spatial interpolation
در نشریات گروه آب و خاک-
بارش یک پارامتر مرتبط با اقلیم بوده و تحقیقات در مورد آن به دلیل عدم وجود داده های مداوم با مشکل مواجه است. برنامه ریزی و مدیریت دقیق منابع آب به وجود داده های مداوم و دقیق بارش در ایستگاه های هواشناسی بستگی دارد. وجود مقادیر از دست رفته می تواند منجر به نتایج مغرضانه شود و ممکن است موانعی در تجزیه و تحلیل ایجاد کند. از این رو، تخمین داده های از دست رفته بارندگی به منظور به دست آوردن نتایج قابل اعتمادتر مهم است. روش های انتساب مختلفی توسط محققان برای تخمین مقادیر گمشده در داده های بارندگی روزانه و ماهانه پیشنهاد و توسعه داده شده است. تکنیک های درون یابی فضایی مانند روش های نسبت نرمال و معکوس فاصله برای تخمین داده های گمشده بارندگی در یک ایستگاه خاص بر اساس مقادیر بارندگی موجود ثبت شده در ایستگاه های مجاور استفاده می شوند. این تکنیک ها در مواردی که ایستگاه های همسایه بسیار نزدیک و همبستگی بالایی با ایستگاه های هدف دارند، بسیار مفید هستند. در این مطالعه، اصلاحات و بهبودهای متعددی بر روی این روش ها صورت گرفته تا با استفاده از اطلاعات ایستگاه های مجاور، مقادیر بارندگی گمشده در ایستگاه های مورد نظر برآورد گردد. این روش ها با درصدهای مختلف مقادیر گمشده بارندگی و همچنین با برد 75 تا 150 کیلومتر در حوضه آبریز بلوچستان جنوبی آزمایش شده اند. نتایج نشان می دهد که عملکرد این روش های اصلاح شده در برآورد مقادیر گمشده بارندگی در ایستگاه هدف بر اساس شاخص شباهت (S-index)، میانگین خطای مطلق (MAE) و ضریب همبستگی (R) بهبود یافته است.
کلید واژگان: داده های گمشده بارش، میانیابی فضایی، معکوس فاصله، نسبت نرمال، شاخص شباهتPrecipitation is a parameter related to climate and research on it is facing problems due to the lack of continuous data. Accurate planning and management of water resources depends on the availability of continuous and accurate precipitation data at meteorological stations. Hence, estimation of missing rainfall data is important in order to obtain more reliable results. Various imputation methods have been proposed and developed by researchers to estimate missing values in daily and monthly rainfall data. In most situations, spatial interpolation techniques such as normal ratio and inverse distance methods are used for estimating missing rainfall values at a particular target station based on the available rainfall values recorded at the neighboring stations. Moreover, these two methods are found to be very useful in the case where the neighboring stations are very close and highly correlated with the target stations. In this study, several modifications and improvements have been proposed to these methods in order to estimate the missing rainfall values at the target station using the information from the nearby stations. The methods have been tested with different percentages of missing rainfall values and also with a radius range of 75 km to 150 km in the catchment area of South Balochestan. The result indicate that the performance of these modified methods improved the estimation of missing rainfall values at the target station based on the similarity index (S-index), mean absolute error (MAE) and coefficient of correlation (R).
Keywords: missing rainfall data, Spatial Interpolation, inverse distance, normal ratio, similarity index -
در دهه های اخیر مطالعات بسیاری با هدف ارزیابی روش های مختلف برآورد تبخیرتعرق، به عنوان یکی از پارامترهای مهم مدیریت منابع آب و آبیاری، انجام شده که در نتیجه این مطالعات، روش پنمن- مانتیث فائو (PM) به عنوان روش استاندارد محاسبه تبخیرتعرق گیاه مرجع شناخته شده است. این روش نیازمند داده های هواشناسی متعددی از جمله دمای هوا، تابش خورشیدی، کمبود فشار بخار و سرعت باد می باشد. از آنجا که در بسیاری از مناطق ایران ایستگاه هواشناسی موجود نیست و یا تمامی داده های هواشناسی مذکور اندازه گیری نمی شوند، بنابراین بررسی روش هایی جهت برآورد تبخیرتعرق در چنین شرایطی ضروری است. در این مطالعه، سناریوهای مختلف در زمان کمبود یک، دو و سه پارامتر هواشناسی (رطوبت نسبی، سرعت باد و ساعات آفتابی) مورد ارزیابی قرار گرفته اند. همچنین، روش های پیشنهادی فائو (PM-R) ، PM-CI (محاسبه- سپس- درونیابی) ، PM-IC (درونیابی- سپس- محاسبه) و هارگریوز سامانی (HS) با استفاده از پارامترهای آماری مختلف با روش PM به عنوان روش استاندارد محاسبه تبخیرتعرق گیاه مرجع مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد که در شرایطی که سرعت باد در اختیار نباشد، روش PM-IC تبخیرتعرق را با دقت بیشتری برآورد می کند (R2>0. 96). در حالی که در شرایط کمبود سایر پارامترهای هواشناسی (ساعات آفتابی و رطوبت نسبی) ، دقت روش PM-R بیشتر می باشد (R2≈0. 99). همچنین، در شرایط استفاده از روش های مبتنی بر دما (کمبود سه پارامتر هواشناسی) ؛ روش HS (PBIAS=-3. 091، ME=-0. 156،MAE=0. 337) نتیجه قابل قبول تری نسبت به سایر روش ها ارائه می دهد.
کلید واژگان: تبخیرتعرق گیاه مرجع، کرمانشاه، کمبود داده، میانیابی مکانیMany studies have evaluated different methods to estimate evapotranspiration as one of the most importantparameters of water resources and irrigation management in recent decades. The result of these studies confirmed that the FAO Penman-Monteith (PM) is the standard method for calculating reference evapotranspiration. This method requires numerous meteorological data such as air temperature, solar radiation, air humidity and wind speed. Since in most regions of Iran, the weather station is not available or all of the meteorological data is not measured, hence investigation of methods to estimate evapotranspiration is necessary in these situations. In this study, data scarcity scenarios, (when one, two and three meteorological variables are not available: relative humidity, wind speed and sunshine hours), have been evaluated. Also, the FAO-56 manual recommended methods (PM-R), PM-CI (computation-then-interpolation), PM-IC (interpolation-then-calculation) and Hargreaves–Samani (HS) were compared using different statistical parameters. The results showed that in absence of wind speed (when one or two meteorological parameters are not available), the PM-IC method estimated more accurately (R2> 0.96), while precision of the PM-R method is higher (R2≈ 0.99) in absence of other weather parameters (sunshine hoursand air humidity). Also, the HS method, temperature-based methods (absence of three meteorological data), provided a more acceptable result (PBIAS = -3.091, ME = -0.156, MAE = 0.337) than other methods.Keywords: Reference evapotranspiration, Kermanshah, Data scarcity, spatial interpolation -
هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (Ks) یکی از پارامترهای اساسی در مطالعات حرکت آب و املاح در خاک و طراحی پروژوه های آبیاری و زهکشی است. بنابراین، شناخت الگوی توزیع مکانی آن از اهمیت فراوانی برخوردار می باشد. هدف از پژوهش حاضر پیش بینی الگوی پراکنش مکانی Ks در مزرعه تحقیقاتی سد سیستان با استفاده از روش های میان یابی بوده است . برای این منظور تعداد 113 آزمایش نفوذ تک حلقه ای بیرکن در خاک های مزرعه با فواصل حدود 80 متر انجام گردید. ضریب Ks با استفاده از الگوریتم های محاسباتی بیرکن شامل BESTslope، BESTintercept و BESTsteady به دست آمد. متوسط خطای نسبی برازش برای الگوریتم های BESTslope و BESTintercept به ترتیب 19/5% و 35/9 درصد بوده که رضایت بخش است. برای مقایسه دقت تخمین از پارامترهای ضریب تعیین وزنی (ωr2) و خطای استاندارد (SE) استفاده شد. براساس نتایج به دست آمده، هدایت هیدرولیکی اشباع از همبستگی مکانی متوسط با ساختار غالب نمایی برخوردار بود. همچنین نتایج نشان داد که در بافت لوم و لوم شنی که بافت غالب منطقه مورد مطالعه است و برای هر سه الگوریتم محاسباتی بیرکن، روش لوگ کریجینگ با اختلاف نه چندان زیاد نسبت به سایر روش های میان یابی، بیشترین مقدار ωr2 و کمترین مقدار SE و در واقع بیشترین دقت تخمین را داشت. از طرفی دقت تخمین در الگوریتم BESTsteadyکه ساده ترین فرآیند محاسباتی را در مقایسه با دو الگوریتم دیگر دارد، بیشتر بود. بنابراین طبق نتایج به دست آمده، روش لوگ کریجینگ نمایی به عنوان بهترین روش میان یابی برای تعیین الگوی پراکنش مکانی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک براساس مقادیر Ks به دست آمده از الگوریتم ساده و کاربردی BESTsteady در خاک های لوم و لوم شنی پیشنهاد می شود.کلید واژگان: آزمایش نفوذ بیرکن، الگوریتم های محاسباتی، نیم تغییرنما، میان یابی مکانیSoil saturated hydraulic conductivity (Ks) is one of the main parameters in water and solute transport studies in soil and irrigation and drainage projects designs. So, knowledge about the Ks spatial distribution pattern has great importance. The aim of present study was to predict spatial distribution pattern of Ks in the experimental field of Sistan Dam, Zabol University, using different interpolation methods. For this purpose, a set of 113 single ring Beerkan infiltration experiments were carried out over the study area in a grid of average distance about 80 m. The Ks was obtained through Beerkan calculating algorithms, BESTslope, BESTintercept and BESTsteady. The relative fitting errors were 5.19% and 9.39% for BESTslope and BESTintercept algorithms, respectively, that are satisfactory. The interpolation methods were compared using evaluation criteria such as the weighted determination coefficient (ωr2) and standard error (SE). Based on the results, the spatial correlation of Ks was moderate and it had the exponential structure. The results showed that Log Kriging (LOK) achieved the highest ωr2 and lowest SE values for estimating Ks over the study area with a dominant soil textures of loam and sandy loam. However, the difference between LOK and the other interpolation approaches was not significant. Moreover, among the interpolation methods, BESTsteady algorithm, which had the simplest calculating procedure, had the highest precision in estimation. So, according to the results, LOK with an exponential semivarigram model is suggested as the best interpolation method for predicting the spatial distribution of Ks, based on values obtained from the simple and applicable algorithm, i.e. BESTsteady, in loam and sandy loam soils.Keywords: Beerkan Infiltration Experiment, Calculating algorithms, Semivariogram, Spatial interpolation
-
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال نوزدهم شماره 3 (پیاپی 73، پاییز 1394)، صص 85 -97تعیین توزیع مکانی آلاینده های مختلف در خاک، شالوده ارزیابی آلودگی و کنترل خطر است. روش های درون یابی گوناگونی به طور گسترده به منظور برآورد غلظت فلزات سنگین در مناطق نمونه برداری نشده استفاده شده اند. در این مطالعه، کارایی روش های درون یابی (وزن دهی معکوس فاصله، چندجمله ای محلی، کریجینگ معمولی و توابع پایه شعاعی) برای برآورد آلودگی خاک سطحی به مس و نیکل در استان گلستان ارزیابی شدند. به این منظور، 216 نمونه خاک سطحی از استان گلستان جمع آوری شد و غلظت نیکل و مس در نمونه ها تعیین گردید. سپس با استفاده از روش های درون یابی گوناگون، میزان آلودگی خاک مشخص شد. ارزیابی متقابل به منظور مقایسه روش ها با یکدیگر و برآورد میزان صحت آنها استفاده شد. نتایج نشان داد که تمام روش های درون یابی صحت قابل قبولی در پیش بینی غلظت میانگین عناصر مذکور داشتند. روش های RBF-IMQ و IDW1 کمترین RMSE را برای هر دو عنصر داشتند؛ در حالی که روش RBF-TPS بیشترین RMSE را داشت و مساحت بیشتری از مناطق آلوده را برای هر دو عنصر برآورد کرد. با افزایش توان وزن دهی در روش های IDW مناطق آلوده وسیع تری برآورد شد. روش های درون یابی در قیاس با روش نسبت نمونه ها، مناطق آلوده به مس و نیکل را به ترتیب 38/ 8 و 93 / 6 درصد کمتر برآورد کردند.
کلید واژگان: زمین آمار، درون یابی مکانی، آلودگی خاک، ارزیابی متقابل، توابع پایه شعاعی، چندجمله ای محلیDetermining the spatial distribution of different contaminants in soil is essential for the pollution assessment and risk control. Interpolation methods are widely used to estimate the concentrations of the heavy metals in the unstudied sites. In this study, the performances of interpolation methods (inverse distance weighting, local polynomials and ordinary Kriging and radial basis functions) were evaluated to estimate the topsoil contamination with copper and nickel in Golestan Province. 216 surface soil samples were collected from Golestan province, and their Cu and Ni concentrations were measured. Soil contamination was determined using different interpolation methods. Cross validation was applied to compare the methods and estimate their accuracy. The results showed that all the tested interpolation methods have an acceptable prediction accuracy of the mean content for soil heavy metals. RBF-IMQ and IDW1 methods had the lowest RMSE, whereas RBF-TPS method with the largest RMSE estimated a larger size for the polluted area. The greater the weighting power, the larger the polluted area estimated by IDW. Compared with the ‘‘sample ratio over the pollution limits” method, the polluted areas of Cu and Ni were reduced by 8.38% and 6.14%, respectively.Keywords: Geostatistics, Spatial interpolation, Soil pollution, Cross validation, Radial basis functions, Local polynomials -
ارزیابی کیفیت خاک، بخصوص در نواحی کشاورزی به منظور مدیریت پایدار خاک و تولید محصول، امری ضروری است. تحقیق حاضر کیفیت خاک با استفاده از شاخص IQI (Integrated Quality Index) و تغییرات مکانی آن را در بخشی از نواحی کشاورزی استان قزوین ارزیابی می کند. پس از محاسبه شاخص IQI در منطقه، توزیع مکانی آن با استفاده از روش های مختلف درون یابی در نرم افزار سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) بررسی گردید. برای تعیین روش درون یابی مناسب، معیارهای دقت MAE و RMSE، معیار انحراف MBE و همچنین همبستگی بین مقادیر تخمینی و برآوردی استفاده شد. نتایج نشان داد که شاخص IQI دارای همبستگی مکانی قوی بوده (38/0Nugget/Sill =)، دامنه تاثیر آن 18/19 کیلومتر و همچنین توزیع مکانی آن از مدل نمایی پیروی می کند. با استفاده از معیارهای ارزیابی و همچنین روند موجود در منطقه، روش اسپلاین منظم به عنوان روش مناسب درون یابی این شاخص انتخاب گردید. نقشه کیفیت خاک نشان داد که وضعیت کیفیت خاک در منطقه مورد مطالعه عمدتا متوسط می باشد.
کلید واژگان: شاخص کیفیت خاک، استان قزوین، زمین آمار، درون یابی مکانیContinuous soil quality evaluation in is necessary agricultural regions to sustainable soil management and profitable agricultural production. The objectives of this study were comprised of an evaluation of soil quality utilizing Integrated Quality Index (IQI) along with its spatial distribution in Qazvin province. IQI was calculated and its spatial changes analyzed using different interpolation methods via GIS software. Precision criteria MAE and RMSE, bias criteria MBE and correlation between measured vs. predicted values (r) were employed to determine a suitable interpolation method. The results indicated an IQI index of strong spatial correlation (Nugget/Sill = 0.38) with an effective range of 19.18 kilometers. The IQI spatial distribution is well fitted by the exponential model. Completely Regularized Spline was selected as a suitable interpolation method using evaluation criteria as well as existing trend in area. IQI model revealed the soil areas with moderate quality (grade III) as dominant.Keywords: Spatial interpolation, Soil Quality Index, Geostatistical, Qazvin
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.