ArcGIS:地統計模擬的示例?

由於這兩個測量值均支持對在某個特定區域內生活進行感染風險的局部評估,因此,每年超過臨界閾值的天數可用來建立顯示超過閾值概率的內插地圖。

工具/原料

ArcGIS

計算機

方法/步驟

模擬示例

  示例 I

  在世界上的許多城市和地區,空氣質量都是令人關注的重要健康指標之一。在美國,眾所周知,洛杉磯的空氣質量不是很好,分佈密集的監控網絡每半天就對臭氧、微粒物質和其他汙染物等數據進行一次收集。基於此空氣質量數據,可獲得每種汙染物的濃度以及汙染物每年超過州空氣質量標準和聯邦空氣質量標準的天數。由於這兩個測量值均支持對在某個特定區域內生活進行感染風險的局部評估,因此,每年超過臨界閾值的天數可用來建立顯示超過閾值概率的內插地圖。

  在本示例中,對 2005 年加利福尼亞州每個監測站臭氧超過閾值的天數做了調查,並通過擬合該數據創建了一個半變異函數。並使用條件模擬生成了多個實現。每個實現都是一個地圖,用於表示 2005 年汙染物超過閾值的天數。然後對這些實現進行後處理,以估計汙染物每年超過州閾值的天數多於 10 天、20 天、30 天、40 天、50 天、60 天和70 天的概率(所有監測站記錄的超過閾值的最大天數為 80 天)。下面的動畫顯示了生成的南海岸空氣盆地地區(其中包括洛杉磯和內陸城市)的臭氧地圖。海岸附近的空氣質量明顯好於內陸地區,主要是因為在這一地區,風向主要是由西向東吹。

  這類地圖可用於確定汙染減輕策略的優先級,通過解答諸如“我可以忍受多少汙染?”、“生活在某一特定區域我需要忍受多少汙染?”等問題,來研究健康與環境質量之間的關係並幫助人們確定適宜居住的地點。

ArcGIS:地統計模擬的示例

 示例 II

  在很多應用中,都使用與空間相關的變量作為模型的輸入(例如,石油工程中的流動模擬)。在此類情況中,模型結果的不確定性是通過以下過程生成大量模擬來進行評估的:

  為變量模擬大量具有同等可能性的實現。

  使用模擬變量作為輸入來運行模型(通常稱為傳輸函數)。

  彙總模型運行以評估模型輸出的變異性。

  輸出的統計數據可用來測量模型的不確定性。

  上述過程的一個實際示例是:為在新墨西哥州東南部成立一個廢品隔離試驗工場 (WIPP) 作為超鈾廢物的存儲設施而進行的研究。

  科學家曾對位於地表以下 2000 多英尺的鹽礦床進行了評估,以便將其用作廢料的潛在存儲設施。然而,礦床剛好位於蓄水層之上,因此,擔心地下水可能會傳輸站點洩露的廢棄物。要證明 WIPP 是安全的,科學家不得不使美國環境保護局確信:蓄水層中地下水的流速非常緩慢,完全不可能對 周圍環境造成汙染。

  導水系數值決定了蓄水層中的水流流速,並針對擬建的 WIPP 站點附近蓄水層獲得了多個此類值。使用以數字方式求解的水文方程為地下水流建模,該方程需要導水系數值,該值在常規格網上進行預測。如果使用了導水系數的克里金估計值,則導水系數值將基於鄰近導水系數值的(加權)平均值,而已建模的地下水的流動時間將只會基於這些平均值。由於克里金法將生成平滑地圖,所以插值表面會缺少導水系數值極高或極低的區域。要正確地對風險進行分析,科學家必須考慮可能出現的最壞情況,因此需要生成流動時間值的整個概率分佈。通過此分佈,科學家將能夠使用地下水流動時間分佈的較低尾值(對應極高流速),而不是平均流動時間,來評估 WIPP 的適宜性。曾使用條件模擬來生成流動時間值的概率分佈。

  廢品通過地下水進行傳輸的概率只是評估 WIPP 適宜性時考慮的眾多危及人類健康情形中的一種。複雜風險分析在評估 WIPP 是否適宜進行核廢料處理以及使公眾和政府監管部門確信其適宜性方面起了很大作用。在長達 20 多年的時間裡,在進行了大量的科學研究、公眾意見收集以及進行了大量監管工作之後,WIPP 最終於 1999 年 3 月 26 日開始運作。

ArcGIS:地統計模擬的示例

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