作物需水量空間分布及監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布設(shè)研究——以河南省冬小麥為例.pdf

1、本文在歸納總結(jié)國(guó)內(nèi)外已有觀測(cè)站點(diǎn)優(yōu)化布置方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)區(qū)域作物需水量計(jì)算中存在的由點(diǎn)到面的尺度轉(zhuǎn)換問(wèn)題，以方法研究為主，以河南省冬小麥為例，在GIS支持下，將分形理論、經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)、探索性數(shù)據(jù)分析方法等方法或技術(shù)有機(jī)結(jié)合，系統(tǒng)分析了冬小麥需水量的空間分布規(guī)律，提出了作物需水量觀測(cè)站點(diǎn)的優(yōu)化布置方法，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)域作物需水量的可視化表達(dá)。通過(guò)系統(tǒng)的研究得出了一些初步結(jié)論。 (1) 改進(jìn)了分形理論中確定尺度轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的方法

2、分形理論中無(wú)標(biāo)度區(qū)間的確定和分形維數(shù)的計(jì)算受人為因素影響較大，為了克服上述問(wèn)題，本文提出了以回歸效果顯著，殘差平方和最小和殘差自相關(guān)性小為原則的確定尺度轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的方法。并以全國(guó)灌溉試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中河南省灌溉試驗(yàn)站點(diǎn)為主要數(shù)據(jù)源，在GIS支持下，研究分析了河南省灌溉試驗(yàn)站網(wǎng)不同尺度的空間分布的分形特征和維的分辨力。 (2) 分析了冬小麥需水的空間分布狀況本文將ESDA方法和GIS有機(jī)結(jié)合，分別利用最近鄰距離分析和Ripley's K函

3、數(shù)分析研究了河南省灌溉試驗(yàn)站點(diǎn)的分布格局，利用Moran's I和Local G方法分別研究了不同尺度下的河南省冬小麥需水的自相關(guān)性。 在整個(gè)研究區(qū)域上，在1％顯著性水平下，灌溉試驗(yàn)站點(diǎn)集聚性較輕，基本上呈分散分布；在90km尺度以下，集聚指數(shù)小于0，計(jì)算值在包跡線(xiàn)以?xún)?nèi)，站點(diǎn)分布呈分散分布狀態(tài)；在90km以上尺度內(nèi)，集聚指數(shù)均大于0，站點(diǎn)呈聚集分布狀態(tài)；對(duì)冬小麥需水量進(jìn)行全局性自相關(guān)分析表明，冬小麥需水量在空間上成正相關(guān)(Mor

4、an Ⅰ=0.25>0)，在1％顯著水平下，冬小麥需水量在河南省范圍內(nèi)具有顯著的自相關(guān)性(Z(Ⅰ)=8.5>2.58)；在200km尺度以下，Moran’Ⅰ值都大于0，表明在200km以下尺度范圍內(nèi)，冬小麥需水量呈正相關(guān)，在200km尺度以上，Moz-an’Ⅰ值小于0，冬小麥需水量呈負(fù)相關(guān)；Moran‘Ⅰ值隨空間距離的增加而遞減，表明作物需水量在空間分布上呈現(xiàn)某種遞變趨勢(shì)。各方向上170km以下尺度均存在顯著的正空間自相關(guān)，初步表明河南

5、省冬小麥需水量在空間分布上的結(jié)構(gòu)性在各個(gè)方向上均是明顯的。隨著空間距離的增加，各方向上Moran'Ⅰ值逐漸降低，但各方向上變化范圍有所不同，在東西方向和東北-西南方向，在0～270km范圍內(nèi)，Moran'Ⅰ均為正值，表明冬小麥作物需水量在270km以下尺度具有較強(qiáng)的空間自相關(guān)，也初步表明在此方向影響范圍比較大；而在南北方向和東南～西北方向，在170～200km之間Moran'Ⅱ值由正變?yōu)樨?fù)，初步說(shuō)明河南省冬小麥在此方向的平均尺度約為17

6、0～200km：LocalG分析表明：河南省冬小麥需水量在南北方向上具有明顯的遞變趨勢(shì)，黃河以北的10來(lái)個(gè)站點(diǎn)Z(G)值基本上都大于2.58，表明河南省冬小麥需水量的高值區(qū)在豫北地區(qū)，南部幾個(gè)站點(diǎn)Z(G)值則小于-2.58，表明河南省冬小麥需水量低值區(qū)在豫南，豫中地區(qū)的Z(G)值盡管多數(shù)都大于0，但因Z(G)值大部分都小于1.65，故在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上并不顯著。 (3) 進(jìn)行了灌溉試驗(yàn)站點(diǎn)的優(yōu)化布置趨勢(shì)面方程和回歸分析結(jié)果均表明小麥

7、需水量與地理宏觀因子有相關(guān)性，主要表現(xiàn)為隨著緯度和高程的增加作物需水量有增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中緯度與作物需水量相關(guān)系數(shù)為0.92，達(dá)到極顯著水平，而隨著經(jīng)度的增加，作物需水量有減少的趨勢(shì)；冬小麥需水量空間分布的各項(xiàng)異性分析表明：東偏北16°方向具有較強(qiáng)的方向效應(yīng)，而與之垂直的164°方向則各站點(diǎn)的相關(guān)性較小。綜合考慮觀測(cè)精度與置信水平，利用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)確定河南省觀測(cè)站點(diǎn)的數(shù)目為10個(gè)左右，利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)并經(jīng)交叉驗(yàn)證，確定了河南省灌溉試驗(yàn)站網(wǎng)的空間