地统计学方法在土壤学中的应用

地统计学目前在土壤科学中得到广泛的应用和发展,成为认识土壤特征的一个重要工具.地统计学的空间变异函数和克里格插值等方法是土壤性状分析的主要手段,空间变异函数主要用于描述土壤理化性状空间变异特性,不同的插值方法可优化田间试验设计和田间采样方案,克里格插值方法则特别适用于未测量点土壤属性值的估测等.近年插值方法又被广泛应用于确定区域土壤环境容量和土壤质量标准,随机模拟则用于对土壤特性进行不确定性估计等.因而,地统计学方法对我国大量土壤学资料的整合与分析具有极大的应用前景.     

地球物理勘探中几种二维插值方法的误差分析

为了研究采样和网格化方法对地球物理数据成图精度的影响,为野外数据采集布设提供一定的依据,采用数值模拟确定重力异常场场值,通过不同采样间距和不同插值方法计算重力异常绝对误差均方根值和节点处的绝对误差值,对比不同插值方法的误差,得到了如下认识：1）对于同一插值方法而言,存在小间距绝对误差均方根值小于大间距绝对误差均方根值的关系。2）对不同的插值方法而言:当采样间距小于最小异常地质体尺度时,绝对误差均方根值由小到大的顺序是径向基函数法、改进的谢别德法、克里金插值法、自然邻点法、反距离加权插值法、最近邻点法、最小曲率法,并且线性插值三角网法与自然邻点法具有几乎相同的数值;当采样间距大于最小异常地质体尺度时,绝对误差均方根值由小到大的顺序是径向基函数法、改进的谢别德法、克里金插值法、自然邻点法、最小曲率法、最近邻点法、反距离加权插值法,并且线性插值三角网法和自然邻点法具有几乎相同的数值。3）从绝对误差均方值看,径向基函数方法、改进的谢别德方法和克里金方法数值较小,其中径向基函数值绝对误差均方根值最小。4）从节点处绝对误差值来看,径向基函数方法、克里金方法、改进的谢别德方法相对其他插值方法具有更小的误差,不存在局部误差较小或较大的情况,是相对较好的插值方法,并且径向基函数方法是最好的。     

自然地理要素空间插值的几个问题

资源管理、灾害管理、生态环境治理以及全球变化研究的需要强化了部分自然地理要素空间插值研究的重要性。这些要素空间插值的核心是建立充分逼近要素空间分布特征的函数方程。对于给定的区域与要素样本值 ,插值函数可以有多种模型形式。各类模型的精度受其理论基础、模型算法、时空尺度效应、样本数据属性等因素的综合影响。通过对国际主要插值研究成果进行分析 ,文章认为各类模型插值精度的差异缘于模型对插值要素空间变异性与空间相关性的反映 ,具体应用中 ,只有对已知样本数据进行变异性与相关性分析才能选出适当的插值方法。     

空间结构函数在北京地区气象观测站网设计中的应用

通过统计1978—2000年北京东南低地形区有关台站在春季、夏季、秋季、冬季的逐日平均气温和水汽压的结构函数, 分季节分析了该地区这两个二类气象要素的线段及平面内插精度和台站间距的对应关系, 并根据内插标准误差不超过观测标准误差的原则, 对上述两要素在北京东南低地形区的合理布站方案及间距进行了估算, 可以为2008年北京奥运会气象服务系统建设中气象台站布网建设提供一定的依据。结果表明, 正三角形排列方案为北京东南地区二类气象台站的最佳布站方案, 且布站精度应小于等于16 km。     

基于回声探测监测沉水植物盖度的插值方法研究:以杭州西湖沉水植物盖度监测为例

沉水植物作为水生态系统的重要组成成分,在水生态系统物质循环和能量流动中发挥着重要作用,其覆盖度和生物量是评价湖泊等浅水水体系统稳定性的关键参数随着高效和无损伤监测的回声探测仪在沉水植物盖度监测中的应用,其精确度算法也受到了越来越多的关注本研究以成功恢复沉水植物的浅水湖泊杭州西湖为研究对象,利用BioSonics便携型回声探测仪——MX采集沉水植物回声样本同时结合人工样方设置,采集与回声探测对应位点的沉水植物样本,验证回声探测结果的精确性通过建立回归模型分析回声探测得到的沉水植物体积百分比(PVI)与人工样方获得的对应平均鲜重关系,结果表明二者具有较好的相关性分别采用普通克里金法、反距离权重法、径向基函数法3种插值方法对同一季节的不同湖泊和同一湖泊的不同季节未采集区域沉水植物的盖度数据进行插值分析,并对插值结果进行交叉验证,以确定方法的精确度交叉验证结果表明,插值精确度反距离权重法径向基函数法普通克里金法研究结果为回声探测与插值分析方法结合在大尺度浅水水体中沉水植物监测应用提供了技术支撑.     

石家庄近地表降尘重金属的分布特征及来源分析

系统采集了石家庄市区范围近地表降尘并分析了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn重金属元素的含量,通过元素含量统计分析,发现它们存在较大的变异性,表明重金属含量的空间分布极不均匀。应用地统计模块中的Kriging空间插值分析方法和成图分析,可以看出市区内As、Cd、Cr、Cu呈大面积高值分布,Hg、Ni、Pb、Zn多呈点状污染分布。利用主成分因子分析和重金属元素源指示分析,认为石家庄市区近地表降尘重金属的主要贡献源以燃煤和交通为主。这为全面了解石家庄市区的空气质量状况并为该市大气环境污染治理、城市规划提供了重要依据。     

基于ANUSPLIN的京津冀区域逐日气温格点数据集建立方法研究

为建立一个高精度、高空间分辨率的逐日气温格点数据集,满足公共气象服务对于精确信息及实时信息的需要,利用2018年6—8月京津冀区域以及临近省区共3 974个国家级及区域气象观测站质控后的逐日气温资料,采用ANUSPLIN软件对逐日气温数据进行空间内插,得到了京津冀区域逐日气温格点数据集(0.01°×0.01°),并分别利用反距离权重插值法、普通克里金插值法、样条函数法对逐日气温数据进行空间插值,采用相关系数(Corr)、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)等作为评估指标来检验插值精度。结果表明:1) ANUSPLIN软件满足了空间插值对精度及曲面平滑度的要求,能直观体现京津冀区域气温由北向南递增的空间分布特征; 2) 4种插值方法中,基于ANUSPLIN软件的插值结果最优,相关系数平均达0.97,其样本误差在1℃之内占比为90.59%,MAE为0.46℃,MRE为1.81%; 3)插值误差较大的区域位于冀北高原、燕山丘陵及太行山脉一带,高海拔、低站点密度等是造成插值误差的主要原因。基于ANUSPLIN插值方法建立的逐日气温格点数据集具有分辨率高、空间插值误差小的优势,ANUSPLIN对气温的空间分布具有较好的预测能力。     

全球最优插值客观分析

主要叙述国家气象中心实时运行的全球资料同化系统中的客观分析方案，该方案采用最优插值统计方法，使用所有可以使用的各种类型有不同误差的观测资料和模式的６ｈ预报值，给出数值形式的全球分析值。在两年的业务运行中，为Ｔ４２中期数值预报谱模式提供了较好的初始场。     

考虑地形的空间插值算法在复杂下垫面地区气温和降水精细化插值的评估

为探索考虑地形的空间插值算法在复杂下垫面地区的适用性,利用重庆市区域自动气象站2017年逐月观测数据,采用Cokriging、PRISM和IDW三种算法进行了1 km分辨率插值试验,并分析对比了其在月累积降水、月平均气温插值中的误差。结果表明,当样本数量较多时,平均气温的插值以PRISM误差相对较小,Cokriging和IDW效果相当;对累积降水的插值,PRISM和Cokriging效果相当,并略优于IDW。三种算法的误差均随样本数量减少而增大,但PRISM的平均气温误差增长相对最慢,累积降水误差增长相对最快。当样本数量较少时,PRISM对气温插值的误差相对最小,而Cokriging对降水的插值误差相对最小。进一步分析表明:PRISM能显著减少复杂地形区的气温插值误差;累积降水插值主要受降水强度及降水局地性影响,考虑地形的插值算法并无明显优势。     

基于地统计方法的气候要素空间插值研究

在回顾了地统计学的产生、发展及其基本原理的基础上,对于目前众多可以提供计算网格的气候要素的空间插值方法中,具体探讨了普通克里格法和协同克里格法。将甘肃省1961—1990年30年平均降水量和蒸发量作为区域化变量,根据不同的半变异函数理论模型,采用普通克里格法和双变量协同克里格法,通过对比分析得到：（1）不论是多年均降水量还是多年平均蒸发量在空间上都呈现明显的梯度变化,二者的空间变程都很大,而降水量变化幅度更大。降水量从东南部向西北部逐渐减少,蒸发量则相反,从东南向西北逐渐增加。（2）基于地统计的插值方法,根据半变异函数云图和试验方差最小的原理,选择合适的半变异函数理论模型进行变量的空间插值,能够较好地模拟区域化变量的空间连续分布格局,并取得较好的效果。对比普通克里格法和协同克里格法,后者增加了高度对降水量和蒸发量的影响,在空间分布上更为合理,插值的精度也要明显好于普通克里格法。（3）采用地统计方法虽然在总体上能够较好地反映气候要素的空间分布格局,但检验显示,两种方法空间插值的精度都还不是很高,插值的精度还有待进一步提高。