黄土高原降水量空间插值方法研究

为了研究黄土高原降水量的空间分布特征,利用ARCGIS软件分别采用多种空间内插方法对黄土高原108个气象站点1980-2009年30年间的平均年降水量进行空降插值。经过正交检验以及内插检验得到最优的插值方法为普通克里金法,最终对利用该方法获得的黄土高原降水量内插图进行分析,得出近30年来黄土高原区降水量分布呈现出明显的由东南向西北递减的态势。     

顾及空间各向异性的海岸带水下地形构建方法——以黄河三角洲为例

测深点是获取水下高质量数字高程模型的主要数据源,海岸带区域低密度的测深点会导致水下数字高程模型精度较低。针对该问题,结合反距离权重法与粒子群算法,提出一种顾及各向异性的多参数协同优化的点位加密算法,获取在全局意义下的补插点位水深最优解。以黄河三角洲1992年、2007年和2015年3期测深数据为研究对象,采用4种地学常用的插值方法对提出的加密方法进行验证,结果表明该方法处理后的数据插值精度有显著提高,绝对误差与相对误差均降低12%,能够对水下地形进行更为准确的重建。     

用样条函数插值的电阻率地形改正方法

地形切割使电阻率法结果发生畸变,导致错误的解释,故有必要在推断解释之前对地形影响予以改正.我国早在60年代就系统地开展了这方面的研究.从理论和实践来看,应用效果较好的是“比较法”.这是一种基于经验的方法,可在很大程度上削弱地形影响,从而提高地质效果.这种地改方法,是将野外实测的视电阻率值逐点除以相应的地形异常:     

基于地统计学方法的降水空间插值研究

为了实现离散降水数据到连续降水数据的插值,以内蒙古自治区多年(1950～2000年)平均降水量为例,讨论了不同空间插值方法的优劣,发现基于地统计方法的Kriging插值具有最佳的插值效果.进一步对比Ordinary Kriging和CoKriging插值方法的4种不同的半变异函数模型,结果表明利用指数半变异函数的CiKriging插值方法具有最小的预测误差.地统计方法对于预测降水具有重要的价值,而不同的地区具有各自适合的模型,理解该方法的数学原理和操作过程,对相关研究具有借鉴意义.     

河床水力传导度及其各向异性的测定

采用直接测定法观测了黑河中游段河床水力传导度及其各向异性,结果表明:河床水力传导度不仅存在较强的各向异性,而且存在空间尺度上的变异性.河床中心位置在垂直、水平和θ=30°方向的平均水力传导度分别为0.45、22.49和1.71 m/d,河床边分别为5.95、29.69、16.80 m/d.在同一测点,水力传导度随着与水平方向的夹角增大呈幂函数曲线下降.试验结果表明河床边是河水的主要渗漏区,并且以侧渗为主.     

中国南方大气氮沉降空间插值模型的比较研究

<正>自工业革命以来,人为活性氮排放量急剧增加,中国所面临的高氮沉降困境日趋严重,东南部成了高氮沉降中心,最高沉降量可达63.53 kg N ha-1 yr-1。由于缺乏全国性的统一监测网络,且短期内难以解决,致使中国区域尺度范围内的沉降规模、空间分布等资料难以获取,大气传输模型成为了评估污染物对生态环境影响的有效方法,为大气氮沉降的区域研究提供了经济可行的方案。然而,大气传输模型在空间显示和空间分析方面较为薄弱,这正是GIS的优势所在,因而GIS被逐渐用在空间数据管理和可视化等工作中。     

基于PER-Kriging插值方法的降水空间展布

将PRISM插值对高程因素的计算方法引入普通Kriging插值中,提出了综合考虑观测点与插值点的位置、距离和高程关系的PER-Kriging插值方法。通过引入计算参考平面并进行数学变换,使该方法具有较好的可操作性。在对高程～降水量采用线性拟合的基础上,加入非线性拟合,进一步提高PER-Kriging插值的表达能力。在澜沧江流域分别采用PER-Kriging和普通Kriging方法进行降水插值对比,结果表明:前者能有效地消除观测点与周围区域地形差异太大造成的插值异常,并且能较好地消除插值运算的平滑效应,平均误差比后者减少了20 mm以上;不同曲线拟合插值的相对误差均小于12%。     

河床地形影响潜流交换作用的数值分析

选取对潜流交换具有重要影响的河床地形作为主要研究内容,采用数值模拟(MODFLOW程序)的方法研究在河床横剖面地形不均匀的条件下,潜流交换量的空间分布以及地下水流场的演变机制。结果表明:在河床地形起伏不均的情况下,潜流交换量更易发生在河道的深水区域;地下水流向受河床地形影响较小;近河床界面处的地下水流速受地形起伏影响剧烈,深水区域的地下水流速远大于浅水区地下水流速;通过与现场试验结果对比分析,得出河床地形起伏是引起潜流带渗透系数非均质现象的重要原因之一。     

基于空间插值的工程岩体RQD预测方法

作为工程实际中评价岩体性质的重要指标,RQD的应用已相当广泛。但工程岩体中RQD值的分布存在一定的结构性和随机性,因此,通过对特定位置钻探获取的RQD值无法很到位地表达整个空间区域的实际岩石质量。为了弥补这方面的不足,统计学中的空间插值法为此提供了有力的手段。考虑到空间RQD分布存在各向异性,以及在工程坐标系中很难描述RQD分布的结构性,首先计算工程坐标系下已获取RQD值的主要黑塞方向（pHd）;然后构建空间旋转与比例缩放矩阵对其进行坐标标准化处理。在标准化的空间中,引入Kriging插值法,采用变异函数描述RQD在标准空间结构上的变化,建立其空间变异规律的数学模型,并对其进行插值计算;最后将标准空间进行坐标逆变换,实现了对工程坐标系下RQD分布的预测。利用R语言编程将该方法应用于工程实例,结果表明,这种空间插值法能够有效地预测工程岩体中RQD值的分布规律,弥补了局部钻探的局限性。     

土壤水分空间插值的克里金平滑效应修正方法

地统计学的普通克里金法是研究土壤水分空间变异特性和描绘其空间分布的有效方法。但与其它建立在最小二乘标准上的插值方法一样,普通克里金法也存在着平滑效应问题,即估计值的变异程度比实际要小,从而导致估计值往往不能反映出土壤水分真实的空间变化特征。结合实际的土壤水分监测数据,采用Yamamoto提出的一套针对普通克里金估计值进行后处理的方法,较好地解决了普通克里金法平滑效应的问题,在保证局部估计值精度的同时,重现了土壤含水率在空间的分布与变化特征。     

青铜灌区古灌渠河床渗透系数空间变异性研究

渗透系数影响地表水与地下水之间的水量交换,其大小具有空间效应。通过竖管法(单管法)、多孔介质垂向渗透系数测量仪法(双管法)测定了银川平原青铜峡市灌区汉延、惠农两条古灌渠18个试验点位的渗透系数,每个试验点进行了3组试验,共得到54组试验数据,另采取了16组原状土样进行颗粒分析。通过对试验数据的统计分析得出,研究区2条灌渠的渗透系数在0.1～1.1 m·d~(-1)之间变化,渗透系数值总体服从正态分布,总体变异系数大小为0.441,属于中等程度变异;汉延渠河床渗透系数平均值比惠农渠稍大,但变异程度较惠农渠略小。且从上游至下游,河床渗透系数值总体变化呈下降趋势;颗粒直径是造成本研究区河段渗透系数变异的一个主要因素,但河床渗透系数的大小不仅仅受颗粒直径的影响,河床生物扰动、水化学特征变化等也可能会造成河床渗透系数发生明显变化。     

空间内插方法比较

空间内插可以分为几何方法、统计方法、空间统计方法、函数方法、随机模拟方法、物理模型模拟方法和综合方法。介绍了每一种方法的适用范围、算法和优缺点。指出没有绝对最优的空间内插方法,必须对数据进行空间探索分析,根据数据的特点,选择最优方法;同时,应对内插结果做严格的检验。开发通用空间内插软件、智能化内插以及加强相关基础研究将是空间内插研究的重点。     

降雨量分布的空间插值方法研究——以美国爱达荷州为例

以美国爱达荷州为例,根据105个气象站点及其30年年平均降水量数据,采用反距离加权平均法、普通克立金法、规则样条函数法及趋势面法等方法进行插值,分析了不同插值方法中站点数量变化、像元尺度变化对降雨数据空间插值结果的影响.通过对数据和精度指标的对比分析,得出每一种插值方法在某一标度范围插值的精度及适用范围.研究表明:[1]插值精度并不与样本点数量成正比例关系;[2]像元尺度的变化对空间插值精度的影响很小;[3]不同插值方法对插值结果有很大的影响,规则样条函数具有优秀的插值精度.要得到最理想的插值结果,须对不同研究区,进行实测样本数据进行分析,反复试验比较,以选择最佳插值方法.     

天然河床反向渗滤取水水量计算方法研究

以北票反向渗滤取水工程为原型,通过对渗流场进行室内模拟试验研究,并采用大口井法、渗渠类比法、垂向入渗系数法及辐射井公式替换法分别对模拟试验中不同取水部位的取水量进行计算,分析其适用性。结果表明,四种计算方法中大口井法计算值较小,与实际取水量相差较大;渗渠类比公式的计算值与实测出水量相矛盾;辐射井公式替换法的计算值与实测出水量相差亦较大;垂向入渗系数法的计算值与实测最大出水量较为接近。     

面向高空间分辨率遥感影像的山区地形校正方法

山区地形复杂,遥感影像地形效应明显,易造成"同物异谱"、"同谱异物"现象,增大了遥感地质填图的难度.但前人对适用于复杂地形条件下地质填图的地形校正模型讨论较少,特别是校正高空间分辨率遥感影像时多缺少对应高精度数字高程模型,校正结果易受地形异常影响.在Richter"山区"校正模型基础上引入地形抹平模型,提出"Smoothed山区"校正方法,并与另14种地形校正模型在GF-1、GF-2、SPOT6山区影像上进行对比实验.结果显示,"Smoothed山区"校正模型在山区高空间分辨率遥感影像的校正效果明显优于其他模型,校正结果地形效应减弱,影像信息丰富不失真,并且直接获取地表反射率数据,可为进一步的遥感蚀变提取等工作提供基础数据.该模型适用于复杂地形山区的遥感地质填图.      

不同地形与取样数的Kriging插值精度对比研究——以舒城县土壤全氮空间分异为例

为分析地形与取样数对大尺度Kriging插值精度的关系,在舒城县的山区、丘陵、岗区、平原等4个不同地形单元采集土壤表层(0~20cm)样品611个,进行可变取样数条件下的土壤全氮空间分异插值精度比较。半变异函数分析表明,4个地形单元块金值与基台值比值的平均值<25%,具有强烈的空间相关性。Kriging插值精度标准均方根误差检验值(NRMSE)在各地形单元内都随着采样密度的增大而不断降低,插值精度提高;各地形单元之间,在相同的采样密度下,Kriging插值精度大小顺序为平原>岗区>丘陵>山区,随着地形复杂程度增加,Kriging插值精度降低。NRMSE检验值平均变化率分析表明,地形越复杂地区Kriging插值精度提高越快。地形条件和取样数是影响大尺度Kriging插值精度的重要因素。     

利用不同插值方法对青藏高原降水稳定同位素空间分布分析

利用稳定同位素大气环流模型模拟结果, 借鉴数据同化的思想, 运用Cressman插值法和最优插值法两种空间插值方法对青藏高原多年平均降水δ¹⁸O模拟结果进行客观订正, 并运用交叉验证方法检验空间插值的效果. 结果表明: 最优插值法订正的结果稍优于Cressman插值法; 对比订正结果与运用经验回归模型BW模拟结果表明, 最优插值所建立的降水稳定同位素的空间分布结果要优于BW模型模拟结果, 而Cressman插值方法订正的降水稳定同位素的空间分布结果与BW模型模拟的结果相当. 两种空间插值所得结果经过高程订正后, 对青藏高原南部的预测结果得到了明显改善.     

一种基于距离场的三维地质空间属性插值方法

针对根据一系列属性等值线剖面/断面数据进行三维空间插值问题,笔者提出一种基于距离场的三维空间属性插值方法。首先,根据对应属性等值线轮廓生成三维等值面;然后,构建属性等值面的三维距离场;最后,对于空间内任意点属性,根据其两侧等值面的距离场数据进行线性插值求取,从而生成整个三维空间内的属性场模型。将该方法应用于某铜矿区的可控源音频大地电磁法(CSAMT)剖面数据,在已知视电阻率等值线剖面的基础上,插值得到三维空间的视电阻率场,可用于揭示地下空间物性分布和预测隐伏矿体等。