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.     

放牧对大针茅草原建群种与优势种空间分布关系的影响

为探讨放牧下大针茅草原建群种大针茅(Stipa grandis)和优势种羊草(Leymus chinensis)及糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)种群空间分布特点及关系,本实验以内蒙古自治区锡林郭勒盟毛登牧场大针茅草原建群种大针茅、优势种羊草和糙隐子草为研究对象,通过野外试验,以地统计学为基础,采用半方差函数、分形维数及克里格插值法,分析了围封(CK)和放牧(G)样地大针茅、羊草及糙隐子草种群小尺度空间分布关系。结果表明:围封样地大针茅、羊草及糙隐子草植株密度分别为10.94株/m~(2 )、12.95株/m~(2 )、13.60株/m~(2 ),放牧样地植株密度分别为16.84株/m~(2 )、48.28株/m~(2 )、28.63株/m~(2 ),放牧显著增加大针茅、羊草及糙隐子草种群密度(P0.05);半方差函数进行模型拟合发现,大针茅、羊草及糙隐子草种群空间分布函数关系均符合高斯模型;通过对空间分布函数关系分析,围封和放牧样地结构比为G (93.3%) CK(60.4%),表明放牧样地大针茅种群空间分布主要受结构性因素影响,而围封大针茅种群则受随机性因素影响较大;围封和放牧样地分形维数值为CK(1.796) G(1.361),表明放牧样地大针茅、羊草和糙隐子草所形成的空间分布格局相比围封样地较为复杂,大针茅空间分布对羊草和糙隐子草空间分布的依赖性较弱;通过立体图分析,在放牧利用过程中,羊草处于中低密度时,及糙隐子草处于高密度时,均与大针茅种群间的关系从围封中的竞争关系变为放牧过程中的亲和关系,可见放牧导致种间关系改变。     

海南岛霸王岭垂直带热带植被物多样性的空间分析

以常用的Shannon-Wiener指数,Simpson指数以及新近提出的两个非参数指数（Chao多样性指数和二阶刀切法多样性指数）,计测了海南岛霸王岭垂直止不同植被类型（包括热带低山雨林、热带山地雨林、热带云雾林、热带山地矮林）的物种多样性。在此基础上,借助地理信息系统的空间分析技术,模拟绘制了整经度的多样性变化谱。总体而言,样带下部的物种多样性高于上部,或者说热带低山雨林与热带山地雨林的物种多样性高于热带云雾林与热带山地矮林,而南部稍高于北部。这种基于插值方法的空间分析技术为探索植被结构分析提供了一条新的途径。     

毛乌素沙地参考作物蒸散量变化特征与成因分析

根据毛乌素沙地典型站点近60年(1955—2014年)逐日气象数据,利用Penman-Monteith公式计算毛乌素沙地各气象站点参考作物蒸散量(reference crop evapotranspiration,ET_0)及研究区域内整体ET_0。Mann-Kendall趋势检验法和Arc GIS的协同克里格插值法用于分析ET_0时空变化特征,同时,利用敏感性分析方法对ET_0的变化成因进行分析。结果表明:(1)近60年毛乌素沙地ET_0多年平均值为1048.81mm,年际变化呈现缓慢上升趋势。年内变化夏季最高,冬季最低。区域内ET_0空间分布整体呈现自西向东递减趋势。(2)ET_0年变化对风速的敏感程度最大,日照时数和气温次之,相对湿度最小。春、秋两季ET_0变化对日照时数最为敏感;夏、冬两季ET_0变化对相对湿度最为敏感。空间分布上,毛乌素沙地东南部地区为气温敏感系数高值区,西北部地区为相对湿度和日照时数敏感系数高值区,南部为风速敏感系数高值区。(3)通过计算气象因子对ET_0变化的贡献量得出,气温是影响毛乌素沙地ET_0年变化的主导因子。夏季ET_0变化的主导因子是风速;春、秋、冬三季主导因子是气温。空间分布上,毛乌素沙地西南部地区ET_0变化的主导因子为风速,东部地区主导因子为气温。     

禹城市耕地土壤盐分与有机质的指示克里格分析

针对目前黄淮海平原盐渍土改良区存在的土壤盐碱、瘠薄等障碍问题,以该区域典型县域禹城市为研究对象,综合运用GIS和非参数地质统计学的指示克立格法,对0-20 cm深度的耕地土壤盐分和有机质的空间变异性进行了分析,并给出了土壤盐分和有机质满足一定阀值条件的概率分布图。结果表明,土壤盐分和有机质采用指示克里格方法都可以获得较为稳健的变异函数;受结构性因素与随机性因素共同影响,它们的指示半方差均表现为中等强度的空间自相关性,且单元指示克里格与多元指示克里格插值结果表明,土壤盐分、有机质的概率分布存在空间上的规律性与相似性;在空间分布上,研究区域土壤盐分含量高和有机质含量低的高概率区域主要分布在西北部的张庄镇、西部的房寺镇以及南部的莒镇乡等地区,该区域有一定的次生盐渍化风险;而土壤盐分含量高和有机质含量低的低概率分布区域主要分在徒骇河流经的河滩高地,土壤类型为褐土化潮土,是研究区域的主要高产区,基本无盐渍化。研究获取的综合指示概率分布图和概率风险评价对土壤可持续利用管理具有重要意义,为区域土壤质量的提高和土壤障碍因子消减提供参考。     

地形和采样数量对浙江省森林凋落物碳密度插值精度的影响

将浙江省分成平原沿海地区、丘陵-盆地和山地3个地形单元,研究地形和采样数量对浙江省森林凋落物碳密度克里格插值精度的影响.结果表明:浙江省平原沿海地区、丘陵-盆地和山地的森林凋落物碳密度半变异函数基台效应在28.3％～72.4％之间,具有中等空间相关性;不同地形的克里格插值精度高低顺序为平原沿海地区＞丘陵-盆地＞山地,随着地形复杂程度增加,其插值精度降低;同一地形单元内的克里格插值精度随采样数量增加而提高,以山地的插值精度提高最为明显.在地形复杂区域有必要设置较多的采样点以提高插值的精度.     

澜沧江中游山地不同土地利用对土壤有机碳的影响及预测

基于2011年实地采集的210个表层（0～20 cm）土壤样本,研究了澜沧江中游山地4种典型土地利用类型土壤有机碳含量的空间分布差异.利用相关性分析研究土壤有机碳含量与土地利用类型、地形因子、归一化植被指数之间的关系,采用多元线性回归模型和克里格插值模型预测澜沧江中游山地有机碳含量分布.结果表明： 研究区4种土地利用类型表层土壤有机碳含量的大小依次为：林地>灌丛>草地>农田.土地利用类型、坡向、坡度和平面曲率均是影响土壤有机碳含量的重要因素.多元回归模型比地统计学模型对山地生态系统土壤有机碳的预测效果更好.     

基于多源遥感数据协同的滇西北森林郁闭度估测

森林郁闭度(FCC)是评价森林资源和生物多样性的重要参数,利用多源遥感协同手段以较小成本高精度实现区域FCC反演是当前研究热点。本研究以星载激光雷达ICESat-2/ATLAS为主要信息源,结合54块实测样地数据,采用贝叶斯优化(BO)算法改进后的随机森林(RF)、K-最近邻值法(KNN)、梯度回归(GBRT)模型获取光斑尺度ATLAS光斑内FCC,协同多源遥感影像Sentinel-1/2及地形因子基于BO算法优化后的全连接深度神经网络模型(DNN)进行区域尺度的滇西北香格里拉市FCC遥感估测。结果表明：在提取的50个ATLAS激光雷达光斑参数指标中,经RF特征变量优选后,6个特征参数(乔木冠层百分比、冠层顶光子相对高度的标准差、冠层高度最小值、区段内98%冠层高度值与冠层高度中位数的差值、冠层顶部光子数、表观反射率)贡献率较大,可作为光斑尺度遥感估测模型变量。在BO-RF、BO-KNN、BO-GBRT模型中,以BO-GBRT模型估测的FCC结果最优,留一交叉验证的决定系数(R²)为0.65、均方根误差(RMSE)为0.10、绝对残差均值(RS)为0.079,预测...     

Soil inorganic carbon stock in alpine grasslands on the Qinghai-Xizang Plateau: An updated evaluation using deep cores

Aims To estimate the size and spatial patterns of 3-m-deep soil inorganic carbon (SIC) stock across alpine grasslands on the Qinghai-Xizang Plateau.Methods We conducted a comprehensive investigation and collected soil samples from 342 3-m-deep cores and 177 50-cm-deep pits across the study area. Using Kriging interpolation, we interpolated site-level observations to the regional level. The distribution of SIC density was then overlaid with the regional vegetation map at a scale of 1:1000000 to calculate SIC stock of the alpine steppe and alpine meadow. Kruskal-Wallis tests were further conducted to examine the differences of SIC density between the two grassland types and among soil depths with 50 cm-depth intervals.Important findings The total SIC stock at depths of 50 cm, 1 m, 2 m and 3 m were estimated at 8.26, 17.82, 36.33 and 54.29 Pg C, with SIC density being 7.22, 15.58, 31.76 and 47.46 kg C·m^-2, respectively. SIC density exhibited large spatial variability, with an increasing trend from the southeastern to the northwestern plateau. Much larger SIC stock was observed in the alpine steppe than alpine meadow, with the former accounting for 63%-66% of the total stock at depths of 50 cm, 1 m, 2 m and 3 m. A large amount of SIC stock was found in deep soils (1-3 m), amounting to approximately 2 times as much carbon stored in the top 1-m-deep soil layer. The vertical distributions of SIC density differed between the two grassland types. The highest proportions of SIC occurred in the upper 50 cm layer for the alpine steppe while the highest proportions occurred in 100-150 cm layer for the alpine meadow. These results highlight that a large amount of SIC is stored in deep soil layers, which should be considered in evaluating terrestrial carbon balance under global change scenario.     

锌肥对不同基因型大麦吸收积累镉的影响

对土壤添加不同Zn、Cd条件下两种基因型(Sahara和Clipper)大麦对Zn、Cd的吸收积累研究表明,在本实验条件下土壤添加Zn、Cd对植物地上部生物量没有显著影响,但土壤添加Zn抑制植物根系生长,在土壤不缺Zn情况下添加Zn<20mg·kg^-1时并没有对大麦体内Cd浓度产生显著影响;当土壤Zn添加量达到40mg·kg^-1时,植物体内Cd浓度明显降低,植物吸收Cd的总量随着土壤添加Zn的增加而显著下降,这主要是由于根系生物量的下降所致,两个基因型大麦品种Zn效率存在显著差异,但这一差异对植物吸收Cd的总量没有影响,Zn高效品种Sahara根部Cd浓度显著低于Clipper。