Water Content Distribution in the Surface Layer of Maoping Slope

The water content distribution in the surface layer of Maoping slope has been studied by testing the water content at 31 control sites. The water content profiles at these sites have also been determined. The water content distributions at different segments have been obtained by using the Kriging method of geostatistics. By comparing the water content distributions with the landform of the slope, it was shown that the water content is closely dependent on the landform of the slope. The water content distribution in the surface layer provided a fundamental basis for landslide predication and treatment.

基于钻孔资料建立多层数字高程模型及其应用

根据某矿区的地质钻孔资料,划分了不同层面并对地层的交叉与缺失做了处理.利用不同层面的高程值建立不同层面的等高线,再由Kriging插值法得到矿区的三维地层模型.从所建模型中抽取剖面图并与矿区实际勘探线剖面图进行比较,验证了模型的可靠性.最后从建立的多层DEM模型中抽取剖面数据进行有限元数值模拟,并与实际勘探和采掘过程中揭露的断层位置比较,两者结果非常吻合,为该矿区采掘设计和构造预测提供了一定的参考.

新疆阜康地区森林资源与环境的空间分析

研究了新疆阜康地区森林植被资源与环境的特征和其30年来的变化，利用Arcinfo强大的空间分析功能，对资源、DEM模型、景观指数、环境价值和新疆降水量的地统计学规律进行较全面的分析。本文分为五个部分： 1、新疆阜康地区森林资源与环境空间数据库的建立森林资源与环境空间数据库的建立是它们空问分析的基础。利用多期的遥感图象和该区的地形图，建立森林分类图形和属性库（包括森林和环境自变量集）一体化的GIS空间数据库。为了提高TM遥感图象的分类精度，利用ERDAS图象处理软件，对它进行包括主成分、降噪、去条带和自然色彩变换等增强处理，采用监督分类和人工判读相结合的方法进行分类，采用R2V、ERDAS、Arcview、Arcinfo等软件的集成，使得小班面层与某些线层的无缝联接。成功地形成一套适于西部GIS的森林资源与环境空间数据库的技术路径。此外，对新疆阜康北部地区森林资源动态进行初步分析。 2、新疆阜康地区数字高程模型(DEM)及其粗差检测分析为了提高生态建模的精度，模拟和提取该区的地面特征至关重要。在已建立的森林资源与环境空间数据库的支持下，利用Arcinfo和ERDAS，建立了新疆阜康地区的1：5万数字高程模型(DEM)。通过提取地形的海拔、坡度、坡向特征因子，分析森林植被的垂直分布。通过对DEM的粗差检测分析，分析阜康地区的数字高程模型精度。 3、新疆阜康地区景观格局变化分析在1977年、1987年、1999年森林资源与环境空间数据库的支持下，利用景观分析软件编制三个时段的新疆阜康地区植被景观类型图，并分析了近30年来新疆阜康地区景观动态与景观格局变化。结果表明：①在此期间整个研究区的斑块数减少，斑块平均面积扩大，景观中面积在不同景观要素类型之间的分配更加不均衡，景观面积向少数几种类型聚集。说明了在这期间阜康地区的景观类型有向单一化方向发展的趋势;②农耕地分布呈破碎化的趋势，斑块平均面积变小，斑块间离散程度也更高：这些变化说明人为的经济活动在阜康地区的加剧，③天然林面积减少较多，水域的面积却呈现上升的趋势，冰川及永久积雪的面积呈下降趋势， 4、新疆阜康地区森林生态效益的初步分析从广义森林生态效益定义出发，针对12种森林生态效益因变量不完全独立、且各自的自变量集不完全相同，引入具有多对多特征且整体上相容的似乎不相关广义线性模型。通过构造12种森林生态效益的“有效面积系数”和“市场逼近系数”，在森林资源与环境空间数据库的支持下，对新疆阜康地区两期的森林生态效益进行科学的计量。结果表明：新疆阜康地区的森林生态效益货币量1987年是90673.8万元，1999年是84134.4万元，总体上呈下降趋势。 5、利用新疆气象站资料研究年降雨量的空间分布规律利用ArcGIS地统计学模块，在2000年新疆气候信息空间数据库和新疆DEM模型的支持下，做出了新疆地区的年降水量空间分布图。根据新疆气候资料建立趋势而分析模型、模拟了新疆降水量空间分布的趋势值。采用3种算法（距离权重法、普通Kriging法、协同Kriging方法）计算并比较分析了研究区多年的平均降水量的时空变化。利用模拟产生的精度最优的栅格降水空间数据库，建立的多年平均降水资源信息系统，可快速计算研究区内任一地域单元中降水的总量及其空间变化，可以生成高精度的气候要素空间分布图。

黄土高原降水计算插值与插值计算结果的对比分析

　收集黄土高原及周边地区74 个气象站1952 —2001 年降水数据, 用ArcGIS913 普通克里金(ordinary kriging) 插 值法采用计算插值(calculate then interpolate , CI) 和插值计算(interpolate then calculate , IC) 的方法生成黄土高原地区 1952 —2001 年50 a 平均年降水量和年降水量线性趋势系数空间分布表面, 并对其进行统计分析和地形分析。结果 表明: 1) 从插值结果统计值看, CI、IC 法生成的黄土高原地区50 a 平均年降水量和线性趋势系数空间分布表面平 均值分别为421165、421156 mm和- 01541 0、- 01423 1 mm/ a , 相似系数分别为99178 %和95199 % , 二者一致性良好; 2) 从插值结果表面光滑度看, IC 法稍优于CI 法,借用地形分析对生成表面进行坡度、坡向运算, 可作为评价表面 光滑度、空间数量变化特征和空间方向变化特征的直观方法; 3) 黄土高原地区50 a 平均年降水量具有东南多西北 少、南多北少、东多西少的分布规律, 其中服从东南西北、南北和东西方向递减的地带性分布规律区域占黄土高原 地区面积的89134 % , 非地带性分布规律区域占10166 %; 4) CI 和IC 法计算的黄土高原地区1952 —2001 年降水线 性趋势系数平均- 01541 0 和- 01423 1 mm/ a ,黄土高原地区年降水量有明显减少趋势。

黄土高原地区50年降水时空动态与趋势分析

基于黄土高原及周边地区74个气象站1952-2001年降水量数据,计算各站年降水量线性趋势系数,利用ArcGIS地统计模块普通Kriging插值法生成黄土高原地区1952-2001年年降水量和年降水量线性趋势表面,分析年降水量、年降水量线性趋势表面时空分布特征与10年尺度降水量带动态变化。结果表明,黄土高原地区1952-2001年平均年降水量(426.69±67.85)mm,年降水量和年降水量线性趋势存在显著时空分异;年降水量由西向东线性增加,从南到北二次曲线递减,总体上东南西北方向递减;10年尺度平均年降水量减少趋势明显,递减率-10.019 mm/10 a,期间累计减少1227.33 mm;200,400,600 mm降水线南移,干旱半干旱区面积不显著扩大,湿润半湿润区显著缩小,气候呈干旱化趋势;年降水量线性趋势系数从-4.10 mm/a到4.46 mm/a,平均-0.98 mm/a,降水量呈增加趋势地区面积16.36万km2,呈减少趋势地区面积46.27万km2,分占黄土高原地区总面积26.12%和73.88%。

土壤稳定入渗速率空间插值不确定性研究

以黄土丘陵沟壑第三副区的藉河流域为研究区,根据65个实测点数据,采用普通克里格法、反距离权重法、样条函数法等插值方法,分析了测点数量变化、栅格像元尺寸变化及插值方法的差异对土壤稳定入渗速率空间插值结果的影响,剖析了空间插值中的不确定性。结果表明:(1)参与插值站点越多,所得插值结果不确定性越小;(2)像元尺寸在25~800 m间变化对土壤稳定入渗速率的插值结果影响微弱;(3)不同插值方法对插值结果的精度影响较大,说明插值方法的差异对插值结果的不确定性有较大影响。

黄土沟壑区小流域土壤pH值的空间分布及条件模拟

土壤pH值是影响土壤养分有效性和化学物质在土壤中行为的主要因素,研究土壤pH值的空间分布特征对于土壤养分管理和土壤污染预测具有重要意义。该文用地统计学方法研究了环境因素复杂的黄土高原小流域土壤pH值空间分布特征。结果表明,黄土沟壑区小流域土壤pH值具有球形—指数套合模型的空间结构特征,其空间异质性主要来源于流域内土地利用和土壤侵蚀等随机因素。与有机质协同的Kriging法能较好地对土壤pH值进行估值,其估值范围小于实测数据,估值误差来源于复杂的环境因素。序贯高斯条件模拟的土壤pH值范围与实测数据接近,模拟的平均值低于实测数据,模拟误差来源于模拟过程中独特的Kriging算法及高斯特性。

陕西省水蚀土壤因子指标插值方法比较研究

基于地统计学原理和半变异理论,采用地理信息系统技术定量研究了陕西省水蚀土壤因子指标的空间变异特征。分析比较了反距离权重法、样条函数法与普通克吕格法对陕西省土壤因子指标空间插值的精度。结果表明,研究区土壤抗冲系数具有中等强度的空间相关性,块金系数为32.29%,而稳渗速率、崩解速率、抗剪强度均表现为强烈的空间相关性,块金系数分别为13.19%,11.61%和12.98%。综合考虑平均相对误差、均方差及插值效果,认为普通克吕格法最好,更能反映土壤参数的空间特征并符合区域水土流失模型对数据的要求。对于普通克吕格法,稳渗速率的Lag步长为30 000 m,半方差理论模型为指数模型;抗冲系数、崩解速率、抗剪强度的Lag步长为55 000,半方差理论模型均为高斯模型。在空间分布上,各指标随土壤类型由北到南呈现明显的地带性规律。

基于TM影像的黑土区表层土壤有机碳空间格局研究

土壤有机碳是陆地生态系统的一个动态组成部分，其储量、分布及其转化在陆地碳循环中起着重要的作用，是土壤肥力的核心指标之一。土壤有机碳含量的多少及其空间分布特性受气候、母质、地形等结构性因子以及施肥、耕作等随机性因子的影响。作为陆地生态系统中的一个区域化随机变量，土壤有机碳在系统内部垂直和水平方向上发生变化的同时，参与大气圈和生物圈这两个碳库之间的循环。为了揭示土壤有机碳的空间分布特性，传统统计学、地统计学、遥感与地理信息系统等方法被相继引入且逐渐走向成熟，其中，利用遥感与地理信息系统相结合的方法来反演土壤有机碳库储量及其空间分布格局为越来越多的专家学者所重视。本文在对不同方法基本理论进行简单阐述的基础上，对利用Landsat TM影像分析表层土壤有机碳格局的可行性进行了分析，并就遥感技术在反演表层土壤有机碳的空间分布格局中的应用前景进行了展望。 以黑龙江省部分黑土地区为研究对象，在不同时空尺度下分析了表层土壤有机碳与Landsat TM影像的TM1－TM5、TM7六个波段以及由其计算出的NDVI、NDTI、NDI5、NDI7、NDSVI、SAVI、RDVI和MSAVI 8个遥感指数之间的相关性。结果表明当Landsat TM影像的成像时间为2002年9月份时：(1)小尺度下表层土壤有机碳与TM1极显著相关(r=0.32, p<0.01)，与TM2、TM3和NDSVI显著相关(p<0.05)，相关系数分别为r=0.27，r=-0.29，r=0.26。(2)大尺度下，表层土壤有机碳与TM1、TM2、TM5和NDI5存在极显著的正相关(p<0.01)，相关系数分别为r=0.30，r=0.34，r=0.35，r=0.32；而与NDI7之间存在显著相关性(r=0.27, p=0.02)。(3)当空间尺度一定时，在不同的时间尺度下与表层土壤有机碳具有显著相关性的遥感指标不同。(4)在大尺度下利用遥感技术测定法得到的回归模型对表层土壤有机碳空间分布格局具有较好的预测效果(R2=0.7097, p<0.05)；(5)在大尺度下海拔高于200 m的地区表层土壤有机碳浓度显著高于海拔低于200 m的地区(p<0.05)。 通过分别利用地统计方法和遥感技术测定法分析海伦市表层土壤有机碳的空间分布格局，以步长为6170m时球状模型对表层土壤有机碳进行了拟合并利用Kriging插值方法得到了海伦市表层土壤有机碳分布格局；将这一结果与我们利用Landsat TM影像通过遥感技术测定方法得到表层土壤有机碳空间格局进行比较发现：在精度一致的前提下，遥感技术测定法在所需样本数量约为地统计方法的一半，同时在所消耗的人力、物力以及在时间上的循环周期等方面，遥感技术测定方法与地统计方法相比也有着明显的优势。

干旱内流区尾闾绿洲土壤积盐的动态特征

运用遥感与GIS技术,结合地统计学方法研究了三工河流域下游阜北绿洲近23 a来表层土壤(0~20 cm)盐分动态特征及其主导因素。结果表明:①研究区景观类型间相互转换频繁,区域绿洲化进程的同时,荒漠化也在加重,并且绿洲化进程强于荒漠化;②通过对1982年和2005年土壤盐分的理论模型拟合,符合指数模型,并且,F检验达到极显著水平;③Kriging插值及其与同期的绿洲景观类型图进行叠加运算表明,在自然和人为作用下,区域土壤盐化程度加重,高盐区面积增加,低盐区面积减少,土壤盐分在20 g.kg-1以上的分布面积增加了15.36%,而在5~10 g.kg-1范围减少43.85%;④水库输水灌溉是引发区域地下水位抬升的直接因素,间接导致土壤盐渍

基于GIS和地统计学的植烟土壤养分空间分析

为推进植烟土壤的精细管理与合理施肥,以辽宁昌图烟区为例,采用GIS和地统计学相结合的方法,对其植烟土壤养分的空间变异及分布特征进行了分析。研究结果表明,土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量的空间变异函数均为球状模型。其中,土壤碱解氮具有强烈的空间相关性,说明其受母质、地形、土壤类型等结构因素影响较大;土壤有机质、速效磷和速效钾具有中等的空间相关性,说明其受结构因素和施肥、管理水平等随机因素共同影响。Kriging插值图较为直观地描述了昌图烟区植烟土壤养分的空间分布规律。

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(krig-ing 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.

区域水土流失研究中降雨量空间插值方法选取

在区域水土流失模型研究中,空间插值可提供每个计算栅格的气象要素资料。考虑到研究区域降雨与高程相关性很弱,不宜采用梯度距离反比法(GIDS),故采用距离反比法(IDW)和普通克里格法(Kriging),对延安示范区及其周围共50个站点2000—2003年的5—10月逐月降雨量进行插值。交叉验证结果表明:对2种插值方法,二者经过对数变换后平均相对误差(MRE)为8.30%和7.67%,分别比原始数据插值后的MRE下降了23.17%和23.50%,说明插值精度得到了提升,对研究区域某一年逐月降水的插值Kriging方法比IDW方法更加精确。

民勤绿洲地下水开采时空动态模拟

地统计学方法的应用已由最初的地质学领域广泛推广到土壤学、生态学等领域,但在地下水特征的时空模拟方面应用还较少,结合地理信息系统(GIS),运用地统计学方法分析了石羊河下游民勤绿洲近15年来地下水特征的时空变异规律及其与土地利用变化的关系,并对其变化趋势进行了预测．得到了如下结果：(1)地下水埋深的随机变异特征随着开采强度的不断增大,从1987年的26．32％降到了2001年的0．03％,完全被较大尺度上的结构性变异所取代；而矿化度一直是中尺度上的结构性变异高达99．9％．(2)Kriging插值结果表明,民勤绿洲地下水埋深的分布一直是水质较好的绿洲南部最深厚,从南到北随着水质变差,埋深也变浅．地下水矿化度在空间分布上从南到北逐渐增大；在变化趋势上,高矿化度等值线由北向南持续推进．(3)民勤绿洲近15年来耕地面积增加了3．1×10~4hm~2,使得分布于地下水埋深17m以上的耕地面积净增528．3 km~2,分布于地下水埋深11m以下的林地减少200km~2．同样,分布于地下水矿化度3．0g／L以上的耕地面积净增2×10~4hm~2,其中＞4．5g／L的增加了1．072×10~4hm~2．(4)预测至2015年,地下水埋深下降趋势明显,分布于地下水埋深20m以上的绿洲面积将净增1689．88km~2,达整个绿洲面积的68％；至2015年地下水矿化度高于5．0g／L的绿洲面积将达578．15km~2,全部集中在水质较差的绿洲湖区最北部,部分区域甚至高达7．0g／L以上．

沈阳市郊耕地土壤交换性锰含量的空间变异性

利用地统计学和地理信息系统相结合的方法研究了沈阳市郊耕地1994个样本0~20 cm耕层土壤交换性锰(Mn)含量的空间变异特征,编制了交换性Mn含量的空间分布图。结果表明:土壤交换性Mn含量基本符合正态分布,变异函数的最佳理论模型为球状模型,交换性Mn含量具有中等的空间相关性,空间自相关距离为12.42 km, 分维数D为1.69,由随机性因子引起的空间变异占36.6 %,由结构性因子引起的空间变异占63.4 %。 Kriging内插图显示出交换性Mn的空间异质性主要受成土母质和土壤类型等结构性因子的影响。