某焦化场地土壤中多环芳烃分布的三维空间插值研究

为准确界定污染场地土壤中多环芳烃在3维条件下的污染分布范围和受污染土方量,选择我国某焦化污染场地苯并(a)芘分布为研究对象,对比研究Krig-3D、IDW-Shepard、IDW-(Franke/Nielson)以及Nearest Neighbor 4种3维插值方法对界定污染范围的不确定性影响。结果表明,不同3维插值模型计算结果差异较大,交叉验证结果显示Krig-3D插值模型插值精度最高,插值结果能较真实地反映场地实际污染情况。通过修复目标对比确定进一步表明,基于4种插值模型计算所得的污染土壤土方量分别为8.51×105、5.62×105、7.12×105、1.09×106m3,选择合理的插值模型将对预测污染范围的不确定性产生重要影响。研究结果对分析污染范围和修复治理过程土方量确定提供重要参考。     

反距离加权插值法在污染场地评价中的应用

确定污染场地的土壤修复范围在实际操作中存在很大的难度.本文以北方某废弃农药厂为例,结合专家判定采样法与网格采样法,采用地统计学方法中的反距离加权空间插值法,分两种情形将大于土壤环境基准值的区域划定为治理范围.结果表明,由于国家土壤环境二级标准主要适用于农业生产的土地,依据反距离加权空间插值后,以此标准确定的治理范围较大,而基于健康风险水平阈值所确定的修复范围和修复成本较小,较合理且经济可行.采用风险评价的反距离加权插值法确定污染场地的污染范围,为今后的场地评价和土壤修复提供了思路.     

农田表层土壤镉的典型空间插值方法对比研究

空间插值对于土壤重金属空间分布和污染评价具有重要意义, 以广东省广州市某地区农田表层土壤重金属镉的调查监测结果为例, 选取具有代表性的反距离加权、径向基函数、普通克里金、简单克里金、泛克里金5 种空间插值方法, 进行空间插值及土壤等级划分, 比较不同插值方法结果精度, 分析不同插值方法结果差异。研究结果表明: 不同插值方法识别的土壤镉浓度空间分布特征和土壤等级划分存在差异, 主要体现在局部极值向外过渡区域存在较大不确定性, 其中径向基函数精度最高, 克里金插值法对数据存在“压缩”效应较强。因此, 在开展土壤重金属污染调查时应考虑土壤重金属样本数据特征和空间结构特征, 选择合适的插值模型, 并适当加大土壤重金属浓度过渡区域采样密度。     

降水空间插值技术的研究进展

降水的空间分布信息在水资源管理、灾害预测预警和区域可持续发展研究等方面的地位已越来越重要。然而,空间降水插值却一直是个难题,影响降水的因素很多,如经度、纬度、高程、坡度、坡向、离水体的距离等,建立一个通用的降水插值模型几乎是不可能的。空间降水插值方法很多,优缺点和适用性不同。总体上,降水的空间插值方法有3类：整体插值法（趋势面法和多元回归法等）、局部插值法（泰森多边形法、反距离加权法、克里金插值法和样条法）和混合插值法（整体插值法和局部插值法的综合）。近年来,随着应用数学和人工神经网络技术的发展,很多新方法如BP网络、径向基函数网络等逐渐应用到降水插值中。另外,研究区域和时间尺度的不同决定了所选用的插值方法及模型不同;即使是同一种插值方法,应用于不同的研究区域,所取得的结果也不同。因此,应根据具体的研究区域的自然地理特征,选择不同的插值方法建立不同的插值模型。在各种插值方法中,兼具其它插值方法优点的混合插值法有利于提高降水插值的精度,是未来降水插值研究的一个发展方向。     

关于鼠尾藻群体数量分布的三种统计模型比较

鼠尾藻是潮间带海藻床的主要构建者,但何种统计模型更适合鼠尾藻的数量分布研究目前尚不清楚。选取山东荣成内遮岛15个25m2区域进行了调查和数量统计,比较了算数平均模型、反距离权重模型及普通克里金模型的精度差异,分析了群体密度、丛生指数及盖度等因素对模型统计精度的影响。结果表明,反距离权重模型表现较为稳定、平均误差最低(平均绝对误差39.1株,均方根误差53.3株,偏差率13.0%),而算术平均模型的精度波动最大、平均误差最高(平均绝对误差53.8株,均方根误差65.3株,偏差率14.6%)。群体密度和盖度因素对模型精度无明显影响(P0.05),但丛生指数能显著影响3种模型的平均绝对误差和均方根误差(P0.05)。研究表明,3种模型精度差异并不明显,模型精度在一些指标上受丛生指数影响。总体来看,反距离权重模型和普通克里金模型稳定性较好,误差均值较小,且均能够反映鼠尾藻群体的空间分布,因而在鼠尾藻群体数量分布计算中具有一定优势。     

基于局域模型的凉水国家自然保护区土壤全氮空间分布

以凉水国家自然保护区激光雷达数据为基础,建立数字高程模型,提取基本地形属性如坡度、坡向和复合地形属性湿度指数和相对径流强度指数等,在成土因素学说基础上,对全氮含量(TN)进行地理加权回归建模(GWR),同时运用反距离加权(IDW)、普通克里格(OK)和泛克里格(UK)对TN进行空间插值.结果表明： 对于研究区TN的预测,GWR模型预测精度(77.4%)高于其他3种空间插值方法,IDW预测精度(69.4%)高于OK(63.5%)和UK(60.6%)的预测精度.利用GWR模型预测研究区域土壤TN平均达到4.82 g·kg^-1;在高海拔、地形湿度大以及相对径流强的区域,土壤TN相对较高.对预测结果进行探讨发现,不同坡位、坡向的土壤TN也存在一定差异.因此,基于地形属性的局域模型是土壤属性空间分布预测的更为有效的方法.     

杉木种子涩籽地理分布的空间插值法研究

应用距离反比插值法进行杉木种子涩籽率的空间插值,并提出一种改进的距离反比插值法(MID),其包含了距离反比法(ID)和距离平方反比法(IDS)。根据福建省25个杉木种子产地的涩籽率观察值,建立了杉木种子涩籽率的改进距离反比插值模型。改进距离反比插值法经交叉验证,其平均误差及平均误差平方的平方根均较距离反比法和距离平方反比法更小,具有较高的精度,平均精度达88．91％,可应用于杉木种子涩籽的空间内插。这不仅为杉木种子涩籽的空间插值提供了一种新方法,而且为地理信息系统(Geographic information system,GIS)辅助的杉木种子涩籽区域分布与流行趋势研究提供了理论依据,为福建省杉木种子园的合理布局与优化奠定基础。     

海洋浮游植物丰度的空间插值优化

在探索性空间数据分析(Exploratory spatial data analysis)和数据转化的基础上,利用反距离加权(Inverse distance weighting,IDW)、径向基函数(Radial basis functions,RBF)、普通克里格(Ordinary Kriging,OK),3种插值方法,对2003年8月获得的珠江口浮游植物丰度数据进行插值运算,并对插值准确度进行交叉验证。结果显示,珠江口浮游植物丰度数据具有离散性大、存在极大和极小值、呈正偏分布等特点。而对数转化能大大减小数据的离散性和不对称性,有效消除插值结果图中各类插值噪音。交叉验证显示,插值精确度OK最高,RBF次之,IDW最低。观察插值结果等值面图,发现3种方法均能较客观地模拟出浮游植物丰度的总体分布趋势,在对局部趋势的模拟上,OK的表现最好。综合评定,OK为最适合珠江口浮游植物丰度数据的插值方法。半变异模型的选择对OK的插值结果影响不明显。在四种半变异模型中,圆形模型的拟合效果最好。     

不同干扰程度下土壤有机质空间最优插值法研究

选择最优空间插值方法对明确不同干扰程度下干旱区土壤有机质空间分布规律具有重要意义。通过对新疆阜康市土壤采样分析,分别运用普通克里格法(Ordinary Kriging, OK)、反距离权重法(inverse distance weight, IDW)、径向基函数法(radial basis function, RBF)、局部多项式法(local polynomial, LPI)4种插值方法,描述不同人为干扰程度下干旱区土壤有机质空间分布特征,以探讨其最优空间插值方法。结果表明:①随干扰程度增加,土壤有机质含量降低,空间变异性由弱到中等,变异系数由9.27%增加至28.7%;同时,土壤有机质空间自相关性逐渐降低,从无人为干扰区、人为干扰区到重度人为干扰区分别呈强烈、中等、弱相关关系,即干扰程度越强受随机因素作用越大。②虽然4种方法的插值精度均随干扰程度的增强而降低。但OK法在空间结构性较强的无人为干扰区插值效果最好,R~2为0.625;在人为干扰区及重度人为干扰区RBF法的插值精度均最高,R~2分别为0.562和0.434。该结果为寻找适合于不同干扰程度下干旱区土壤有机质的空间插值方法提供一定的科学参考。     

黄土高原年均降水量空间插值及其方法比较

采用不同空间插值方法(普通克里格法OK、反距离权重法IDW和径向基函数法RBF),对黄土高原地区85个气象站点1957—2013年逐日降水数据进行年均降水量空间插值分析,采用平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、Pearson相关系数(R)以及准确度(AC)对插值结果进行对比,研究不同方法对该地区年均降水量插值结果的影响.结果表明:研究期间,黄土高原地区年均降水量的Moran I值为0.67,各站点年均降水量存在较强的空间自相关性.63个预测站点和22个检验站点的验证结果显示,3种方法的实测值和预测值均显著相关,但反距离权重法和径向基函数法的平均绝对误差(MAEIDW=38.98,MAERBF=34.61)和均方根误差(RMSEIDW=51.49,RMSERBF=43.79)均高于普通克里格法.通过普通克里格法的不同半变异函数模型(环形模型、球体模型、指数模型、高斯模型)对比发现,环形模型的平均绝对误差最小(MAE=32.34),准确度最高(AC=0.976),指数模型平均绝对误差最大(MAE=33.24).综合对比不同插值方法实测值与估算值的验证结果表明,采用半变异函数为环形模型的普通克里格法是进行黄土高原年均降水量插值较好的方法.     

废弃冶炼厂重金属镉向周边的扩散及其风险评价

废弃工矿区及周边地区重金属等污染物的生态风险隐患较高,了解其污染特征对防止污染源扩散十分关键。本研究按地形、水流走向等布点,采集了64个0～20 cm表层土壤样品,应用反距离权重插值(IDW)和数理统计相结合的方法,以及地累积指数评价法,探究湖南长沙某废弃冶炼厂重金属Cd向周边的扩散及土壤Cd污染的风险。结果表明:废弃冶炼厂周边土壤中有不同程度的Cd富集现象,其Cd含量在0.09～6.96 mg·kg-1,平均1.18mg·kg-1,超过当地土壤Cd背景值,是《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》中风险筛选值的2.95倍,地积累指数平均值达中重度污染水平。IDW插值结果表明:污染高值区主要分布在调查区东部原废水排放小溪两侧,且与废弃冶炼厂距离越远,小溪两侧土壤的Cd含量逐渐降低;在沿风向分布上,亦有随冶炼厂距离越远土壤Cd含量越低的趋势;不同土地利用方式下,土壤Cd含量呈现为园地水田菜地裸露地。研究结果为工矿源重金属排放管理提供了依据。     

基于辅助环境变量的土壤有机碳空间插值——以黄土丘陵区小流域为例

利用普通克里格法(OK)、反距离加权法(IDW)、径向基函数法(RBF)、基于土地利用类型修正的普通克里格法(OK_LU)4种插值方法,对黄土丘陵羊圈沟小流域的土壤有机碳含量进行空间插值。预测结果的准确性通过Pearson相关系数(R),平均绝对误差(MAE),均方根误差(RMSE),准确度(AC)来评价。研究结果表明:(1)在前3种常规空间插值方法中,OK对刻画区域土壤有机碳的空间分布趋势效果最佳,其预测MAE值和RMSE值均为最小,Pearson相关系数(R)和准确度(AC)最大,说明其预测结果的准确性最好、预测的极端误差也最小;其次为RBF;IDW预测的效果最差。(2)OK_LU在空间特征表达方面能够更好地反映复杂地形区的局部变异,其插值结果的精度相比OK有一定程度的提高,其平均绝对误差(MAE)从0.900%降到了0.567%,均方根误差(RMSE)从1.101%降到了0.777%,Pearson相关系数(R)从0.4026提高到0.5589,准确度(AC)从0.9081提高到0.9505。综合比较,在黄土丘陵地区,OK_LU能使插值结果的精度有较大提高,是土壤有机碳空间制图的有效途径。     

污染场地土壤生态风险评估研究进展

随着我国快速城市化以及产业结构的调整,遗留下了大量的污染场地,发展和实施污染场地土壤生态风险评估是进行大规模污染场地修复行动的必要条件。本文围绕污染场地土壤生态风险评估的科学原理、框架构建及技术方法等方面的关键问题: 1)评估框架的场地实际针对性;2)概念模型的不确定性;3)土壤复合污染毒性机制;4)评估终点筛选;5)评估方法和框架构建等展开讨论,指出土壤复合污染的制毒机制,即污染物生物有效性和联合效应是污染场地土壤生态风险评估的关键科学问题。耦合美国环保局四步法和欧盟层级法的“证据-权重法”评估框架适用于野外复杂环境条件下的土壤污染生态风险评估。建议今后重点开展以下5个方面的工作: 1)污染场地土壤生态风险评估技术框架与风险管控技术框架之间的联合;2)概念模型研究;3)基于过程的场地土壤污染物反应运移模型研究;4)场地土壤复合污染生态毒理学机制研究;5)生态系统高水平生态风险评估终点研究。旨在为形成我国本土污染场地土壤生态风险评估技术指南提供理论基础和构架。     

基于辅助变量的森林半腐层厚度空间插值精度

基于地统计学方法,利用3种以海拔作为辅助变量的空间插值算法［局部平均的简单kriging法(simple kriging with locally varying mean,SKlm)、带有外部漂移的kriging法(kriging with an external drift,KED)和协kriging法(cokrging,COK)］计算了森林半腐层厚度的空间插值精度,并进行了交叉验证.结果表明：KED法既考虑了变量之间的空间变异,又考虑到影响局部空间变化的因素,与其他插值方法相比,其精度有很大提高;由于海拔与半腐层厚度之间的相关关系较弱,导致SKlm法的插值精度没有达到预期效果;COK法直接将海拔用于估计半腐层厚度,由于在边界地区缺乏采样点数据,因此边界地区的插值出现了多处突变区域.对比地统计学方法与距离反比权重法(inverse distance weighting, IDW)在本研究中的插值精度,除了KED方法的插值精度较高外,其余方法的插值精度均不及IDW,原因可能是利用辅助变量辅助地统计学插值时,主、辅助变量之间的相关关系在插值中起着重要作用.     

利用GIS和多变量分析估算青藏高原月降水

随着空间降水信息需求的日益增加,空间降水插值已被广泛应用。降水区域不同,插值方法不同;时间尺度不同,插值方法也不相同。适合于所有地区的通用降水插值模型是不存在的。青藏高原自然地理特征独特,分析高原降水的时空格局意义重要。以青藏高原及其周边地区140个气象站点的月降水信息及其该地区的数字高程数据(DEM)为基础,利用G IS工具,对比分析了五种插值方法在青藏高原不同降水年份(以1998年、1997年分别代表丰水及欠水年份)的干湿季(1998年的干湿季分别以12月份和8月份为代表,1997年的干湿季分别以1月份和7月份为代表)月降水插值中的应用,并对整个高原地区的干季和湿季的月降水进行制图。这5种插值方法分别是:克里金插值法、反距离加权法、样条法、混合插值法Ⅰ和混合插值法Ⅱ,前3种插值方法未考虑海拔高度对降水的影响,而混合插值法则将高程作为降水的重要影响因子。结果表明:①在干季,无论是丰水还是欠水年份,月降水量都比较少,高程对降水量的影响较小,在月降水插值时可不考虑高程的影响,克里金法的月降水插值精度最高。②在湿季,月降水量较多,高程的影响较大,混合插值法比局部插值法及克里金插值法的精度高,尤以混合插值法Ⅱ(多元回归和样条法的综合)的精度最高。③干季,整个高原的月降水很少,西部和北部降水最少,东部和南部相对较多;湿季,高原的月降水较多,空间格局表现为由东南向西北递减。     

基于地理加权回归克里格的日平均气温插值

气温是大量农业、水文、气候、生态模型的输入变量.在地形复杂的区域,考虑气温与环境变量的线性回归关系和残差的自相关性的方法(如回归克里格法,regression Kriging,RK)是目前气温插值的主要方法.但此类方法多使用基于普通最小二乘的全局回归技术,没有顾及回归关系的空间非平稳性.地理加权回归克里格(geographically weighted regression-Kriging,GWRK)是一种既能顾及回归关系的空间非平稳性、又能考虑残差的自相关性的一种插值方法.本文用RK和GWRK对海南岛2013年12月18日的日平均气温进行插值并进行比较研究.依相关性分析和逐步回归分析的结果,采用RK1(以海拔为辅助变量)、GWRK1(以海拔为辅助变量)、RK2(以纬度、海拔、海陆距离为辅助变量)和GWRK2(以海拔、海陆距离为辅助变量)4种模型进行研究,并用80个验证站评估4种模型的精度.结果表明:GWRK1模型的最大正误差、最大负误差、平均绝对误差、均方根误差均最接近于0.从最大正误差、平均绝对误差、均方根误差3个指标看,考虑更多辅助变量的RK2、GWRK2模型反而不及只考虑海拔的RK1、GWRK1模型,表明RK2、GWRK2模型中辅助变量之间的相关性对插值结果有较大影响.     

某焦化场地土壤多环芳烃污染数据的统计特征

分析污染场地调查数据的统计特征能够帮助判别污染物在场地中的空间变异特征以及污染来源和成因.本文以我国某焦化场地为对象,对采集的表层土壤114个样点16种多环芳烃(PAHs)含量数据进行多元统计和空间特征分析.结果表明:每种污染物的含量范围差异显著,具有高度的偏倚性;多元统计分析提取的前2个主成分可以有效代表原场地污染数据信息.选择苯并(a)蒽、苯并(b,k)荧蒽、苯并(a)芘和茚并(1,2,3-cd)芘4种污染物进行趋势分析和空间局部变异分析,在场地的东西和南北方向的污染物含量均表现出由低到高再到低的变化趋势,空间变异系数在场地的中部、西北及西南较高,其他区域变异系数较低.     

某焦化场地土壤多环芳烃污染数据的统计特征

分析污染场地调查数据的统计特征能够帮助判别污染物在场地中的空间变异特征以及污染来源和成因.本文以我国某焦化场地为对象,对采集的表层土壤114个样点16种多环芳烃(PAHs)含量数据进行多元统计和空间特征分析.结果表明: 每种污染物的含量范围差异显著,具有高度的偏倚性;多元统计分析提取的前2个主成分可以有效代表原场地污染数据信息.选择苯并(a)蒽、苯并(b,k)荧蒽、苯并(a)芘和茚并(1,2,3 cd)芘4种污染物进行趋势分析和空间局部变异分析,在场地的东西和南北方向的污染物含量均表现出由低到高再到低的变化趋势,空间变异系数在场地的中部、西北及西南较高,其他区域变异系数较低.     

基于机载LiDAR数据的福建柏人工林林木参数提取

准确高效地提取人工林林木参数可为估算单木材积、林分蓄积量提供关键信息。本文提出基于机载LiDAR数据的高精度单木参数提取方法,其实现过程包括数据预处理、地面滤波、单木分割和参数提取。以福建省沙县官庄国有林场的福建柏大径材人工林为试验区,采集高密度机载点云数据,对点云进行去噪、重采样等预处理。使用布料滤波算法(CSF)分离出植被点云和地面点云,并采用Delaunay三角网法将植被点云数据插值生成数字表面模型(DSM),采用反距离加权插值法将地面点云数据插值生成数字高程模型(DEM),两者作差运算获得冠层高度模型(CHM)。利用分水岭分割算法分析不同分辨率的CHM对单木分割及参数提取精度的影响。采用点云距离聚类算法对归一化植被点云进行单木分割,分析不同的距离阈值对单木分割及参数提取精度的影响。结果表明：使用分水岭分割算法处理0.3 m分辨率CHM单木分割调和值最高,达到91.1%,提取的树高精度较优,决定系数(R²)达到0.967,均方根误差(RMSE)为0.890 m;使用间距阈值为平均冠幅的点云分割算法单木分割调和值最高,达到91.3%,提取的冠幅精度较优,R     

基于电磁感应技术的土壤剖面盐分空间分布建模研究

土壤盐渍化问题是干旱半干旱地区农业发展的主要障碍,也是制约荒漠植物生长状况的关键因素之一,严重影响到绿洲生态环境的稳定与安全。研究土壤剖面盐分的分布情况,能及时探究盐渍化对生态的影响。以渭干河-库车河三角洲绿洲为研究靶区,利用电磁感应仪技术与传统采样方法获取该地区典型地块的土壤电导率,剖析其剖面分布特征,在建立磁感式表观电导率和土壤样本实测电导率之间的线性混合模型的基础上,采用自然邻近插值方法解析和评估研究区土壤剖面盐分的空间分布特征。结果表明:研究区土壤电导率具有较强的表聚性与空间变异强度,土壤主体属于中度盐渍化类型;基于各深度层土壤电导率与磁感表观电导率所构建的3种线性混合模型均能达到0.01的显著性水平,其中磁感表观电导率两种模式相结合解译模型预测精度最高;自然邻近法插值结果直观反映研究区土壤剖面盐分的空间分布状况,与水平模式和垂直模式相结合的土壤盐分解译模型相结合则能够更有效的提高土壤盐分空间分布的预测精度。研究结果表明,借助构建的土壤盐分解译模型可对研究区土壤盐渍化空间分布情况进行快速监测与评估,为该区土壤盐渍化的防治提供了一定的技术支撑。