环境属性空间分布不确定性模拟的马尔可夫链地统计学方法

地统计学作为地球科学的一门定量工具科学分支可为区域环境质量评估提供关键技术，但现有方法仍有着明显的缺陷。项目申请人最近将一维马尔可夫链理论推向多维，提出了非线性马链地统计学的基本理论和方法，更合理有效地解决范畴变量模拟问题。本项目申请拟将其作进一步方法和技术拓展，用于模拟连续环境属性空间分布不确定性（随机模拟和阈值超越概率评估），以期获得一个合理实用的环境评估新方法。研究将把理论拓展、技术开发、比较研究和案例实证相结合。首先提出环境属性空间不确定性模拟的马链地统计学方案，然后编写计算机程序，利用实际数据调试改进。同时在武汉市郊区确定一中尺度研究区域，采样分析土壤重金属含量和其它有关地理信息，统计分析有关数据。然后应用开发的马链地统计学方法和目前常用的其它方法进行模拟，比较所得结果，评估所提方法的优势和不足，做出推荐。另外，也将依据模拟结果，对研究区的环境进行综合评估。

空间统计学是地球科学与统计学之间的一门交叉学科，是定量各种时空变化的科学，也是资源环境信息科学的一个核心领域。在环境科学上，空间统计学可为区域环境评估提供关键技术。但空间统计学的现有方法仍有许多缺陷，特别是在范畴（或离散）变量的处理上，一直没有一套完美而弹性的方法。项目主持人历经十几年的艰苦探索，近些年将一维马尔可夫链理论推向多维，提出了非线性马链地统计学的基本理论和方法，包括马链随机域理论和转移概率函数理论，可以更合理有效地解决范畴变量模拟问题。尽管这些新理论尚不够完美，方法上的深度开发和实际应用，则是确立该地统计学的根本。本项目目的是将其作进一步方法和技术拓展，用于模拟环境属性空间分布不确定性（随机模拟和阈值超越概率评估），以期获得一个合理实用的环境评估新方法。本研究项目按计划顺利完成并取得了一系列重要成果。首先我们提出了环境属性空间不确定性模拟的马链地统计学方案，然后实施执行，并与指示克里格方法比较，取得明显更好效果；有关论文发表在国际SCI刊物SERRA上。我们探讨了转移概率函数的联合模拟问题，提出了在样本数据充足和不足条件下的联合拟合方法；论文发表在国际知名刊物IJGIS上。我们进而研究了毗邻景观类型之间的交叉转移概率函数的峰突结构特点，提出了拟合这种特殊转移概率函数的伽玛指数复合模型；论文也发表在国际知名刊物IJGIS上。我们还进而探索了将马链地统计学模拟应用于遥感图像的土地利用分类的可行性，初步研究结果发表于国际著名刊物IEEE TGRS上。在进行上述的独创性研究的同时，我们还在武汉市郊区确定了两个中尺度研究区域 – 武汉高新技术开发区和武汉钢铁厂附近农地，采样分析了土壤重金属含量和其它有关信息，统计分析数据。我们也利用了湖北省耕地评估数据中的部分县数据，作为研究案例。然后我们应用经典地统计学方法和传统模拟方法相结合，进行了研究区域的环境模拟和评估研究，取得了一系列研究成果。在国际SCI刊物上总共发表8篇论文。本研究不仅取得了重要的科学进展，为环境空间不确定性模拟提供了一个新的方法，更探讨了马链地统计学应用的可能新领域，尤其是扩大了马链地统计学的国际影响，因而具有十分重要的科学意义和应用价值。