如何使用地統計學方法研究土壤水分時空分布
來源： http://m.youping.net 更新時間：2012-12-3 17:30:39 閱讀次
地統計學方法是以區域化變量為核心和理論基礎,以礦質的空間結構(空間相關)和變異函數為基本工具的一種數學地質方法。使用土壤水分監測系統測量土壤水分的要點是根據地面不同選點鉆井所獲得的不同深度的數據資料、尋求數據信息與采樣點的位置和采樣深度的統計相關性來對礦產進行空間結構分析與數量估計。該方法由法國學者Matheron建立,他在克立格1951年提出的礦產品位和儲量估值方法基礎上,提出區域化變量理論,認為變量具有空間分布特征,結構性和隨機性并存,樣品之間具有空間相關性。一些學者[3]曾對地統計學方法作了全面的論述。地統計學方法具有提高采樣效率和節省人力物力、可允許在空間上不規則采樣,且可進行優化插值計算等優點[4]。在土壤水分空間變異的定量分析研究中,涉及地統計學的主要包括半方差函數及其模型和克立格插值。
半方差分析是研究土壤水分空間分布特性的一種有效方法。它表示土壤地域化變量對于在不同位差分隔和方向上的所有成對點之間的觀測值的空間相關性。半方差函數在一定范圍內隨步長(樣點空間間隔距離)的增加而增大,當測點間距增大到一定距離時趨于穩定,這段間距稱為變程,在變程內土壤水分值具有空間相關性,大于該值則是相互獨立的。半方差函數反映土壤特性空間變異結構,并影響克立格插值,因此準確估算土壤特性的半方差函數模型是關鍵問題。實際研究中,由于選擇半方差模型常受樣本半方差形狀、調查者對土壤特性的了解程度、調查目的等方面的影響,選定一個模型來描述所測定土壤特性的半方差并擬合一條曲線通常是有爭議的,但由于土壤特性空間變異,半方差分析仍然為使土壤水分分布的預測和模擬進一步逼近實際提供了一個定量工具。
克立格插值是利用原始數據和半方差函數的結構性,對未采樣點的區域化變量進行無偏最優估值的一種方法,通過計算每個估值的估計方差,獲知估值的可靠程度。克立格法對每一估值都是由其鄰近觀測值加權平均計算而得[5,6],可為空間格局分析提供從取樣設計、誤差估計到成圖的理論和方法,精確描述變量在空間上的分布、形狀、大小、地理位置或相對位置,因而在確定空間定位圖式方面比較有效。
半方差分析是研究土壤水分空間分布特性的一種有效方法。它表示土壤地域化變量對于在不同位差分隔和方向上的所有成對點之間的觀測值的空間相關性。半方差函數在一定范圍內隨步長(樣點空間間隔距離)的增加而增大,當測點間距增大到一定距離時趨于穩定,這段間距稱為變程,在變程內土壤水分值具有空間相關性,大于該值則是相互獨立的。半方差函數反映土壤特性空間變異結構,并影響克立格插值,因此準確估算土壤特性的半方差函數模型是關鍵問題。實際研究中,由于選擇半方差模型常受樣本半方差形狀、調查者對土壤特性的了解程度、調查目的等方面的影響,選定一個模型來描述所測定土壤特性的半方差并擬合一條曲線通常是有爭議的,但由于土壤特性空間變異,半方差分析仍然為使土壤水分分布的預測和模擬進一步逼近實際提供了一個定量工具。
克立格插值是利用原始數據和半方差函數的結構性,對未采樣點的區域化變量進行無偏最優估值的一種方法,通過計算每個估值的估計方差,獲知估值的可靠程度。克立格法對每一估值都是由其鄰近觀測值加權平均計算而得[5,6],可為空間格局分析提供從取樣設計、誤差估計到成圖的理論和方法,精確描述變量在空間上的分布、形狀、大小、地理位置或相對位置,因而在確定空間定位圖式方面比較有效。
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