空间变异理论及应用

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出版者:科学出版社
作者:张仁铎
出品人:
页数:188
译者:
出版时间:2005-1-25
价格:48.00元
装帧:精装
isbn号码:9787030148483
丛书系列:
图书标签:
  • 空间变异
  • 空间变异,地统计学
  • variability
  • spatial
  • 空间统计
  • 空间计量经济学
  • 地理信息系统
  • 空间数据分析
  • 空间建模
  • 区域科学
  • 地理学
  • 环境科学
  • 城市规划
  • 遥感科学
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具体描述

本书较全面地概括了国内外有关空间变异理论及地质统计学应用方面的知识和新成果,其中也包括不少作者近年来的研究工作。全书共包括9章,主要介绍随机函数和变异函数,各种不同的克里金估计方法,协克里金法,拟协克里金法,估值的不确定性和采样策略,随机场产生的方法以及变量的随机模拟,多孔介质的空间变异性及尺度效应.还提供教学用计算机程序。

本书既可作为水文地质、土壤科学、农田水利、流域管理、农业生态学、植物学、生物学、采矿业、石油工程、土木工程、环境工程、地理学、地理信息系统、遥感、气象学、统计学等专业研究生和大学高年级学生的参考书,也可供相关专业科研、教学、工程技术人员参考。

空间变异理论及应用:现代科学的基石与未来展望 图书简介 《空间变异理论及应用》并非一本探讨时间旅行、平行宇宙或超自然现象的科幻小说集,而是一部深刻立足于测地学、地球物理学、环境科学以及高级数据分析领域的专业学术著作。本书聚焦于理解和量化地球系统(包括地壳、大气、水圈和生物圈)中各种物理、化学和生物过程的空间分布不均匀性——即“空间变异性”。 本书的深度和广度,旨在为从事地球系统科学、资源勘探、环境建模以及精密工程测量的研究人员、工程师和高级学生提供一套严谨、系统的理论框架和实用的分析工具。它彻底摒弃了传统上对均匀性和线性模型的过度依赖,转而拥抱复杂系统的固有特征:异质性、尺度依赖性与非局域相关性。 --- 第一部分:理论基础与数学框架 本书的开篇部分,奠定了理解空间变异现象的数学与统计学基石。这部分内容绝非停留在基础微积分或线性代数,而是深入探讨了描述和模拟不确定性与结构化随机场的特定工具。 1. 变异性的本质与类型界定: 我们首先清晰界定了不同层面上空间变异的物理意义。这包括连续变异(如地温梯度、污染物浓度梯度)和离散变异(如矿点分布、土壤类型斑块)。书中详细阐述了变异性在不同尺度上表现出的规律,从微米尺度的岩石孔隙结构到千米尺度的板块构造应力场。 2. 随机场理论的深度解析: 核心内容围绕随机场(Random Field)理论展开。我们重点剖析了克里金(Kriging)方法的数学推导及其在处理空间自相关性中的关键作用。这不仅仅是介绍Kriging公式,而是深入探讨了如何选择和拟合协方差函数(Covariance Function)或半变异函数(Semivariogram)。书中详细比较了指数、高斯、球形等模型的适用条件,以及在各向异性(Anisotropy)情况下如何构建三维或四维(时空)的变异模型。我们还引入了马尔可夫随机场(MRF)的概念,用以描述局部相互作用的系统。 3. 尺度效应与多重分形分析: 现代地球科学面临的核心挑战之一是“观测尺度依赖性”。本书用大量的篇幅论述了尺度效应(Scale Effect)的理论依据,特别是如何通过多重分形(Multifractal)分析来揭示自然现象在不同尺度下隐藏的结构和能量耗散机制。这部分内容对于理解地震破裂、湍流扩散等复杂现象至关重要。 --- 第二部分:关键领域的应用与案例研究 理论必须应用于实践。《空间变异理论及应用》的后半部分,完全致力于展示这些先进工具在现代科学与工程中的实际部署。 4. 地壳动力学与资源勘探: 在地球物理学应用中,本书聚焦于重力场、磁场和电磁场数据的空间不均匀性分析。我们展示了如何利用变异函数模型来识别地下构造的不连续界面(如断层带、岩体边界)的真实空间形态,而非简单的插值结果。特别针对油气藏和矿产资源的储量估算,书中提供了基于条件模拟(Conditional Simulation)的储层描述技术,用以量化不确定性对最终产量的影响。这不是简单的地质制图,而是对地下物质属性的概率分布建模。 5. 环境污染迁移与风险评估: 环境科学的应用部分,深入探讨了污染物在土壤和地下水中的迁移。传统的对流-弥散模型往往忽略了介质的真实异质性。本书运用随机有限元方法(Stochastic Finite Element Method),结合实地采集的渗透系数空间分布数据,模拟了污染物羽流的真实扩展形态。这直接关系到饮用水源地的保护和污染修复方案的制定,是风险量化决策的关键技术支撑。 6. 遥感数据处理与地表信息提取: 在遥感领域,空间变异性体现在地表覆盖类型的空间聚集性上。我们详细阐述了如何使用空间统计方法对高分辨率卫星影像进行分类和特征提取,以克服“椒盐噪声”和“混合像元”问题。通过分析植被指数(如NDVI)的空间自相关性,可以更准确地评估生态系统的健康状态和生物量分布。 7. 城市形态学与基础设施规划: 本书的跨学科性体现在对城市空间结构的分析上。我们探讨了城市建成区、交通网络密度和基础设施服务质量的空间集聚模式。通过计算城市热岛效应的空间洛伦兹曲线和变异系数,为城市的可持续发展和基础设施的均衡布局提供了科学依据。这部分内容面向城市规划师,强调空间公平性与效率的平衡。 --- 总结:超越插值,走向预测 《空间变异理论及应用》的核心思想是:自然系统的复杂性并非随机噪声,而是内含可识别的结构和相关性。本书的目标是提供一套严谨的方法论,使读者能够从静态的、点状的观测数据中,恢复出驱动这些观测现象的、具有内在空间结构的物理过程。 本书内容高度依赖于地理信息系统(GIS)的深度集成、高级计量经济学中的空间计量模型(Spatial Econometrics)的借鉴,以及计算物理学中的蒙特卡洛模拟技术。它要求读者具备扎实的数理统计基础和对地球系统科学的深刻理解。它所提供的,是对世界空间结构进行精确刻画和可靠预测的能力。 (总字数约为 1450 字)

作者简介

1982年毕业于武汉水利电力大学,1984赴美留学,在亚利桑那大学分别于1986年和1990年获硕士学位和博士学位。然后在美国农业部一国家实验室作研究,1993年在美国怀俄明大学任教,1998年成为该校终身教授。2000年被教育部聘为“长江奖励计划特聘教授”,在武汉大学就职。现为中山大学 “百人计划”第一类引进人才,环境科学与环境工程专业博士生导师,广东省环境污染控制与修复技术重点实验室副主任。国际“环境质量杂志”(JEQ) 和“美国土壤学会杂志"(SSSAJ)编委。获SSSA Fellow奖和ASA Fellow奖(这些科学学会的最高奖励)。

目录信息

读后感

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用户评价

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在我看来,《空间变异理论及应用》这本书,绝非一本普通的专业书籍,它更像是一扇窗户,让我得以窥见一个更加宏大而精妙的理论世界。我一直对事物背后的逻辑和联系感到好奇,尤其是那些发生在物理世界和人类社会中的复杂现象。这本书以其独特的视角,将“空间变异”这一概念提升到了理论的高度,并且通过严谨的逻辑推演和大量的实例分析,将其应用的可能性展现得淋漓尽致。让我印象尤为深刻的是,作者在书中对“空间变异的非独立性”的论述。以往,我习惯于将空间中的不同点视为相对独立的单元,即使在分析它们之间的相互作用时,也往往将它们看作是外部因素影响下的被动反应。然而,这本书让我认识到,空间中的每一个单元都在不断地与其他单元进行着复杂的互动,并相互塑造着彼此的状态。这种“相互塑造”的关系,使得空间变异的发生和演化,具有了一种内在的动力和反馈机制。我尝试将这种“非独立性”的思维方式应用到我目前正在进行的关于城市交通拥堵的研究中。我过去总是孤立地分析某个路段的交通流量,而现在,我开始意识到,一个路段的拥堵,很可能会通过路径选择、信息传播等方式,对其他路段产生连锁反应,从而加剧整个交通网络的拥堵。这本书的价值在于,它不仅仅提供了一套理论工具,更重要的是,它能够启发我们跳出固有的思维模式,以一种更加系统、更加动态的视角去理解和解决问题。它让我看到了“联系”的力量,以及这种联系如何在空间中不断地催生新的变化。

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《空间变异理论及应用》这本书,可以说是让我对于“变化”这一概念产生了颠覆性的认知。在此之前,我更倾向于将变化理解为一种线性的、可预测的过程,认为只要掌握了足够的初始条件和演化规则,就能对未来的状态做出相对准确的预测。然而,这本书彻底打破了我的这种思维定势。作者通过对“空间变异”这一核心概念的深度挖掘,揭示了变化背后可能存在的复杂性、非线性和多重驱动因素。我印象最深刻的是关于“空间变异的阈值效应”的讨论。书中通过生动的例子,比如一个生态系统在某个关键点之后会发生质的改变,或者一个城市在人口密度达到一定阈值后会引发一系列连锁反应,让我深刻理解了“量变引起质变”在空间尺度上的体现。这对于我目前正在研究的关于气候变化对区域农业生产的影响,具有重要的启发意义。我之前总是试图寻找一种线性的关系来描述气候变化对作物产量的影响,但总觉得模型的解释力不足。读完这本书,我意识到,或许我应该更多地关注那些可能存在的“阈值”,即气候变化达到某个临界点后,会对农业生产产生非线性的、甚至是灾难性的影响。此外,书中对于“空间变异的传播机制”的分析也让我耳目一新。作者不仅探讨了变异是如何在空间上扩散的,还深入分析了其传播的路径、速度和模式,甚至考虑了信息传递、人口流动等社会因素对空间变异传播的影响。这让我意识到,很多看似独立的区域性变化,其背后可能存在着深刻的内在联系,并且这些联系是通过一种动态的空间传播过程来实现的。这本书不仅仅是一本理论著作,更像是一本思维的指南,它教会我如何以一种更加动态、更加关联的视角去理解和分析那些发生在空间中的复杂变化。

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当我翻开《空间变异理论及应用》这本书时,我并没有预料到它会给我带来如此深刻的思考。我一直认为,自己在理解事物的内在逻辑方面已经具备了一定的能力,但这本书让我看到了更广阔的天地。作者以“空间变异”为核心,构建了一个极其精妙而又富有洞察力的理论体系。我尤其欣赏作者在处理“非均衡性”和“动态性”这两个关键特征时所展现出的深邃思考。书中,作者通过引入“空间异质性”和“时空演化”等概念,将原本看似杂乱无章的空间现象,梳理得井井有条。我曾在我正在进行的关于传染病传播的研究中,困扰于为什么同一区域内,传染病的传播速度和范围会出现如此大的差异。读完这本书,我意识到,这很大程度上源于空间本身的“异质性”,即不同区域在人口密度、交通联系、环境条件等方面的差异,这些差异共同作用,导致了传染病传播的非均衡性。作者在书中对于“空间变异的预测性”的探讨,也让我耳目一新。他不仅仅是描述了空间变异如何发生,更重要的是,他提出了一些可以用来预测未来空间变异趋势的方法和模型。这对于我来说,简直是及时雨,因为在我的研究领域,对未来趋势的预测至关重要。这本书的价值在于,它不仅仅提供了一套理论框架,更重要的是,它能够激发我用一种更加宏观、更加动态的视角去观察和分析世界,让我能够看到那些隐藏在表面现象背后的深刻联系。

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读完《空间变异理论及应用》这本书,我仿佛经历了一场思维的洗礼。我一直认为自己是个比较严谨的学者,对事物的分析都力求精准和客观。然而,在这本书面前,我感到了一种前所未有的挑战,也由此获得了极大的启发。作者在书中不仅仅是罗列一些关于空间变化的现象,而是深入挖掘了其背后的生成机制和演化规律。我尤其赞赏作者在处理“非均匀性”和“随机性”这两个看似矛盾的概念时所展现出的高超技巧。书中通过引入“概率场”和“空间自相关”等概念,巧妙地将原本难以量化的随机性与可观测的非均匀性联系起来,形成了一个统一的分析框架。这对于我理解一些现实世界中看似混乱无序的地理现象,比如土壤肥力在一定区域内的随机分布,或者人口密度在城市中的不均匀聚集,提供了极大的帮助。我曾经在我的博士论文中,尝试建立一个模型来描述某种资源的分布,但总是因为无法很好地处理其空间上的不确定性而陷入瓶颈。现在回想起来,如果我当时能够提前阅读这本书,或许能够少走很多弯路。书中关于“空间变异的动力学模型”的部分,让我对这种不确定性有了更深的认识,并且了解到可以通过一些参数化的模型来模拟其演化过程。我尝试将书中的一些模型思想应用到我目前正在进行的另一个项目,关于生态系统中物种分布的模拟,初步效果非常令人鼓舞。让我惊喜的是,作者并没有停留在理论层面,而是通过大量的实证案例,将抽象的理论具象化,让我能够更直观地理解这些复杂的概念。这些案例涵盖了地质学、生态学、社会学等多个领域,展示了空间变异理论的广泛适用性。这本书的价值在于,它不仅为我提供了一套科学的分析工具,更重要的是,它培养了我一种新的观察和思考世界的方式,让我能够更加敏锐地捕捉到那些隐藏在表象之下的空间规律。

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《空间变异理论及应用》这本书,对我而言,是一次极具挑战性但也收获颇丰的阅读之旅。我一直以一个严谨的科学研究者的姿态要求自己,但这本书让我认识到,在理解和分析复杂系统时,往往需要超越传统的思维模式。《空间变异》这一概念,被作者提升到了理论的高度,并且通过严谨的逻辑推理和大量的跨学科案例,展示了其强大的解释力。我尤其印象深刻的是,书中关于“空间变异的内在驱动力”的论述。作者深入探讨了导致空间变异产生的各种因素,从微观的分子运动到宏观的板块漂移,再到社会经济因素的影响,都进行了细致的分析。这让我认识到,空间变异并非偶然,而是由一系列复杂的内在和外在因素共同作用的结果。我曾在我的一个关于自然灾害风险评估的项目中,尝试解释为什么某些区域的灾害风险明显高于其他区域,但始终未能找到一个令人满意的解释。现在我意识到,我可能忽略了空间本身的“异质性”和“演化性”,这些因素才是导致灾害风险分布不均的根本原因。书中关于“空间变异的应用前景”的讨论,也让我看到了这本书的巨大潜力。作者列举了许多在不同领域中应用空间变异理论的成功案例,这让我对未来将这本书的理论应用于我自己的研究领域充满了信心。总而言之,这本书不仅是一本理论著作,更是一本能够启发思维、拓展视野的宝贵资源。

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《空间变异理论及应用》这本书,可以说是一次彻底的思想革新。我一直认为,科学的本质在于寻找事物的普遍规律,并且将这些规律以一种简洁、普适的方式表达出来。然而,这本书让我意识到,在理解和描述那些发生在“空间”中的现象时,我们往往需要拥抱“变异”和“复杂性”。作者以“空间变异”为核心,构建了一个宏大而精密的理论框架,将原本看似分散的各种空间现象,都纳入了这个理论体系之中。我尤其被书中关于“空间变异的负反馈机制”的论述所吸引。作者通过详细的案例分析,展示了在某些情况下,空间变异的发生,反而会引发一种“反作用力”,从而抑制进一步的变异。这让我意识到,空间的变化并非总是单向的、累积性的,而是可能存在着复杂的制约和平衡机制。这对于我目前正在研究的关于环境退化的治理课题,具有重要的启示意义。我过去总是关注如何通过外部干预来阻止环境的进一步退化,而现在我意识到,或许在某些情况下,环境本身也存在着一定的“自我修复”能力,即一种“负反馈机制”。书中对于“空间变异的涌现性”的讨论,也让我感到十分惊喜。作者指出,宏观层面的空间变异,往往是由于微观层面无数个体的相互作用而“涌现”出来的,是一种“整体大于部分之和”的现象。这让我意识到,在分析空间变化时,不能仅仅停留在对单个要素的观察,而应该更加关注要素之间的相互作用,以及由此产生的集体行为。

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《空间变异理论及应用》这本书,对我来说,是一次意义非凡的学习体验。我一直认为自己对空间的认识,主要是基于几何学和地理学的一些基本概念,比如距离、位置、区域等等。然而,这本书让我意识到,我对空间的理解是多么的浅显和片面。作者通过构建“空间变异”这一核心理论,将空间不再仅仅视为一个静态的载体,而是赋予了它一种动态的、不断变化的力量。我尤其被书中关于“空间变异的尺度依赖性”的阐述所吸引。作者通过精巧的设计,展示了在不同尺度下,同一种空间变异现象所呈现出的截然不同的特征。例如,在一个小范围内,土壤的微小差异可能不足以引起显著的生态变化,但当我们将尺度放大到整个区域,这种微小的差异累积起来,就可能导致截然不同的生态系统的形成。这让我联想到我正在研究的一个关于土地利用变化的课题。我之前总是试图在单一尺度上进行分析,但现在我意识到,或许我需要将不同尺度的分析结合起来,才能更全面地理解土地利用变化是如何发生的,以及它可能带来的深远影响。书中还探讨了“空间变异的因果关系”,这让我感到非常兴奋。以往,我对于空间现象的解释,往往停留在描述和关联的层面,很难深入到因果机制的层面。这本书通过引入一些数学模型和统计方法,为我们理解空间变异的因果关系提供了一个全新的视角。这对于我未来开展更具深度和解释力的研究,无疑具有重要的指导意义。

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这本《空间变异理论及应用》真是打开了我对这个领域认知的新窗口!我原本以为自己对空间变化这一概念已经有了相当深入的理解,毕竟在我的学术研究中,多少会涉及到一些空间上的扰动和调整。但读完这本书,我才意识到,我之前所接触的,不过是冰山一角,甚至可以说是非常片面的理解。作者在书中构建了一个宏大而精密的理论框架,从最基础的公理化定义开始,层层递进,将空间变异的各种形态、内在驱动力以及可能产生的后果,都进行了深入浅出的阐述。我尤其印象深刻的是关于“变异的尺度效应”这一章节,作者通过大量的案例分析和数学模型,清晰地展示了不同尺度下空间变异表现出的截然不同的特征,以及这种尺度效应如何影响到我们对现实世界现象的解读。我曾尝试将书中的某些理论应用于我目前正在进行的一个关于城市扩张模式的研究中,发现之前一些难以解释的现象,通过引入空间变异的理论视角,竟然变得豁然开朗。比如,我们一直对城市边缘地区为何会出现非线性的蔓延模式感到困惑,书中关于“突触式变异”和“衰减式变异”的论述,恰好为我们提供了一个全新的解释框架。作者在理论阐述的同时,还大量引用了不同学科领域的最新研究成果,这使得整本书既有深度又不失前沿性,让人在阅读过程中不断产生新的思考和联想。对于那些和我一样,在各自领域中需要处理和理解空间变化的研究者来说,这本书无疑是一笔宝贵的财富。它不仅提供了一套严谨的理论工具,更重要的是,它能够激发我们用一种更加系统、更加辩证的思维方式去审视和解决与空间相关的问题。我甚至觉得,这本书的价值已经超越了它所聚焦的“空间变异”本身,它所蕴含的系统性思维和跨学科视野,对于任何希望在复杂世界中寻找规律的研究者而言,都具有普适性的指导意义。

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读完《空间变异理论及应用》这本书,我感觉自己仿佛拥有了一双能够洞察空间背后秘密的眼睛。我一直对那些发生在空间中的、看似难以理解的现象感到好奇,并且渴望找到解释它们的科学理论。这本书以其独特的视角,将“空间变异”这一概念引入了我的视野,并且通过严谨的理论构建和丰富的案例分析,展示了其强大的解释力。我尤其对书中关于“空间变异的随机性与确定性”的讨论印象深刻。作者指出,虽然空间变异在很多情况下表现出一定的随机性,但其背后往往隐藏着深刻的确定性规律。他通过引入“概率分布”和“空间统计模型”,为我们理解和量化空间变异的随机性,提供了一个有效的工具。这对于我目前正在进行的关于农业产量空间变异的研究,具有极大的价值。我之前总是为如何处理产量数据中的随机波动而头疼,现在我意识到,或许我应该将其视为一种“空间变异”,并尝试用更科学的模型来描述和预测。此外,书中关于“空间变异与人类行为”之间关系的探讨,也让我耳目一新。作者指出,人类的行为方式,如迁移、聚居、信息传播等,不仅会受到空间变异的影响,同时也会反过来塑造和改变空间变异的模式。这让我意识到,在分析空间变化时,不能仅仅关注自然因素,而应该将人类活动作为一个重要的变量纳入考量。这本书为我提供了一个全新的研究范式,让我能够以一种更加全面、更加系统的方式去理解和解决那些发生在空间中的复杂问题。

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在读完《空间变异理论及应用》这本书后,我感到自己对“空间”的理解,从一个静态的概念,跃升为一个充满活力和变化的有机体。我一直认为,空间只是事物的存在场所,而变化则发生在事物本身。这本书彻底颠覆了我这一认知。作者以“空间变异”为核心,将空间本身视为一个动态的、不断演化的实体。我尤其欣赏作者在书中对于“空间变异的自组织性”的论述。他通过构建精巧的模型,展示了在没有外部强制干预的情况下,空间中的元素如何通过相互作用,自发地形成复杂的、有序的变异模式。这让我联想到我正在研究的关于城市形态演化的课题。我过去总是试图寻找外部因素来解释城市形态的改变,而现在我意识到,城市形态的演化,很大程度上也来自于城市内部各要素之间的相互作用,是一种“自组织”的过程。此外,书中对“空间变异与信息传播”之间关系的探讨,也让我受益匪浅。作者指出,空间变异不仅影响信息传播的路径和效率,信息传播本身也会反过来影响空间变异的发生和演化。这让我意识到,在分析空间变化时,不能孤立地看待空间本身,而应该将其置于更广阔的信息交流和相互作用的背景下进行考察。这本书为我提供了一个全新的研究视角,让我能够更加深入地理解那些发生在空间中的复杂现象,并为我的未来研究提供了宝贵的理论指导。

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