广州市表层土壤磁学性质的空间插值方法比较
发布时间：2021-04-15 03:11
本文利用广州市范围内的350个表层土壤样品χlf、χARM/SIRM、HIRM等14个磁学参数的测试结果,在对各磁学参数分别进行统计特征分析和正态性检验的基础上,对满足正态或近似正态分布的磁学参数进行趋势分析。利用确定性插值法（包括反距离权重法和径向基函数法）和地统计法（包括普通克里金法和泛克里金法）对14个磁学参数进行空间插值并根据交叉验证法（比较不同插值方法的交叉验证参数）的结果,比较地统计法和确定性插值法的预测误差,从而确定14个磁学参数的最优插值方法。结果表明:1)地统计法中,χARM、χlf、χhf、S100、S300、S-100、SIRM和HIRM的普通克里金法插值效果最好;SIRM/χ的泛克里金法插值效果最好;χARM/SIRM和S-300的普通克里金法（OK）和泛克里金法（UK）的插值效果接近。OK法作为最常用的地统计空间插值方法,在表土磁学参数上也相较于UK适用范围更广。2...
【文章来源】：热带地理. 2020,40(05)北大核心CSCD
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
广州市表层土壤采样点空间分布
经过变换后的Normal QQ Plot结果（图2）表明：χARM、χlf、χhf、χARM/SIRM、SIRM/χ、S100、S300、S-100、S-300、SIRM、HIRM满足正态或近似正态分布，可以进行OK和UK插值，其余3个参数χfd、χfd（%）和χARM/χ只利用确定性插值法进行插值。2.2 磁学参数的趋势分析
由表4所列的磁学参数UK插值交叉验证参数可知，对于χARM，在各参数MSE与RMSSE相差不大的情况下，指数模型的ME的绝对值、RMSE和ASE-RMSE的绝对值均为最小；因此，对于UK法，指数模型最为合适。但相比于OK法，UK法的ASE-RMSE的绝对值过大；因此，对于χARM,OK和UK两种地统计法中最为合适的方法是OK法。对于χlf，在ME、RMSE、MSE、ASE和RMSSE差别均不明显的情况下，指数模型的ASE-RMSE绝对值最小；因此，对于UK法，指数模型最为合适。相比于OK法，UK法的ASE-RMSE的绝对值相差过大；因此，OK法是更为合适的地统计方法。对于χhf，在RMSE、MSE、RMSSE和ASE-RMSE的绝对值相差不大的情况下，高斯模型的ME绝对值仅约为其他模型值的60%；因此，UK法中，高斯模型为最优模型选择。但相比于OK法，UK法的ASE-RMSE的绝对值明显过大；因此，OK法为χhf两种地统计方法中更优的方法。对于χARM/SIRM，指数模型的ME绝对值最接近于0,RMSE最小，MSE最接近于0,RMSSE最接近于1,ASE-RMSE的绝对值最小；因此，χARM/SIRM应选择指数模型。对比OK法最优的指数模型，UK法的指数模型与OK法相差不大，二者均可作为χARM/SIRM最合适的地统计法。对于SIRM/χ，在四种模型的RMSE、MSE、RMSSE和ASE-RMSE接近的情况下，高斯模型的ME的绝对值最接近于0，且高斯模型的ME与OK法四种模型的ME相对接近，而UK法的ASE-RMSE的绝对值小于OK法的球状和高斯模型；因此，SIRM/χ的最优地统计法为UK法的高斯模型。虽然泛克里金法是一种强大的插值方法，但当外推趋势表面时会产生意外结果。如插值出现负值，最大值异常高等（易湘生等，2012）。本研究中，S100与S300这2个磁学参数的插值结果出现了空白区域，不符合现实情况。因此，虽然S100与S300的总体误差与OK法相差不大，但这2个磁学参数不适合利用UK法插值。对于S-100指数模型的ME绝对值、MSE最接近0，四种模型的RMSE接近，环状模型的RMSSE和ASE-RMSE的绝对值最小；因此，UK法中，对于S-100应选择环状或指数模型。与OK法最优的指数和高斯模型相比，OK法的指数和高斯模型的ME绝对值明显小于UK法的环状和指数模型的ME绝对值；因此，应选择OK法作为S-100的空间插值方法。对于S-300，指数模型在ASE-RMSE的绝对值相对较小和四种模型的RMSE相对接近的情况下，ME绝对值和MSE最接近于0,RMSSE最小；因此，UK法中，指数模型最为合适。与OK法的最优模型相比，OK法的ME绝对值、MSE均更接近于0，二者的RMSE和RMSSE接近，而UK法指数模型的ASE-RMSE的绝对值更小；因此，选择OK或UK的指数模型均可作为S-300的地统计法。对于SIRM和HIRM可以明显的看到，UK法的四种模型的ASE-RMSE的绝对值远远大于OK法；因此，这2种磁学参数选择OK法的最优模型作为地统计插值法。综合上述分析，利用地统计方法进行磁学参数的插值法中，χARM、χlf、χhf选择球状模型作为变异函数拟合模型的OK法作为最优地统计法；对于χARM/SIRM，指数模型拟合变异函数的OK法或UK法均可作为最优地统计法；SIRM/χ的最优地统计法为利用高斯模型拟合变异函数的UK法；S100和S300采用高斯模型拟合的OK法作为最优地统计法；S-100选择指数或高斯模型拟合的OK法作为最优地统计法；对于S-300，指数模型拟合变异函数的OK或指数模型拟合的UK法均可作为最优地统计法；SIRM选择利用环状模型拟合的OK法作为最优地统计法；HIRM选择利用高斯模型拟合变异函数的OK法作为最优拟合模型。各磁学参数的最优地统计插值法的结果如表5所示。可以看出有更多的磁学参数的OK法优于UK法，这可能是由于虽然研究区域内各磁学参数的整体趋势存在，但磁学参数的局部趋势不明显，即局部范围内比较平稳；因此，对于各磁学参数OK法适用性更广泛。
【参考文献】：
期刊论文
[1]喀斯特地区春季土壤水分空间插值方法对比[J]. 孙智妍,周秋文,张思琪,韦小茶,马龙生. 热带地理. 2019(05)
[2]新疆地区降水分布的空间插值方法比较[J]. 张仁平,张云玲,郭靖,冯琦胜,梁天刚. 草业科学. 2018(03)
[3]上海城市表土磁性特征对重金属污染的指示作用[J]. 王冠,陈裕颖,夏敦胜,任非凡,方爱冬,马丽娟. 环境科学学报. 2018(08)
[4]关于鼠尾藻群体数量分布的三种统计模型比较[J]. 刘玮,辛美丽,吕芳,刘梦侠,丁刚,吴海一. 生态学报. 2018(06)
[5]安徽省气象数据空间插值方法比较与分布特征[J]. 赵冰雪,王雷,程东亚. 水土保持研究. 2017(03)
[6]秦岭主脊区年降水量空间插值最优方法研究[J]. 卓静,朱延年. 干旱区地理. 2017(03)
[7]西北干旱区农田土壤磁性特征及其环境意义[J]. 王新,夏敦胜,王博,陈红,刘浩. 环境科学. 2017(08)
[8]粤北岩溶区连江流域降雨侵蚀力[J]. 汪明冲,张新长,王兮之,魏兴琥,李辉霞. 热带地理. 2016(03)
[9]西北典型工矿型城市街道尘埃重金属污染的环境磁学响应[J]. 聂燕,王新,王博,许淑婧,高福元,余晔,夏敦胜,夏昕鸣. 环境科学. 2015(09)
[10]我国土壤污染现状与防控策略[J]. 庄国泰. 中国科学院院刊. 2015(04)
本文编号：3138558
【文章来源】：热带地理. 2020,40(05)北大核心CSCD
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
广州市表层土壤采样点空间分布
经过变换后的Normal QQ Plot结果（图2）表明：χARM、χlf、χhf、χARM/SIRM、SIRM/χ、S100、S300、S-100、S-300、SIRM、HIRM满足正态或近似正态分布，可以进行OK和UK插值，其余3个参数χfd、χfd（%）和χARM/χ只利用确定性插值法进行插值。2.2 磁学参数的趋势分析
由表4所列的磁学参数UK插值交叉验证参数可知，对于χARM，在各参数MSE与RMSSE相差不大的情况下，指数模型的ME的绝对值、RMSE和ASE-RMSE的绝对值均为最小；因此，对于UK法，指数模型最为合适。但相比于OK法，UK法的ASE-RMSE的绝对值过大；因此，对于χARM,OK和UK两种地统计法中最为合适的方法是OK法。对于χlf，在ME、RMSE、MSE、ASE和RMSSE差别均不明显的情况下，指数模型的ASE-RMSE绝对值最小；因此，对于UK法，指数模型最为合适。相比于OK法，UK法的ASE-RMSE的绝对值相差过大；因此，OK法是更为合适的地统计方法。对于χhf，在RMSE、MSE、RMSSE和ASE-RMSE的绝对值相差不大的情况下，高斯模型的ME绝对值仅约为其他模型值的60%；因此，UK法中，高斯模型为最优模型选择。但相比于OK法，UK法的ASE-RMSE的绝对值明显过大；因此，OK法为χhf两种地统计方法中更优的方法。对于χARM/SIRM，指数模型的ME绝对值最接近于0,RMSE最小，MSE最接近于0,RMSSE最接近于1,ASE-RMSE的绝对值最小；因此，χARM/SIRM应选择指数模型。对比OK法最优的指数模型，UK法的指数模型与OK法相差不大，二者均可作为χARM/SIRM最合适的地统计法。对于SIRM/χ，在四种模型的RMSE、MSE、RMSSE和ASE-RMSE接近的情况下，高斯模型的ME的绝对值最接近于0，且高斯模型的ME与OK法四种模型的ME相对接近，而UK法的ASE-RMSE的绝对值小于OK法的球状和高斯模型；因此，SIRM/χ的最优地统计法为UK法的高斯模型。虽然泛克里金法是一种强大的插值方法，但当外推趋势表面时会产生意外结果。如插值出现负值，最大值异常高等（易湘生等，2012）。本研究中，S100与S300这2个磁学参数的插值结果出现了空白区域，不符合现实情况。因此，虽然S100与S300的总体误差与OK法相差不大，但这2个磁学参数不适合利用UK法插值。对于S-100指数模型的ME绝对值、MSE最接近0，四种模型的RMSE接近，环状模型的RMSSE和ASE-RMSE的绝对值最小；因此，UK法中，对于S-100应选择环状或指数模型。与OK法最优的指数和高斯模型相比，OK法的指数和高斯模型的ME绝对值明显小于UK法的环状和指数模型的ME绝对值；因此，应选择OK法作为S-100的空间插值方法。对于S-300，指数模型在ASE-RMSE的绝对值相对较小和四种模型的RMSE相对接近的情况下，ME绝对值和MSE最接近于0,RMSSE最小；因此，UK法中，指数模型最为合适。与OK法的最优模型相比，OK法的ME绝对值、MSE均更接近于0，二者的RMSE和RMSSE接近，而UK法指数模型的ASE-RMSE的绝对值更小；因此，选择OK或UK的指数模型均可作为S-300的地统计法。对于SIRM和HIRM可以明显的看到，UK法的四种模型的ASE-RMSE的绝对值远远大于OK法；因此，这2种磁学参数选择OK法的最优模型作为地统计插值法。综合上述分析，利用地统计方法进行磁学参数的插值法中，χARM、χlf、χhf选择球状模型作为变异函数拟合模型的OK法作为最优地统计法；对于χARM/SIRM，指数模型拟合变异函数的OK法或UK法均可作为最优地统计法；SIRM/χ的最优地统计法为利用高斯模型拟合变异函数的UK法；S100和S300采用高斯模型拟合的OK法作为最优地统计法；S-100选择指数或高斯模型拟合的OK法作为最优地统计法；对于S-300，指数模型拟合变异函数的OK或指数模型拟合的UK法均可作为最优地统计法；SIRM选择利用环状模型拟合的OK法作为最优地统计法；HIRM选择利用高斯模型拟合变异函数的OK法作为最优拟合模型。各磁学参数的最优地统计插值法的结果如表5所示。可以看出有更多的磁学参数的OK法优于UK法，这可能是由于虽然研究区域内各磁学参数的整体趋势存在，但磁学参数的局部趋势不明显，即局部范围内比较平稳；因此，对于各磁学参数OK法适用性更广泛。
【参考文献】：
期刊论文
[1]喀斯特地区春季土壤水分空间插值方法对比[J]. 孙智妍,周秋文,张思琪,韦小茶,马龙生. 热带地理. 2019(05)
[2]新疆地区降水分布的空间插值方法比较[J]. 张仁平,张云玲,郭靖,冯琦胜,梁天刚. 草业科学. 2018(03)
[3]上海城市表土磁性特征对重金属污染的指示作用[J]. 王冠,陈裕颖,夏敦胜,任非凡,方爱冬,马丽娟. 环境科学学报. 2018(08)
[4]关于鼠尾藻群体数量分布的三种统计模型比较[J]. 刘玮,辛美丽,吕芳,刘梦侠,丁刚,吴海一. 生态学报. 2018(06)
[5]安徽省气象数据空间插值方法比较与分布特征[J]. 赵冰雪,王雷,程东亚. 水土保持研究. 2017(03)
[6]秦岭主脊区年降水量空间插值最优方法研究[J]. 卓静,朱延年. 干旱区地理. 2017(03)
[7]西北干旱区农田土壤磁性特征及其环境意义[J]. 王新,夏敦胜,王博,陈红,刘浩. 环境科学. 2017(08)
[8]粤北岩溶区连江流域降雨侵蚀力[J]. 汪明冲,张新长,王兮之,魏兴琥,李辉霞. 热带地理. 2016(03)
[9]西北典型工矿型城市街道尘埃重金属污染的环境磁学响应[J]. 聂燕,王新,王博,许淑婧,高福元,余晔,夏敦胜,夏昕鸣. 环境科学. 2015(09)
[10]我国土壤污染现状与防控策略[J]. 庄国泰. 中国科学院院刊. 2015(04)
本文编号：3138558
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