土壤碳储量计算中不同插值方法对比研究——以吉林省大安市为例

土壤碳储量问题是大气温室效应和全球变化研究的热点问题。本文采用“单位土壤碳量”方法,计算了吉林省大安市表层土壤有机碳总储量和平均土壤有机碳储量,以为全球碳循环研究提供精确的基础数据。分析和比较了反距离加权、全局多项式、局部多项式、径向基函数和普通克里格等不同插值模型对表层单位土壤有机碳储量空间插值结果的影响,结果表明全局多项式插值的均差最小,径向基函数中张力样条法的平均绝对误差最小,普通克里格法的标准差最小。综合分析来看,普通克里格的有理二次方程式模型插值精度最高。      

降雨资料Kriging与IDW插值对比分析—以漓江流域为例

降水空间化信息在很多领域都具有重要意义,而进行空间插值方法形成降水空间化信息是当代较为常用的方式。面对众多的插值方法其插值精度成为我们是否采用的关键,就kirging插值法与IDW(Inverse Distance Weighting)插值进行研究以探讨其插值效果,为此类科学研究提供依据。研究以漓江流域内各气象站点降水统计资料为基础分别采用上述两种方法进行插值处理,通过与预留实测站点比较评判方法的插值效果的优劣。结果表明,多年月平均降水量作为时间步长时,降水丰沛的月份使用kriging插值法较优于IDW插值法,而枯水月份则使用IDW插值法较优于kriging插值法。     

不同雨量次降雨空间插值对比——以四川省南充市降雨为例

为对比分析大雨、中雨、小雨条件下,不同空间插值方法模拟地市州尺度降雨的差异,基于四川省南充市9个县级辖区三次24h降雨量数据,采用反距离加权(Inverse Distance Weighting,IDW)、张力样条函数(Spline with Tension,ST)、局部多项式(Local Polynomial Interpolation,LPI)、ANUDEM四种插值方法,从插值平均误差(ME)、中误差(RMSE)角度进行了对比分析。结果显示,按ME排序,大雨、中雨时LPISTIDWANUDEM,小雨时IDW、ANUDEM、ST基本相似,LPI最大;三种降雨条件下四种插值方法 ME均小于0.5mm。从RMSE看,大雨、中雨、小雨时ANUDEM插值RMSE为1.79mm、3.07mm和0.05mm,显著小于IDW、LPI和ST;三种插值方法之间差异微小,大雨、中雨、小雨时均接近13mm、8mm和0.5mm。在降雨量等级为大雨和中雨时,ANUDEM插值方法优于其他插值方法,而在降雨量等级为小雨时,四种插值方法差异较小。     

元素空间分布插值方法的对比研究:以铜陵地区土壤中的重金属元素为例

文中以铜陵地区As、Cd、Cu、Pb、Tl、Zn等6种土壤污染元素为例,选取常用且具有代表性的反距离加权法、径向基函数法、普通克里格法、多维分形法4种空间插值方法,进行土壤元素空间插值,并对其结果进行验证分析和评价。各方法均选取最优参数进行插值对比,土壤样本数共372个,其中337个用于插值计算,35个不参与插值计算而用于验证插值结果。对比研究显示,普通克里格法对刻画区域土壤元素的空间分布趋势效果最佳,但其半变异函数模型及参数的优选仍有待进一步研究;多维分形法对刻画土壤元素局部异常和污染效果最佳,但其对土壤元素分布普遍特征的反映仍需深入研究;反距离加权法和径向基函数法对土壤元素分布的空间插值精度一般,但其简单易用、插值最优参数易于选择。     

祁连山东段南麓不同海拔土壤有机质及全氮的分布状况

于6～14之间,相对较低,利于土壤腐殖质化和有机氮矿.土壤碳氮比沿海拔的升高先增加后减小,在土壤剖面中的分布随海拔的不同而有所差异.土壤有机质含量和伞氮含量和气候因子、植被类型及放牧利用有关.     

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.     

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。     

火山岩与地形联合约束下海岛土壤稀土元素地球化学空间分布异质性——以广西涠洲岛为例

海岛土壤地球化学特征的研究对于认识海岛表生地质环境有重要意义。本研究以我国最大的第四纪火山海岛——涠洲岛为案例,重点研究亚热带海岛环境下火山岩风化土壤的稀土元素（REE）地球化学特征,并探讨影响其空间分布的关键因素。结果表明,涠洲岛土壤REE总量（ΣREE）自然变化范围较大,介于59.07~575.30 mg/kg,平均值为285.53 mg/kg,高于中国大陆土壤背景值（163.86 mg/kg）,指示火山岩风化海岛具有较高的土壤REE丰度。反距离权重插值法（IDW）分析指示,岛内土壤的REE含量高低变化呈现出以带状和斑块状为主体形态的空间分布不均一性,推断其成因与母质岩石类型和地形位置等因素密切相关。3种不同岩性的成土母岩的ΣREE含量变化序列为：玄武岩（236.66 mg/kg）>火山碎屑岩（215.58 mg/kg）>含生物碎屑海滩沉积物（18.99 mg/kg）,对应的土壤ΣREE含量具有类似变化规律,即玄武岩土壤（307.20 mg/kg）>火山碎屑岩土壤（297.46 mg/kg）>含生物碎屑海滩沉积物土壤（89.73 mg/kg）。该证据指示母岩是控制岛内土壤REE含量变化的首位因素,玄武岩整体上易形成具有较高REE丰度的土壤,火山碎屑岩次之,而含生物碎屑海滩沉积物反之。此外,本研究还发现火山碎屑岩单一岩性区内,发育的土壤REE含量也会随地形地貌差异而出现显著变化,其原因是地形地貌制约了土壤矿物和化学风化程度,海蚀丘陵比海积平原更利于海岛土壤中REE次生富集作用的发生。

     

基于克里金插值估算区域降水量的抽样方法对比分析——以甘肃省为例

降水数据的空间插值精度由降水的空间变异特征、插值方法和降水观测站分布决定的, 其中, 降水观测站及插值方法的选择尤为重要. 利用空间随机抽样、空间分层抽样和空间三明治抽样等空间抽样方案, 以甘肃省境内的气象站点为研究对象进行抽样分析, 在抽样结果的基础上进行区域降水量克里金插值, 并对比了插值结果精确度. 结果表明: 在较为丰富的先验知识的前提下, 空间三明治抽样所得的区域降水量插值结果的误差项ME(1.97)、MSE(0.0066)和RMSSE(1.0184)都是最优的, 空间分层抽样次之, 空间随机抽样最差. 与另外两种抽样方案相比, 空间三明治抽样是一种使区域误差最小, 适用范围更广, 精确度更高的抽样方法.     

喀斯特地区石漠化与土壤类型的空间相关分析——以贵州省为例

以贵州省2010年石漠化程度分布与土壤类型分布图为基础,运用地图代数原理,通过计算二者的转移矩阵,从而得出不同石漠化程度下土壤类型的空间分布情况,并探讨研究区石漠化背景下,土壤类型与石漠化的空间分布规律,分析石漠化的发生、分布与土壤类型的相关关系。其结果表明:喀斯特地区石质土的石漠化发生率最高达到46.41%,其次为黄棕壤的43.32%,综合排序为石质土>黄棕壤>山地草甸土>棕壤>红壤>粗骨土>石灰土>黄壤>紫色土>水稻土>潮土;分等级讨论时以中度石漠化为主导,且石质土的中度石漠化发生率最高,达到了21.68%。石漠化程度的空间分布在不同土壤类型中存在着明显差异,并且二者之间有一定联系,土壤本身的性质差异是重要的因素之一。      

基于克里金插值的井网优化方案设计 ——以沈阳市浑河李官堡水源地为例

傍河型水源地具有水量稳定、水质清洁的优点,因此水源地水井肩负采水和检测水质双重作用。结合李官堡水源地实例,基于克里金空间插值方法,建立关于三氮污染物多目标监测井网优化模型; 以李官堡水源地近十年的地下水监测井网观测数据为依据,利用多目标粒子群优化算法提出一种较为合理的监测井网分布方案。     

农牧交错带土地利用变化与土壤养分的关系——以内蒙古自治区多伦县为例

多伦县为北方典型的农牧交错区。土地利用是社会与 经济的综合反映,它的变化可引起许多自然和生态过程的变 化,如土壤养分和水分的变化、地表径流与侵蚀以及生物地 球化学循环等。同时,亦可达到控制水土流失和沙漠化,提 高土壤质量的目的。因此,研究近50年来的土地利用变化 与土壤养分的相互关系,为退耕还林还草、退牧还草,合理利 用土地提供科学依据。     

Spatial distribution of soil organic carbon and total nitrogen stocks in a karst polje located in Bosnia and Herzegovina

Karst poljes in the Dinaric Mountains have a complex hydrological regime and high potential for crop production. Little information is available about soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), carbon stocks (SOCS), and nitrogen stocks (TNS) in karst poljes located in the Dinaric area. The objective of this paper was to study the spatial distribution of SOC and TN in topsoil (ranged from 9 to 53 cm depth) and whole profile SOCS and TNS (ranged from 15 to 160 cm depth) in the Livno karst polje depression (Bosnia and Herzegovina) using kriging and co-kriging approaches. We used the following properties as co-variates: distance from hills (DFH), distance from the lake (DFL), sand, silt, and clay content, TN, SOC, SOCS, and TNS. We only used the properties that had a significant correlation with the estimated properties as co-variates. The results showed that soils in the study area had high average SOC (7.92%), TN (0.79%), SOCS (191.05 t ha^?1), and TNS (17.91 t ha^?1) values. Histosols had the highest SOCS and TNS and Arenosols the lowest. The experimental variogram of LogSOC and LogTN was best-fitted by the spherical model, while the exponential model was the most accurate for LogSOCS and LogTNS. The spatial dependence was moderate for all studied soil properties. The incorporation of auxiliary variables increased the precision of the estimations from 35.7% (SOC?×?TN) to 49.2% (TNS?×?SOCS).     

Probabilistic and spatial liquefaction analysis using CPT data: a case study for Alameda County site

Soil liquefaction is one of the major concerns causing damage to the structures in saturated sand deposits during earthquakes. Simplified methods for the assessment of liquefaction potential rely on the limit states that are generally established with built-in conservatism and a great deal of subjectivity. Well-known SPT- and CPT-based methods are widely used in the design practice for this purpose due to their simplicity and reasonable predictive capability. However, these methods do not account for various sources of uncertainties explicitly. Moreover, evaluations are made only at the locations of test results and are generalized for the whole region, which may not give accurate results where spatial variation of soil properties is significant. The present study focuses on the probabilistic evaluation of liquefaction potential of Alameda County site, California, considering spatial variation of soil indices related to CPT soundings. A stochastic soil model is adopted for this purpose using random field theory and principles of geostatistics by developing 2D exponential correlation functions. It has been observed that the probability of liquefaction is significantly underestimated as much as 34 %, if the spatial dependence of soil indices is not considered. Further, the effect of spatial variation is more prominent in low-level earthquakes compared to the high-level earthquakes, showing a 41.5 % deviation for magnitude 8.1 and a 60.5 % deviation for magnitude 5.0 earthquake at a depth of 10 m.     

Runoff characteristics of non-point pollutants caused by different land uses and a spatial overlay analysis with spatial distribution of industrial cluster: a case study of the Lake Sihwa watershed

To characterize a runoff pattern of non-point pollutants in relation with different land uses in a watershed, a monitoring activity and field measurements were carried out and data points were recorded during the rainfall events for 2 years. The study area includes industrial, urban, and rural sectors, which can represent a model case for the runoff study. Each sector was monitored with methodology and parameters including partial event mean concentration, first flush effect, mass first flush ratios, and correlation analysis. The Banwol Industrial Outfall No. 4 (4TG), an industrial area, showed a strong first flush effect, indicating that pollutants such as suspended solids, chemical oxygen demand, total nitrogen, and total phosphorus, were discharged at the early stage of a storm. An MFF₃₀ analysis of the runoff revealed a mean pollutant load was over 50 %. In the Ansan Stream, an urban area, a strong first flush effect did not appear; however, the concentrations of pollutants reached a peak some time later during a storm event. Then, the concentrations of pollutants quickly reduced. On the other hand, Jangjunbo and Munsan Stream, rural areas, did not exhibit the first flush effects, and when considering the value of MFF₃₀, 30 % or fewer pollutants on average were discharged at the initial stage of a storm. This means most of pollutants were streamed out at the later time of a storm event. The monitoring results found that the runoff characteristics of non-point pollutants in industrial, urban, and rural areas were distinctly different and site-specific. Therefore, each watershed management plan should be prepared to meet its own characteristics. Also, this kind of data can be an important base in designing and sizing a regional wastewater treatment facility to treat pollutants from a contaminated watershed.     

成都平原土壤中Cd的空间分布与第四纪单元响应分析

通过样品采集和室内分析,研究了成都平原区土壤中Cd高含量区的区域分布特征和第四纪分布的空间响应关联。在绵远河、石亭江流域冲积物中存在Cd含量高值区。在同一流域Ⅰ、Ⅱ级阶地→Ⅲ级阶地→Ⅳ级或Ⅴ级阶地冲积物中Cd含量逐渐降低。发育于龙门山的河流(绵远河、石亭江)沉积物Cd含量显著高于其他水系沉积物。Cd高含量分布区与不同级次的阶地相吻合的特征表明其控制因素显著,属于地质作用的产物。这一结论与多数研究者认为的人为因素引起的具有根本区别。