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地质统计学在环境科学领域的应用进展

来源:论文联盟  作者:董萍 [字体: ]

地质统计学在环境科学领域的应用进展

地质统计学被称作空间信息统计学,是数学地质领域中发展较为迅速且具有广泛发展空间的一门学科。它将区域之间的变化作为理论基础,结合多孔介质空间结构变异函数,研究空间分布中具备一定规律性的自然现象,随后使用取样方案进行优化,对一些不规则取样进行处理并插值计算。在矿业、石油、农业、林业等行业中具有广泛的发展空间,取得了较大的研究应用成果。
  1 地质统计学发展历程
  20世纪中期,南非的矿物工程师DG Krige结合对南非金铀砾岩的研究经验以及对金矿储量的计算,根据样本区域位置的差异及样本关联性差异,首次提出了对每一个样本赋予相应的权值并在此基础上进行波动加权,以此方式代替传统的平均加权计算法。20世纪60年代,法国著名的统计学家G Matheron经过大量实验后,将DG Krige的研究升华为了具体的理论结果,并系统地提出了区域变量这个概念,由此形成了地质统计学这门新型学科。
  地质统计学基本理论是在1978年由我国地质专家侯景儒引进的,前后历经了几十年的发展,至今为止无论是在理论方法还是实践应用方面都已经取得了一些进步,但是在环境科学领域方面的应用还不够成熟。
  在短短的半个世纪内,地质统计学已经在各个领域中被广泛使用,目前为止形成了两个理论学派,其中一个是以法国统计学家G Matheron为主的“枫丹白露地质统计学派”,另一个是以美国的统计学及AG Journel为主的“斯坦福地质统计学派”,这两种学派根据其计算方法及应用方式的区别又分别被称为“参数地质统计”和“非参数地质统计”。地质统计学领域还出现了局部空间估计法如普通克立格法、对数克立格法和因子克立格法等。此外,我国一些相关领域的研究人员也研究出了一批以地质统计学为基础的软件。
  2 地质统计学在环境科学方面的应用
  20世纪初期,人们利用统计方法研究空间变异性,该方法提出将所收集的信息转变为单独的数值进行观测。可是随着信息化时代的发展,人们掌握的信息量越来越多,依靠收集的信息进行空间变异性研究的弊端越来越明显,很难实现对空间变异性的客观研究和评价。随着地质统计学的完善和进步,地质统计学在环境科学领域取得了很大的成就。
  2.1 土壤环境研究中的地质统计学
  自然环境下的土壤分布系统非常复杂,同样性质的土壤受土壤深度和周围环境的影响,土壤分布状况存在很大的差异。研究证明,土壤的自然密度、粒径等特性在同一水平或不同深度上的分布也是不同的。这些土壤特性的非均匀分布状态决定了土壤特性在空间中的变异性,从而导致土壤理化性质也存在一定程度的空间变异性。
  2.2 地质统计学在水环境研究中的运用
  水环境污染迁移参数的离散性与随机性两大问题是水环境污染领域中的重点研究课题。地质统计学被引进该领域之前,利用传统地下水水流和水质迁移模型的参数求证方式,对迁移参数的空间变异性进行合理的研究与评价。如果单纯使用确定性或偶然性的研究模型是很难正确且全面地描述整个水环境污染物迁移参数的变异背景,地质统计学可以对空间信息与偶然信息进行随机性处理,可以对这种随机性进行客观有效的分析。
  2.3 地质统计学在环境科学其他领域中的运用
  由于地质统计学可以有效描述同时具备结构性与随机性的环境参数,因此利用地质统计学研究大气污染物分布也有很好的研究效果,例如:孟健宇和马晓明就通过指示克立格法对某个城市大气中含有的二氧化硫浓度的变异特征进行分析与研究,最后得出该方法是研究大气污染差值的最佳手段这一结论。
  3 地质统计学在环境科学领域中的展望
  随着地质统计学的不断进步和完善,其实践方式和理论已经在环境科学研究方面得到了很好的应用,在土壤有毒物质研究以及水环境污染等研究课题方面取得了可观的成绩。由于土壤多孔介质特性中显著存在空间的变异特征,地质统计学对于这种随机性的事物来说是最佳研究手段。现阶段,对于土壤污染物的空间分布研究重点在重金属领域,并逐渐延伸到部分难降解污染物质的研究中,例如:影响内分泌物质及一些强致癌物质,他们的分布形态类似于重金属,地质统计学在这一类物质的研究当中具有十分突出的优势。自然界中含水介质的非均匀性导致了其他水环境污染参数迁移物质中具有高度变异性,特别是环境十分复杂的地下水环境系统。在以后的环境科学研究中,可以将地质统计学的分析方法、分形理论和灰色系统等一系列的研究方法和相关理论结合在一起进行使用,这样不仅会进一步降低研究复杂性,还可以更加准确地进行污染物迁移预测以及污染物迁移参数的价值估算,提本文由论文联盟http://www.LWlm.COM收集整理高环境科学研究的准确性和先进性,为环境模拟和环境评价建立高效、科学的模型。
  4 结 语
  将地质统计学的研究理论和方法,与地理信息系统的研究工具相结合,为目前的环境科学研究提供了更加科学有效的研究方法。在此基础上将地质统计学的应用扩大到其他领域中,比如:水体污染和大气污染研究领域,可以通过地质统计学更加科学、客观地评价环境污染。

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