农田为例,分别运用单元指示克立格和多元指示克立格对河套灌区中游约0.8万hm2农田0~20 cm、20~40 cm深度内的土壤盐分的空间变异性进行了评价,并绘制了基于设定阈值土壤电导率概率分布图。结果表明:各层土壤盐分均不符合正态分布且存在特异值,但采用指示克立格方法可以获得较为稳健的变异函数;受结构性因素影响,各层土壤盐分的指示半方差均表现为强空间自相关性。依据综合概率分布图对土地资源利用的风险性进行了评价,对评价区域土地资源质量的决策管理提供了指导。     

非参数统计理论与人工智能技术在水土空间变异中的应用研究

采用非参数统计理论中的指示克立格与BP神经网络技术,以河套灌区内一典型实验区的土壤水盐预测为例,在一条采样基线上比较了指示克立格与BP神经网络技术的优劣,发现指示克立格与BP神经网络技术在一维空间的土壤水盐预测中能改进普通克立格平滑效应,具有条件模拟的仿真功能,可用于空间水盐插值与预测。     

时空协克立格模型在估计缺测年径流数据中的应用

利用年径流时空上的统计特性,用时空协克立格法对缺测径流数据进行了估计。该法的有效性决定于对反应有孔穴效应年径流的变差函数的合理拟合。根据年径流系列变差函数非单调递增、具有周期波动特性,用指数函数型一维孔穴效应模型,拟合实测年径流系列的变差函数,确定出协同克立格法最优估计的参数,并估计了缺测年径流数据,取得令人满意的插值结果。     

不同时期农田土壤水分和盐分的空间变异性分析

以河套灌区一农田(500m×1100m=55hm2)上55个采样点的水分和盐分作为研究对象,从统计特征值、半方差函数和克立格法绘制的分布图几个方面对比分析了2个时期(即秋浇前和夏灌前)土壤水分和盐分的空间变异性。结果表明夏灌前土壤水分属弱变异性,秋浇前属中等(偏弱)变异性,土壤盐分均属中等变异性;2个时期的水分和盐分都具有空间自相关性,且秋浇前土壤水分和盐分相关性较强,夏灌前二者具有中等强度的空间自相关性,秋浇前土壤水分和盐分的变程(或最大自相关距离)都大于夏灌前。用普通克立格估值绘制的分布图表明土壤水分或盐分在2个时期的分布差别较大,说明秋浇储水、季节性土壤冻融及春季消融时的蒸发对播种前土壤水分和盐分的空间变异性的影响强烈。在北方季节性冻融地区,了解这2个时期土壤水分和盐分的空间分布,对节水灌溉、土壤改良和农田或区域水资源管理等具有指导意义。     

多时段泛克立格模型在降水量数据插补中的应用

多时段泛克立格模型是研究水文随机函数最优估计和空间预报的比较优越的方法。针对水文数据在时间上缺乏而空间上富足的特点,为了较好地解决小流域或局部区域内少站点情况下水文变量的最优估计问题,本文用多时段泛克立格模型对滦河内蒙古段闪电河流域各测站年降水量缺测资料进行了插补并在流域内进行了空间插值预报,结果表明插值预报精度较高,所得结论比较可信。     

基于空间聚类的农田土地平整区域规划方法研究

针对当前农田土地平整作业过程中,常会出现铲车过载或空载造成平地效率低下的问题,提出一种基于空间聚类的农田土地平整区域规划方法。首先,获取农田地势高程数据,通过克立格插值法遍历到空间各个位置;然后,通过改进后的K-均值聚类算法与密度聚类算法,对农田高程数据进行区域标记,去除区域中的离散点和误差点,初步完成区域划分;再结合农田平整时挖填土方量体积和农田面积适中等原则,对区域大小及形状进行修整,完成农田土地平整区域规划。田间试验分析表明,采用所提出的区域规划方法规划后,农田平整过程中铲车过载和空载现象明显减少,有效作业时间提高5%以上,工作效率提升显著;平整后各划分区域地势平整情况得到明显提高,平整度小于6 cm。     

空间信息统计方法在研究城市地表水质中的应用

介绍了空间信息统计分析原理及计算方法;运用空间信息统计的原理,以变差函数为工具,以苏南某城市为例,对城市地表水中氨氮（NH4＋-N）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（COD）三种水质指标的含量进行了分析,得到两个不同方向上的实验变差函数及理论变差函数模型,分析了水质的变化特征;并运用克立格法,对上述3种水质指标含量的空间分布进行了计算机模拟,直观显示了其变化的空间分布特征,为水环境治理提供理论与决策依据。     

基于BEPS模型的雨养冬小麦农田土壤水分动态模拟

北部生态系统生产力模拟(BEPS,Boreal Ecosystem Productivity Simulator)模型能够模拟不同生态系统碳水循环过程,并通过气孔导度将二者有机地结合,在土壤水分模拟上具有更大的优势。为了使BEPS模型适用于较小空间尺度的雨养冬小麦农田生态系统的土壤水分模拟,根据冬小麦的降水截留过程、冠层的辐射传输过程、根系分布规律和区域土壤水文参数的获取方法对BEPS模型的水平衡模块进行参数方案调整。在此基础上,基于实现BEPS模型与遥感反演的农田土壤水分数据同化的目的,利用经上述调整方案后的BEPS模型,对郑州农业气象试验站2011—2015年冬小麦生长季的农田土壤水分进行动态模拟,并用观测数据进行验证。结果表明,调整后的BEPS模型能够较好地模拟雨养冬小麦农田土壤水分及动态变化,决定系数R2可达0.70以上,平均相对误差MRE总体低于25.0%,但对底层模拟能力较差;在以旬为步长条件下,拔节前模拟效果优于拔节后;土壤水文参数是影响模型模拟土壤水分垂直交换和分布的主要因素,可通过优化进一步提高土壤水分模拟能力。     

山东禹城地区土壤入渗特性的空间变异研究

在中科院禹城综合试验站102 m×52 m面积内选择样点,采用经典统计学和地质统计学方法,对土壤稳渗率和入渗经验指数的空间变异性进行研究.结果表明,土壤稳渗率和入渗经验指数均服从对数正态分布,表现出空间变异结构,但不是完全的随机变异,在一定范围内存在着空间相关现象.利用克立格最优内插估值法,绘制了土壤稳渗率和入渗经验指数的等值线图,可准确、直观地了解该地区农田土壤垂向透水性的空间分布规律.     

基于辅助信息的森林蓄积量空间模拟

以北京市密云县一类清查的样地蓄积量为研究对象,结合与蓄积量相关的辅助因子,采用普通克里格法、协同克里格法对森林蓄积量进行空间插值估测,并与文献[25]同一研究区的基于偏最小二乘法回归法估测结果进行比较分析。结果表明,普通克里格法、基于辅助信息的协同克里格法、偏最小二乘回归法的蓄积量估测值与实测值间的相关系数分别为0.389、0.845、0.766;基于辅助信息的协同克里格法要优于普通克里格法和偏最小二乘回归法,能够明显提高预测精度;与普通克里格法相比,所产生的均方根误差减小了71%,预测值和实测值的相关系数提高了54%。最后生成了密云县森林蓄积量空间分布图。研究表明应用地统计学方法进行蓄积量估测具有很好的应用前景,可以为森林蓄积量的估测提供一种可行的方法。     

基于数据同化的地下水埋深插值研究

以西北干旱区典型县域磴口县为研究区,以2015年8月份40个地下水采样点的样品数据为基础,引入集合卡尔曼滤波(En KF)数据同化将其优化作为主变量,以蒸散发量反演结果以及归一化植被指数(NDVI)数据为协变量,进行协同克里金插值,同时与未采用同化的协同克里金插值结果以及经同化采用普通克里金插值结果进行交叉验证。结果表明:三者在较大空间尺度上对地下水埋深空间分布趋势的模拟基本一致,南部沙漠地区整体较高,在空间分布上表现为明显的地理规律性。同化后的数据进行协同克里金插值的结果改善最显著,平均误差、均方根误差、平均标准误差均优于未同化插值结果,其中平均误差仅为0.270 5 m。与普通克里金插值方法相比,协同克里金插值考虑蒸散发与NDVI的协同作用,精度明显提高,平均误差减小0.409 7 m,均方根误差减小0.078 4 m,平均标准误差减小1.016 7 m。     

基于CVM的鄂尔多斯沙棘景观服务价值评估

在调查鄂尔多斯沙棘（Hippophae rhamnoidesL．）状况的基础上,以意愿评估法（CVM）为依据,设计了250份问卷,调查了鄂尔多斯地区居民对沙棘景观服务的支付意愿（WTP）,并利用SPSS软件对影响居民支付意愿的因素进行了相关性分析。研究结果表明：WTP与收入水平和旅游意愿显著相关,与受访者的文化程度及其对沙棘生态作用的认知度也存在较显著的相关性。每位居民支付意愿的中位值为110．62元／年,平均值为221．17元／年,并基于中位值法和Spike修正模型的平均值法将此结论推广到整个鄂尔多斯地区,得出鄂尔多斯沙棘景观服务的总价值为1．759×108元／年～3．095×108元／年。     

Study on the estimation of precipitation resources for rainwater harvesting agriculture in semi-arid land of China

Rainwater harvesting agriculture (RHA) can be a valuable practice in increasing crop productivity in the semi-arid region of Loess Plateau in China. Due to lack of the detailed data of precipitation resources in the region, there have been some difficulties in the development of rainwater harvesting agriculture. In this research, based on the precipitation data in the last 40 years and topographical maps at 25 observation stations in and around Dingxi County, Gansu Province, China, the raster digital elevation models (DEM) and the average annual precipitation (AAP) databases in the study areas were established using ARC/INFO geographical information system (GIS) technology. By means of interpolation approaches, statistical model and comprehensive approach including nine methods (inverse distance weighted (IDW), trend (TRE), spline (SPL), ordinary Kriging (OKR), universal Kriging 1 (UK1), universal Kriging 2 (UK2), Thissen polygon (THP), multivariate regression (MVR) and comprehensive approach (COM)), the spatial and temporal changes of AAP were calculated and comparatively analyzed. Results indicate that simulating precision of the comprehensive method is the best in the nine approaches, and its maximum relative error is 6.40% and the range of error is 11.66%. The next is ordinary Kriging method with exponential model to simulate semivariogram, and its maximum relative error reaches 6.76%. As far as the seven kinds of interpolation approaches are concerned, the precision of ordinary Kriging method is the best, and the error of statistical model is relatively high, of which the maximum relative error reaches 9.04%. The AAP in Dingxi County calculated by comprehensive approach is 420 mm, and the water deficit of spring wheat is about 226 mm, so rainwater harvesting agriculture is feasible in the study area if reasonable harvesting technologies are taken. The AAP information system, established by raster precipitation spatial databases using optimized methods, can quickly and timely calculate the total quantities and the spatial changes of precipitation resources on any scales in the study areas, which has an important role in runoff simulating, engineering planning, strategy developing, and decision making as well as water management in rainwater harvesting agriculture.     

土壤盐分空间异质性的指示克里格阈值研究

阈值的合理选择是应用指示克里格法(Indicator Kriging,简写IK)进行风险评价的关键。以禹城市0～20 cm耕层土壤盐分空间变异性为例,利用GIS和GS+探讨了不同土壤盐分阈值下,盐分的空间结构、预测精度(均方根误差,RMSE)和预测风险的变化规律。结果表明,①随着阈值的增加,盐分的空间异质性受随机因素的...     

卸荷引起堆积体边坡变形的空间变异性分析

利用地质统计学原理和遗传算法,确定出卸荷条件下堆积体边坡变形的变异函数,对堆积体边坡进行卸荷条件下变形的时间变异性分析.采用角度误差限和距离误差限,对并不完全呈网格状的实际观测点布置进行网格化处理,求出各方向的变异函数,进行卸荷条件堆积体边坡变形的空间变异性分析,同时构造出方向综合变异指标,分析堆积体边坡卸荷条件下哪个方向的变异性最大,从而关注此方向的变形发展.利用熵权理论对普通克立格方程组的负权值进行修正,用修正后的权值对卸荷条件下堆积体边坡待估点的变形进行普通克立格估值.用所提理论对堆积体边坡卸荷时实际监测到的变形资料进行空间变异性分析,分析结果和实际监测情况较吻合,证明了分析理论的正确性和可行性,也为变形分析提供了一种新的分析方法和思路.     

宁夏近59年参考作物腾发量时空变化特征分析

依据1951-2009年宁夏回族自治区10个气象站气象资料,运用Penman-Monteith方程计算参考作物腾发量（ET0）月值系列。利用克里金插值、Mann-Kendall突变检验及气候趋势系数等方法分析了宁夏E瓦的时空变化特征。结果表明,宁夏地区ETo自北向南逐渐减小,全区多年平均值为982．90mm／a 16月...     

降水量的空间变异性和空间插值方法的比较研究

为了比较降水量空间变异性研究的各种空间插值方法的优劣，选择无定河流域，运用逆距离加权法、趋势面拟合法、样条插值法、普通Kriging法和泛Kriging法等空间插值方法对流域的降水量进行了插值及空间场的变异分析。就普通Kriging法而言，结果显示降水量半变异函数符合一般的球状模型。把各种插值的连续空间分布与实际观察数据进行比较，结果表明：几种插值方法并无显著差异，但其中以普通Kriging法和逆距离加权法整体效果最好，尤以普通Kriging法环形模型最佳。最后分别运用上述插值方法对流域的降水量进行了空间插值并成图。     

基于地统计学的土壤重金属分布与污染风险评价

在野外调查取样和室内分析获得大量土壤重金属含量数据和空间数据的基础上,利用经典统计学和普通克里格法(OK)对采样区域土壤重金属含量的空间变异性进行了分析,并利用指示克里格法(IK)和多变量指示克里格法(MVIK)绘制了各项重金属元素污染风险和土壤污染综合风险概率图。结果表明:岩溶地貌区土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb、Hg、Ni和Zn的含量显著高于非岩溶地貌区,各项重金属元素之间具有显著的相关性,说明它们存在很大的同源性和复合关系;受岩性、成土母质等内在因素的影响,各项重金属元素(除Cu元素外)都具有强烈的空间变异性,重金属元素含量高值主要分布在东南部和北部的岩溶地貌区,低值主要分布在西南部的非岩溶地貌区;采样区域存在As、Cd、Cu、Hg、Ni和Zn等重金属污染风险,其风险概率分别为0.326、0.805、0.185、0.192、0.267和0.270,土壤重金属污染综合风险概率为0.335。