Stat 406 – Statistical Methods for Spatial Data Spring 2008 Topics overview Stat 4066 (Spring 2008) Spatial Statistics Topics overview 1 / 24
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Stat 406 – Statistical Methods for Spatial Data
Spring 2008
Topics overview
Stat 4066 (Spring 2008) Spatial Statistics Topics overview 1 / 24
Part I: Geostatistics
Precision agriculture
(data and images courtesy of M. Perez-Bidegain and P.Barbagelata)
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Precision agriculture: Analysis of soil fertility
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Multiple measurements for eachsample:
SOM (soil organic matter)
soil Ph, P (Phosphorus)
K (Potassium)
CEC (Cation exchange capacity)
Mg (Magnesium)
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South field−−−Magnitude of MG
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Precision agriculture
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Precision agriculture
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MG
South plot: Perspective Plot of MG
Stat 4066 (Spring 2008) Spatial Statistics Topics overview 11 / 24
Meteorology and Climatology
Data sets that encompass hundreds of location sites are common. (e.g.Historical Climate Network (HCN) developed and maintained by NOAA)now has several hundreds location sites:
The Precipitation Network: 5873 sites
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Meteorology and Climatology
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Agriculture: Pollen Disspersal
–data collected by S. A. Goggi (ISU, Department of Agronomy) and herteam, in 2003 and 2004
Stat 4066 (Spring 2008) Spatial Statistics Topics overview 14 / 24
Agriculture: Pollen Disspersal
Stat 4066 (Spring 2008) Spatial Statistics Topics overview 15 / 24
Part II: Areal(Lattice) data
Map of proficiency in Math for 8-th graders in Wisconsin, 2003
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Spatial distribution of herbivorous mites
Consider a situation in which the attribute variable of interest correspondsto small counts on a spatial grid. Such a situation is represented by astudy of the spatial distribution of herbivorous mites (Hairston, N.G., Hill,R.W. and Ritte, U. (1971). The interpretation of aggregation patterns, InPatil, G., Pielou, E.C. and Waters, W.E., eds., Statistical Ecology Volume1: Spatial Patterns and Statistical Distributions, the Pennsylvania StateUniversity Press, University Park, Pennsylvania.).
Data were collected from an 8× 8× 1 inch piece of old field habitat, fromwhich mites were extracted and recorded as from one of 64 quadratsdefined by a two-dimensional 1× 1 inch grid place over the exposedsurface of the sampled habitat.
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The data are reproduced below, showing the spatial distribution of thesesmall counts.
ui
vi 1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 1 2 1 0 0 1 22 1 1 1 1 3 4 1 43 0 1 0 2 2 1 3 14 0 0 0 3 3 0 1 25 2 1 0 1 1 1 0 06 1 1 0 1 2 1 0 17 0 3 1 0 1 3 3 38 0 0 0 0 1 5 0 1
Hairston, Hill and Ritte analyzed these data with varying quadrat sizes bypooling adjacent 1× 1 inch squares, and computing for each an index ofaggregation. In a comment on that analysis, R.M. Cormack points outthat patterns of aggregation are fundamentally a question of “the behaviorof neighbors”.
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Part III: Point Patterns
Plant Pathology–Infection in Papaya:(data and images courtesy of Paul Esker)
–due to phytoplasmas (phytoplasma are microorganisms that are notculturable (i.e., they cannot be grown on agar media), however, they cancause devastating effects in crops).
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Plant Pathology
This data was collected by Anna Padovan and Karen Gibb from CharlesDarwin University (Darwin, Northern Territories, Australia), in conjunctionwith Forrest W. Nutter, Jr., Department of Plant Pathology (Iowa StateUniversity) in the the Northern Territories of Australia. Plants wereexamined monthly and those suspected of being infected had samplestaken for further testing to verify if the plant was infected. The use ofmolecular tools was used and results indicated that two dominantphytoplasma types were found: TBB (tomato big bud) and SPLL-V4(sweet potato little leaf V4). These two pathogens are genetically similarto the yellow crinkle disease and based on the genetic makeup are in thefaba bean phyllody. At the end of the 3-year study period, there were atotal of 230 infected papaya (this includes both TBB and SPLL-V4). Ofthat, 76 were TBB while 154 were V4. This is approximately 6.2% of thetotal plants in the plantation. From these 3 plots, it appears that theremay be something interesting spatially, especially when examining allinfected trees or the V4-infected trees.
Stat 4066 (Spring 2008) Spatial Statistics Topics overview 20 / 24
Plant Pathology
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Ecology
Nest initiation or nest destruction: (data and images courtesy ofDale Tessin)
Waterfowl nesting data collected during the breeding season of 1997 inSaskatchewan, Canada. The one fourth section field of nesting habitatsearched contained 154 total nests, or nests initiated during the season,and 50 nests destroyed by predators. After nests were found, they werefollowed until the young successfully fledged or the nest was depredated.
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Ecology
This is a habitat map for the field, where greens represent grasslandnesting habitat and blues represent open water. Both the black and yellowdots represent nest locations (black: initiation, yellow: depredated).
Stat 4066 (Spring 2008) Spatial Statistics Topics overview 23 / 24
Ecology
Stat 4066 (Spring 2008) Spatial Statistics Topics overview 24 / 24
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