地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院地理建?；贕IS和RS的石羊河流域城鎮(zhèn)水綠洲的復(fù)合效應(yīng)

1、20 10 -20 11 學(xué)年第 2 學(xué)期西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院地理建模 基于gis和rs的石羊河流域城鎮(zhèn)-水-綠洲的復(fù)合效應(yīng)（地理建模）指導(dǎo)老師:學(xué)生姓名:班 級: 08級地理信息系統(tǒng) 評語：成績：（建模題目及要求）一題目：基于gis和rs的石羊河流域城鎮(zhèn)-水-綠洲的復(fù)合效應(yīng)二要求：1.論文格式：標(biāo)準(zhǔn)論文格式。2.內(nèi)容安排：（1）內(nèi)容摘要；（2）研究區(qū)概況與研究資料；（3）分析與實(shí)驗(yàn)；（4）結(jié)語；（5）參考文獻(xiàn)。 3.具體事項(xiàng)： 綜述分析5000字。 要有個人觀點(diǎn)和方法?；趃is和rs的石羊河流域城鎮(zhèn)-水-綠洲的復(fù)合效應(yīng)1 摘要：西北干旱區(qū)城鎮(zhèn)水綠洲的空間分布具有很強(qiáng)空間相關(guān)性。研

2、究西北地區(qū)空間分布的特征有助于社會生產(chǎn)、資源配置以及區(qū)域發(fā)展均有積極意義。石羊河流域作為西北干旱區(qū)人地發(fā)展問題較為突出的代表之一，研究該區(qū)域有較大的科學(xué)和生產(chǎn)價值。本文選取石羊河流域作為研究對象，通過幾個地理模型，利用地理信息軟件驗(yàn)證了該區(qū)域城鎮(zhèn)和水、水和綠洲以及城鎮(zhèn)和綠洲的相互影響和空間分布上的的一致性，初步提出了該區(qū)域社會發(fā)展存在的問題，為該區(qū)域現(xiàn)今發(fā)展的現(xiàn)狀級今后的發(fā)展趨勢提供有力的決策依據(jù)。2 研究區(qū)概況與研究資料2.1 研究區(qū)概況石羊河流域( 3629 n 3927 n；10122 e10416 e )位于甘肅省河西走廊東部, 祁連山北麓，屬河西走廊3大內(nèi)陸河流域之一，流域行政區(qū)劃包

3、括武威市的涼州區(qū)、古浪縣、民勤縣全部及天?？h部分地區(qū),金昌市的永昌縣及金川區(qū)全部及張掖市肅南裕固族自治縣、山丹縣部分地區(qū), 共3 市8 縣(區(qū)), 面積約4.16 104 km2,總?cè)丝诩s240.81萬人。該流域地勢南高北低, 自西南向東北傾斜, 且深居大陸腹地,屬大陸性溫帶干旱氣候太陽輻射強(qiáng), 日照充足, 夏季短而炎熱, 冬季長而寒冷, 溫差大,降水少, 蒸發(fā)強(qiáng)烈, 空氣干燥。流域內(nèi)土壤、植被類型分布因受氣候、水文和地形等自然條件的影響,形成了明顯的土壤-植被垂直帶譜。2.2 研究資料2.3 處理方法2.3.1 數(shù)據(jù)初處理主要進(jìn)行對遙感影像的拼接，大氣校正，投影修正等操作，目的在于影像數(shù)據(jù)和

4、矢量數(shù)據(jù)有統(tǒng)一的投影系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng)。為數(shù)據(jù)以后疊置分析提供方便。信息提取，本文研究對象主要是石羊河流域的河流和綠洲的之間的關(guān)系，通過解譯遙感影像，解譯出綠洲的空間矢量數(shù)據(jù)。并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和投影改正。2.3.2 河流緩沖區(qū)的建立2.3.2.1 本文對河流數(shù)據(jù)和水文資料進(jìn)行分析，得出主要河流的徑流量g，由公式計算和每一條主干道徑流比例。以1000為石羊河流域總水量，通過徑流比例計算出石羊河單位徑流量。并把此虛擬徑流量作為石羊河主干河流的緩沖區(qū)大小。2.3.2.2 分離出主干河流和支流，有河流的空間數(shù)據(jù)確定河流的結(jié)點(diǎn)級數(shù)。例如從主干流上直接分出來的確定為一級，由一級河流再次進(jìn)行分流的支流為二級，以

5、此類推，確定所有支流的結(jié)點(diǎn)級數(shù)。2.3.2.3 對dem進(jìn)行分類，通過高程信息將dem分為8類，將分級的dem數(shù)據(jù)classdem轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行分析。2.3.2.4 河流高成級數(shù)的獲取。通過河流數(shù)據(jù)和classdem疊置分析，將classdem的空間分級信息通過疊置分析的方法，賦值給河流的矢量數(shù)據(jù)，使河流數(shù)據(jù)river 具有classdem分級信息。本文研究對象為綠洲和水域，有綠洲的定義可知，實(shí)際綠洲的范圍并不大，進(jìn)一步對river的分級信息就進(jìn)行系數(shù)化，在綠洲范圍內(nèi)按高程分別將其級數(shù)系數(shù)化為1、0.9、0.8和0.河流數(shù)據(jù)得到分級系數(shù)。2.3.2.5支流緩沖區(qū)的建立。通過空間數(shù)據(jù)

6、的分析，得出各個支流的權(quán)屬信息，并按照權(quán)屬信息將主流的單位徑流量賦值給支流，得到支流的初始單位徑流量。則支流的單位徑流量2.3.2.6 緩沖區(qū)生產(chǎn)。分別以主流和徑流為對象，制作緩沖區(qū)。緩沖區(qū)大小由他對應(yīng)的單位徑流量確定。2.3.2.7 河流數(shù)據(jù)與綠洲數(shù)據(jù)疊置分析3 分析與實(shí)驗(yàn)3.1城鎮(zhèn)-水城鎮(zhèn)-水?dāng)?shù)據(jù)處理流程圖對于干旱的石羊河流域而言，其水資源的分布狀況對城鎮(zhèn)的規(guī)模及發(fā)展起到相當(dāng)大的作用。由于城鎮(zhèn)的分布與河流的分布具有很強(qiáng)的相關(guān)性，而這種特點(diǎn)在內(nèi)陸石羊河流域顯得更加的突出。城鎮(zhèn)是個用水大戶，所以城鎮(zhèn)的城市化水平與城鎮(zhèn)總用水量之間具有很大的相關(guān)性，因此建立第一個城鎮(zhèn)化水平與用水量之間的模型。 1

7、1 （5）其中y為城市化水平（%），x為總用水量（萬立方），利用鮑超、方創(chuàng)琳對河西走廊城市化與水資源利用關(guān)系的量化研究的結(jié)論，將石羊河流域的系數(shù)a取為7.8541,b取為80.43。根據(jù)2009年甘肅年鑒中的相關(guān)數(shù)據(jù)可以得到石羊河流域主要城鎮(zhèn)和城市化水平的數(shù)據(jù)，根據(jù)公式1我們可以得到石羊河流域各主要城鎮(zhèn)的城市化水平y(tǒng)和用水量 x之間的關(guān)系（如表5）。表5 石羊河流域主要城鎮(zhèn)城市化水平城鎮(zhèn)城市化水平 （%）用水量 （萬立方）涼州區(qū)41.501.52017062民勤縣25.001.237604825古浪縣7.430.994740969天祝縣25.801.249976131金川區(qū)29.601.310

8、449894永昌縣30.491.325031233肅南自治縣1.340.922202062山丹縣32.001.350142471 根據(jù)表5的計算結(jié)果可以清楚地得到在石羊河流域涼州區(qū)、民勤縣、天祝縣、金川區(qū)、永昌縣和山丹縣的用水量較大，古浪縣和肅南自治縣的用水量相對較小。因此，根據(jù)如此巨大的用水量，城鎮(zhèn)應(yīng)該分布于與水源較近的區(qū)域，而在干旱區(qū)這一點(diǎn)應(yīng)該主要表現(xiàn)在河流分布上。依照楊小梅等的觀點(diǎn)12，河西走廊區(qū)域的城鎮(zhèn)分布屬于河流指向型這一理論。由矢量數(shù)據(jù)（圖6）可以得到河流和城鎮(zhèn)分布的現(xiàn)實(shí)狀況，很明顯城鎮(zhèn)是沿河流分布的。圖6 石羊河流域各支流和城鎮(zhèn)分布關(guān)系圖確定了城鎮(zhèn)分布都是沿著河流緊密的分布，就需

9、要研究城鎮(zhèn)與河流的分布之間相關(guān)型的大小，本文選擇場強(qiáng)模型來驗(yàn)證城鎮(zhèn)分布與河流分布的相關(guān)性大小。城鎮(zhèn)與水域距離的場強(qiáng)模型: 13 （6） 其中表示第個城鎮(zhèn)和第個水域之間的引力；表示城鎮(zhèn)中心與河流之間的加權(quán)平均距離；為摩擦系數(shù)，用緩沖區(qū)的緩沖級數(shù)的平均值表示；，分別表示城市規(guī)模（總?cè)丝跀?shù)）和水域規(guī)模（河流年徑流量）。由加權(quán)平均距離公式： 14 （7）通過arcgis建立石羊河流域各城鎮(zhèn)的多級緩沖區(qū)，可以得到石羊河流域六個主要城鎮(zhèn)（由于天?？h和山丹縣的城鎮(zhèn)中心不在該流域，所以未進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計）幾何中心與周圍河流之間的分組距離；利用上述加權(quán)公式可以得到各個城鎮(zhèn)與河流之間的距離（如圖7）。圖7 石羊河流域

10、主要城鎮(zhèn)多級緩沖區(qū)示意圖由石羊河流域各支流和城鎮(zhèn)分布關(guān)系圖可以很清楚的看到?jīng)鲋輩^(qū)的河水水源補(bǔ)給主要是西營河、金塔河、雜木河和黃羊河，民勤縣的河水水源補(bǔ)給主要是石羊河和紅水河（石羊河的一個支流），金川區(qū)的河水水源補(bǔ)給主要是西大河和東大河，永昌縣的河水水源補(bǔ)給主要是西大河和東大河，肅南縣的河水水源補(bǔ)給主要是東大河，古浪縣的河水水源補(bǔ)給主要是古浪河。由上述兩個因素可以得到石羊河流域各城鎮(zhèn)與各河流之間的加權(quán)距離（圖6）。表6 石羊河流域各城鎮(zhèn)與河流之間的加權(quán)距離（單位：千米）古浪河黃羊河雜木河金塔河西營河?xùn)|大河西大河涼州區(qū)4.232 2.114 6.237 民勤縣7.460 7.460 7.460 7

11、.460 古浪縣1.460 金川區(qū)2.085 2.085 永昌縣5.240 2.886 肅南縣2.309 由2009年甘肅年鑒可以得到2008年年末石羊河流域主要城鎮(zhèn)總?cè)丝跀?shù)量。根據(jù)石羊河流域各水文站點(diǎn)1956年2000年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得到石羊河流域八大支流的年徑流量平均值數(shù)據(jù)（見表7，表8）。表7 石羊河流域主要城鎮(zhèn)2008年末人口數(shù)量涼州區(qū)民勤縣古浪縣天?？h金川區(qū)永昌縣肅南縣山丹縣99.9230.239.221.5221.4125.883.14表8 石羊河流域八大支流41年平均徑流量大靖河古浪河黃羊河雜木河金塔河西營河?xùn)|大河西大河126872751428223797136703700132

12、31715768根據(jù)王錄倉、王航等人的研究，在西北干旱區(qū)，河流的影響范圍一般較小。15本文取10千米的影響范圍，由此理論可以得到石羊河流域各城鎮(zhèn)周圍10千米以內(nèi)河流所在的緩沖區(qū)，本文選用一千米作為緩沖區(qū)半徑，得到各個城鎮(zhèn)10級緩沖區(qū)級數(shù)，利用各個緩沖區(qū)級數(shù)的大小得到其平均數(shù)，由一般數(shù)據(jù)的平均值公式： 14 （8）可以得到摩擦系數(shù)b（見表9）。城鎮(zhèn)涼州區(qū)民勤縣古浪縣金川區(qū)永昌縣肅南縣摩擦系數(shù)b6.200 4.167 1.000 4.667 3.400 2.667 根據(jù)表7、表8和表9的數(shù)據(jù)，由公式6、公式7和公式8可以計算出石羊河流域主要城鎮(zhèn)幾何中心和附近十千米以內(nèi)的水域的場強(qiáng)值，通過數(shù)據(jù)處理得

13、到表10的結(jié)果。表10 石羊河流域主要城鎮(zhèn)與水域之間的場強(qiáng)值古浪河黃羊河雜木河金塔河西營河?xùn)|大河西大河涼州區(qū)56.049 93.390 53.647 145.208 民勤縣51.572 101.243 168.694 96.905 262.295 古浪縣383150 金川區(qū)42.982 71.743 永昌縣14505.939 7077.688 肅南縣4492.282 由上表可以看出石羊河流域中古浪縣、永昌縣和肅南縣與水域的引力場值很大；涼州區(qū)和民勤縣的引力值也較大，達(dá)到了幾百；只有金川區(qū)的引力值相對較小。由于古浪縣、永昌縣和肅南縣地處水域上游，城鎮(zhèn)沿河分布特征明顯，而做為下游的金川區(qū)、涼州區(qū)、

14、民勤縣，雖然河流引力較前者小，但是這些地區(qū)附近都修建了大型水庫，人為的打破了城鎮(zhèn)與河流距離較遠(yuǎn)的障礙，方便了城鎮(zhèn)居民的生活和生產(chǎn)用水。綜合研究得到：石羊河流域各主要城鎮(zhèn)分布圍河流具有很強(qiáng)的相關(guān)性。 由于本文采用的河流年徑流量是多年的平均值，對每一條河流的流量取相同的值，對每條河流與城鎮(zhèn)的距離做緩沖區(qū)取其緩沖區(qū)所在的級數(shù)，這使得最后建立的模型與實(shí)際狀況有既定的差距，對最后的結(jié)果的精確性也有一定的影響。但是從總體的分析研究結(jié)果來看石羊河流域城鎮(zhèn)和河流之間存在很強(qiáng)的吸引力，致使它們具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性。3.2 水-綠洲3.2.1整理數(shù)據(jù)，首先將下載的遙感影像拼接，去云，然后用石羊河流域的邊界對影像按

15、4、3、2波段作為mask裁剪。數(shù)據(jù)的提取。以研究對象為目標(biāo)，對綠洲空間數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。將影像分別以4、3、3波段（標(biāo)準(zhǔn)假彩色）和3、2、1波段（真彩色）顯示圖形。使用arcgis的草圖工具，沿綠洲將綠洲描繪出來。如圖1所示，為提取的綠洲面積：3.3緩沖區(qū)的建立。從石羊河水管所得到的數(shù)據(jù)是石羊河流域8大水系2000年到2008年的徑流量數(shù)據(jù)。對其進(jìn)行分析，得出每條河流的徑流量。在分析處理的時候舍去地形坡度級比較高的部分，也就是在山區(qū)地方，因?yàn)樵谏綔侠锊荒芩阕鍪腔哪貛?，并且山上以樹林為主，所以其不屬于荒漠地方。在地形坡度較低的地方分類后只剩下一級，二級和三級。分別給三個技術(shù)賦予權(quán)重為1、0.9、

16、0.8然后使其參與緩沖區(qū)的建立。以主流為一級節(jié)點(diǎn)，對石羊河流域的支流進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析，對每一條支流賦予節(jié)點(diǎn)級數(shù)。并對每個級數(shù)賦予權(quán)重，參與緩沖區(qū)的計算。 表1 石羊河流域河流水量數(shù)據(jù) 萬立方河流名稱年平均徑流量年平均徑流比例河流徑流排序雜木河7.8217.74%6西大河5.9713.54%3大靖河0.380.86%9黃羊河3.698.37%7古浪河1.643.72%5東大河1.413.21%8石羊河11.4325.92%1西營河4.5410.31%4金塔河7.1916.32%2由上表看出石羊河流域主要的水量分布在石羊河中，其中平行的河流，即上游的河流主要以雜木河和金塔河水量最多，大靖河水量最少。圖

17、1 石羊河流域綠洲分布圖 圖2 石羊河流域河流與地形坡度級數(shù)圖3 石羊河流域主流與支流緩沖區(qū) 圖4 石羊河流域緩沖區(qū)分級圖表2 石羊河流域緩沖區(qū)面積 公頃，%名稱面積百分比一級緩沖帶面積161504.304919.18%二級緩沖帶面積299158.310935.52%三級緩沖帶面積381527.240745.30%由上表可以看出，石羊河流域綠洲緩沖帶為面積為161504.3049公頃，二級緩沖帶面積增加16.34%，三級緩沖區(qū)面積增加9.7%。3.3結(jié)論4.1 石羊河流域綠洲分布較破碎，綠洲主要分布在上游地區(qū)，而下游地區(qū)，除了石羊河周圍分布著綠洲，其他地方一荒漠為主。此種分布對河流的要求較為敏

18、感，如果石羊河斷流，則可能意味著下游地區(qū)的綠洲面積全部淪為荒漠。如果下游地區(qū)全部變成荒漠，而可能導(dǎo)致下游失去活力，出現(xiàn)沙進(jìn)人退的現(xiàn)象，并且這種現(xiàn)象很難逆轉(zhuǎn)。所以保持石羊河水量的需求對于石羊河流域面積的維護(hù)有著重要的意義。4.2 石羊河流域綠洲的分布式以河流為引力，其中一級緩沖區(qū)中面積為：161504.3049公頃 占19.18%，二級緩沖區(qū)面積為299158.310公頃占35.52%，三級緩沖區(qū)面積為381527.2407公頃，占45.30%。3.3 綠洲-城鎮(zhèn)綠洲-城鎮(zhèn)數(shù)據(jù)處理流程圖從大量重復(fù)的觀察中可以進(jìn)行預(yù)測和估計，并可以了解估計的變化性和不確定性。對于大部分的空間數(shù)據(jù)而言，平穩(wěn)性的假設(shè)

19、是合理的。這其中包括兩種平穩(wěn)性：一是均值平穩(wěn)，即假設(shè)均值是不變的并且與位置無關(guān)；另一類是與協(xié)方差函數(shù)有關(guān)的二階平穩(wěn)和與半變異函數(shù)有關(guān)的內(nèi)蘊(yùn)平穩(wěn)。二階平穩(wěn)是假設(shè)具有相同的距離和方向的任意兩點(diǎn)的協(xié)方差是相同的，協(xié)方差只與這兩點(diǎn)的值相關(guān)而與它們的位置無關(guān)。內(nèi)蘊(yùn)平穩(wěn)假設(shè)是指具有相同距離和方向的任意兩點(diǎn)的方差（即變異函數(shù)）是相同的。二階平穩(wěn)和內(nèi)蘊(yùn)平穩(wěn)都是為了獲得基本重復(fù)規(guī)律而作的基本假設(shè)，通過協(xié)方差函數(shù)和變異函數(shù)可以進(jìn)行預(yù)測和估計預(yù)測結(jié)果的不確定性。 1.區(qū)域化變量當(dāng)一個變量呈現(xiàn)一定的空間分布時，稱之為區(qū)域化變量，它反映了區(qū)域內(nèi)的某種特征或現(xiàn)象。區(qū)域化變量與一般的隨機(jī)變量不同之處在于，一般的隨機(jī)變量取值

20、符合一定的概率分布，而區(qū)域化變量根據(jù)區(qū)域內(nèi)位置的不同而取不同的值。而當(dāng)區(qū)域化變量在區(qū)域內(nèi)確定位置取值時，表現(xiàn)為一般的隨機(jī)變量，也就是說，它是與位置有關(guān)的隨機(jī)變量。在實(shí)際分析中，常采用抽樣的方式獲得區(qū)域化變量在某個區(qū)域內(nèi)的值，即此時區(qū)域化變量表現(xiàn)為空間點(diǎn)函數(shù)： zx=z(xu,xv,xw)根據(jù)其定義，區(qū)域化變量具有兩個顯著特征：即隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)性。首先，區(qū)域化變量是一個隨機(jī)變量，它具有局部的、隨機(jī)的、異常的特征；其次，區(qū)域化變量具有一定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即變量在點(diǎn)x與偏離空間距離為h的點(diǎn)x+h處的值z(x)和z(x+h)具有某種程度的相似性，即自相關(guān)性，這種自相關(guān)性的程度依賴于兩點(diǎn)間的距離h及變量特征。

21、除此之外，區(qū)域化變量還具有空間局限性（即這種結(jié)構(gòu)性表現(xiàn)為一定范圍內(nèi)）、不同程度的連續(xù)性和不同程度的各向異性（即各個方向表現(xiàn)出的自相關(guān)性有所區(qū)別）等特征。 在對綠洲城鎮(zhèn)同向等距觀測點(diǎn)上屬性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間建模，由一個經(jīng)驗(yàn)半變函數(shù)結(jié)構(gòu)分析/變異分析擬合模型，計算每對間距為的兩點(diǎn)的屬性值。這個公式計算每兩點(diǎn)間屬性值之差的平方。下圖給出某一點(diǎn)與其它所有測量點(diǎn)之間的情況。這個處理過程依次對每個點(diǎn)進(jìn)行計算。通常，每兩個點(diǎn)都有一個唯一的距離值，而且也有許多這樣成對的點(diǎn)。同時把所有點(diǎn)對都繪制出來是不可行的。為了避免繪制每一對點(diǎn)，需要將它們歸并到不同的步長分組（lag bin）中。經(jīng)驗(yàn)半變函數(shù)是y軸上表示平均的半

22、變函數(shù)值，x軸上表示距離（步長）的圖形?？臻g自相關(guān)關(guān)系量化了最基本的綠洲城鎮(zhèn)地理規(guī)律：相近相似、相離相異。因此相近的點(diǎn)對半變函數(shù)圖上x軸上靠左的部分屬性值較為相近y軸上的變異函數(shù)值較小。點(diǎn)對間距離越遠(yuǎn)半變函數(shù)圖上x軸上靠右的部分其屬性值差異越大，偏差的平方值也越大y軸上的變異函數(shù)值較大。2.變異分析（1） 協(xié)方差函數(shù) 協(xié)方差又稱半方差，表示兩隨機(jī)變量之間的差異。地統(tǒng)計學(xué)中的協(xié)方差函數(shù)為： ch=1nhi=1nhzxi-zxizxi+h-zxi+h其中，z(x)為區(qū)域化隨機(jī)變量，并滿足二階平穩(wěn)假設(shè)，即隨機(jī)變量z(x)的空間分布規(guī)律不因位移而改變；h為兩樣本點(diǎn)空間分隔距離；z(xi)為z(x)在空

23、間點(diǎn)xi處的樣本值；z(xi+h)是z(x)在xi處距離偏離h的樣本值i=1,2,n(h)；n(h)是分隔距離為h時的樣本點(diǎn)對總數(shù)；zxi和zxi+h分別為z(xi)和z(xi+h)的樣本平均數(shù)。zxi=1ni=1nzxizxi+h=1ni=1nz(xi+h)上式中，n為樣本單元數(shù)。一般情況下，zxizxi+h（特殊情況下可以認(rèn)為近似相等）。（2）半變異函數(shù) 區(qū)域化變量z(x)在點(diǎn)x和x+h處的值z(x)與z(x+h)差的方差的一半稱為區(qū)域化變量z(x)的半變異函數(shù)，記為r(h)，2r(h)稱為變異函數(shù)。rx,h=12varzx-zx+h 區(qū)域化變量z(x)滿足二階平穩(wěn)假設(shè)，半變異函數(shù)依賴于自

24、變量x和h，當(dāng)半變異函數(shù)r(x,h)僅僅依賴于距離h而與位置x無關(guān)時，r(x,h)可改寫為r(x)，即：rx,h=12ezx-z(x+h)2 由上式可知，半變異函數(shù)依賴于自變量x和h，當(dāng)半變函數(shù)r(x,h)僅僅依賴于距離h而與位置x無關(guān)時，r(x,h)可改寫為r(x)，具體表示為：rh=12n(h)i=1n(h)zxi-z(xi+h)2各變量的含義同前。也有將r(h)稱為變異函數(shù)，兩者使用上不引起本質(zhì)上的差別。（3）變異分析 半變異函數(shù)和協(xié)方差函數(shù)把統(tǒng)計相關(guān)系數(shù)的大小作為一個距離的函數(shù)，是地理學(xué)相近相似定理定量量化。半變異值的變化隨著距離的加大而增加，協(xié)方差隨著距離的加大而減小。這主要是由于半

25、變異函數(shù)和協(xié)方差函數(shù)都是事物空間相關(guān)系數(shù)的表現(xiàn)，當(dāng)兩事物彼此距離較小時，它們是相似的，因此協(xié)方差值較大，而半變異值較小；反之，協(xié)方差值較小，而半變異值較大。此外，協(xié)方差函數(shù)和半變異函數(shù)隨著距離的加大基本呈反向變化特征，它們之間的近似關(guān)系表達(dá)式為： r(h)=sill-c(h) 半變異函數(shù)曲線圖和協(xié)方差函數(shù)曲線反映了一個采樣點(diǎn)與其相鄰采樣點(diǎn)的空間關(guān)系。此外，它們對異常采樣點(diǎn)具有很好的探測作用，在arcgis地統(tǒng)計分析模塊中可以使用兩者的任意一個，一般采用半變異函數(shù)。在半變異曲線圖中有兩個非常重要的點(diǎn)：間隔為0時的點(diǎn)和半變異函數(shù)趨近平穩(wěn)時的拐點(diǎn)，由這兩個點(diǎn)產(chǎn)生四個相應(yīng)的參數(shù)：塊金值（nugget）

26、、變程（range）、基臺值（sill）、偏基臺值（partial sill）它們的含義表示如下： 塊金值（nugget）：理論上，當(dāng)采樣點(diǎn)的距離為0時，半變異函數(shù)值應(yīng)為0，但由于存在測量誤差和空間變異，使得兩采樣點(diǎn)非常接近時，它們的半變異函數(shù)值不為0，即存在塊金值。測量誤差是儀器內(nèi)在誤差引起的，空間變異是自然現(xiàn)象在一定空間范圍內(nèi)的變化。它們?nèi)我庖环交騼烧吖餐饔卯a(chǎn)生了塊金值?；_值（sill）：當(dāng)采樣點(diǎn)間的距離h增大時，半變異函數(shù)r(h)從初始的塊金值達(dá)到一個相對穩(wěn)定的常數(shù)時，該常數(shù)值稱為基臺值。當(dāng)半變異函數(shù)值超過基臺值時，即函數(shù)值不隨采樣點(diǎn)間隔距離而改變時，空間相關(guān)性不存在。偏基臺值（pa

27、rtial sill）：基臺值與塊金值的差值。變程（range）：當(dāng)半變異函數(shù)的取值由初始的塊金值達(dá)到基臺值時，采樣點(diǎn)的間隔距離稱為變程。變程表示了在某種觀測尺度下，空間相關(guān)性的作用范圍，其大小受觀測尺度的限定。在變程范圍內(nèi)，樣點(diǎn)間的距離越小，其相似性，即空間相關(guān)性越大。當(dāng)hr時，區(qū)域化變量z(x)的空間相關(guān)性不存在，即當(dāng)某點(diǎn)與已知點(diǎn)的距離大于變程時，該點(diǎn)數(shù)據(jù)不能用于內(nèi)插或外推。當(dāng)限定的樣本點(diǎn)間隔過小時，可能出現(xiàn)曲線圖上所有r(h)nugget，即曲線為一近似平行于橫坐標(biāo)的直線，此時半變異函數(shù)表現(xiàn)為純塊金效應(yīng)。這是由于所限定的樣本間隔內(nèi)，點(diǎn)與點(diǎn)的變化很大，即各個樣點(diǎn)是隨機(jī)的，不具備空間相關(guān)性，

28、區(qū)域內(nèi)樣點(diǎn)的平均值即是最佳估計值。此時只有增大樣本間隔，才能反映出樣本間的空間相關(guān)性。 空間相關(guān)性的強(qiáng)弱可由partial_sill/sill來反映，該值越大，空間相關(guān)性越強(qiáng)。相應(yīng)地，nugget/sill稱為基底效應(yīng)，表示樣本間的變異特征，該值越大，表示樣本間的變異更多得是由隨機(jī)因素引起的。 3空間估值一個完整的地統(tǒng)計分析過程，或者說空間估值過程，一般認(rèn)為：首先是獲取原始數(shù)據(jù)，檢查、分析數(shù)據(jù)，找尋數(shù)據(jù)暗含的特點(diǎn)和規(guī)律，比如是否為正態(tài)分布、有沒有趨勢效應(yīng)、各向異性等等；然后選擇合適的模型進(jìn)行表面預(yù)測，這其中包括半變異模型的選擇和預(yù)測模型的選擇；最后檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠窈侠砘驇追N模型進(jìn)行對比。（1）數(shù)據(jù)

29、顯示在arcmap數(shù)據(jù)視圖窗口中添加并顯示待分析的數(shù)據(jù)圖層。（2）數(shù)據(jù)檢查分析數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計屬性，對數(shù)據(jù)進(jìn)行深入了解。數(shù)據(jù)檢查內(nèi)容包括檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分布、尋找數(shù)據(jù)離群值、全局趨勢分析、探測空間自相關(guān)及方向變異，以及多數(shù)據(jù)集協(xié)變分析。（3）模型擬合基于對數(shù)據(jù)的認(rèn)識，初步選擇一個認(rèn)為合適的模型創(chuàng)建表面。全面的數(shù)據(jù)檢查有助于選擇出合適的模型。（4）模型診斷評估模型的輸出（表面），了解所選模型對未知值的預(yù)測效果。診斷的主要內(nèi)容包括：預(yù)測的準(zhǔn)確性。模型的有效性。（5）模型比較通過設(shè)置不同參數(shù)或者選擇多個可選模型創(chuàng)建表面，通過對比分析可以確定哪個模型對未知值的預(yù)測更好。4 結(jié)語本文以石羊河流域城鎮(zhèn)-水-綠洲系統(tǒng)作

30、為研究對象，選取rs和gis作為研究技術(shù)支持，通過城鎮(zhèn)-水、水-綠洲、綠洲-城鎮(zhèn)兩兩之間的空間相關(guān)分析，分別建立地理模型，驗(yàn)證了該區(qū)域城鎮(zhèn)和水、水和綠洲以及綠洲和城鎮(zhèn)的相互影響和空間分布上的復(fù)合性，擬合出西北干旱區(qū)城鎮(zhèn)水綠洲的復(fù)合效應(yīng)。石羊河流域作為西北干旱區(qū)人地發(fā)展問題較為突出的代表之一，研究該區(qū)域有較大的科學(xué)和生產(chǎn)價值。研究西北地區(qū)空間分布的城鎮(zhèn)水綠洲的復(fù)合效應(yīng)特征有助于區(qū)域發(fā)展、資源配置以及社會生產(chǎn)均有積極意義。本文初步提出了該區(qū)域城鎮(zhèn)水綠洲復(fù)合發(fā)展存在的問題，謀求為該區(qū)域現(xiàn)今發(fā)展的現(xiàn)狀級今后的發(fā)展趨勢提供有力的決策依據(jù)。參考文獻(xiàn)：1arcgis中的地理處理作者jill mccoy環(huán)境系統(tǒng)研究所公司（美國），esri中國（北京）有限公司，copyright 20012004。2空間分析使用手冊著作者jill mccoy, kevin johnston, steve kopp, brett borup, jason willison,