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)
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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Precision agriculture: Analysis of soil fertility
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South Field−−−sampled locations
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Multiple measurements for each
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CEC (Cation exchange capacity)
Mg (Magnesium)
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X coordinate(m)
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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Precision agriculture
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5
Frequency
20
25
Histogram of mg.z
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mg.z
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
4 / 24
200
100
MG
Precision agriculture
0
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400
200
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MG
X coordinate(m)
0
50
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Y coordinate(m)
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
5 / 24
300
Coord Y
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Precision agriculture
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data
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Frequency
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Stat 4066 (Spring 2008)
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Coord X
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400
Spatial Statistics
50
100
150 200
data
250
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Topics overview
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Precision agriculture
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South field−−−Magnitude of MG
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X Coord
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Spatial Statistics
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Precision agriculture
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South field: Contour Plot of MG
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Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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300
Precision agriculture
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Stat 4066 (Spring 2008)
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Spatial Statistics
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Topics overview
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300
Precision agriculture
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Stat 4066 (Spring 2008)
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200
Spatial Statistics
300
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400
Topics overview
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Precision agriculture
South plot: Perspective Plot of MG
Yc
oo
rdi
na
te(
m)
MG
X coordinate(m)
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
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
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Agriculture: Pollen Disspersal
–data collected by S. A. Goggi (ISU, Department of Agronomy) and her
team, in 2003 and 2004
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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Agriculture: Pollen Disspersal
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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Part II: Areal(Lattice) data
Map of proficiency in Math for 8-th graders in Wisconsin, 2003
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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Spatial distribution of herbivorous mites
Consider a situation in which the attribute variable of interest corresponds
to small counts on a spatial grid. Such a situation is represented by a
study of the spatial distribution of herbivorous mites (Hairston, N.G., Hill,
R.W. and Ritte, U. (1971). The interpretation of aggregation patterns, In
Patil, G., Pielou, E.C. and Waters, W.E., eds., Statistical Ecology Volume
1: Spatial Patterns and Statistical Distributions, the Pennsylvania State
University Press, University Park, Pennsylvania.).
Data were collected from an 8 × 8 × 1 inch piece of old field habitat, from
which mites were extracted and recorded as from one of 64 quadrats
defined by a two-dimensional 1 × 1 inch grid place over the exposed
surface of the sampled habitat.
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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The data are reproduced below, showing the spatial distribution of these
small counts.
ui
vi
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
1
0
0
2
1
0
0
2
1
1
1
0
1
1
3
0
3
2
1
0
0
0
0
1
0
4
1
1
2
3
1
1
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2
1
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1
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3
5
7
1
1
3
1
0
0
3
0
8
2
4
1
2
0
1
3
1
Hairston, Hill and Ritte analyzed these data with varying quadrat sizes by
pooling adjacent 1 × 1 inch squares, and computing for each an index of
aggregation. In a comment on that analysis, R.M. Cormack points out
that patterns of aggregation are fundamentally a question of “the behavior
of neighbors”.
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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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 not
culturable (i.e., they cannot be grown on agar media), however, they can
cause devastating effects in crops).
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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Plant Pathology
This data was collected by Anna Padovan and Karen Gibb from Charles
Darwin University (Darwin, Northern Territories, Australia), in conjunction
with Forrest W. Nutter, Jr., Department of Plant Pathology (Iowa State
University) in the the Northern Territories of Australia. Plants were
examined monthly and those suspected of being infected had samples
taken for further testing to verify if the plant was infected. The use of
molecular tools was used and results indicated that two dominant
phytoplasma types were found: TBB (tomato big bud) and SPLL-V4
(sweet potato little leaf V4). These two pathogens are genetically similar
to the yellow crinkle disease and based on the genetic makeup are in the
faba bean phyllody. At the end of the 3-year study period, there were a
total of 230 infected papaya (this includes both TBB and SPLL-V4). Of
that, 76 were TBB while 154 were V4. This is approximately 6.2% of the
total plants in the plantation. From these 3 plots, it appears that there
may be something interesting spatially, especially when examining all
infected trees or the V4-infected trees.
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
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Plant Pathology
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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Ecology
Nest initiation or nest destruction: (data and images courtesy of
Dale Tessin)
Waterfowl nesting data collected during the breeding season of 1997 in
Saskatchewan, Canada. The one fourth section field of nesting habitat
searched contained 154 total nests, or nests initiated during the season,
and 50 nests destroyed by predators. After nests were found, they were
followed until the young successfully fledged or the nest was depredated.
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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Ecology
This is a habitat map for the field, where greens represent grassland
nesting habitat and blues represent open water. Both the black and yellow
dots represent nest locations (black: initiation, yellow: depredated).
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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Ecology
Stat 4066 (Spring 2008)
Spatial Statistics
Topics overview
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