长江中上游区基于GIS的不同时间尺度降水插值方法探讨

为了获取长江中上游地区高分辨率的降水情况,本文以长江中上游及其周围地区共613个气象站点的降水资料为基本数据,利用分辨率为4 km的DEM(Digital elevation model),采用了较适合地理信息系统(GIS)的插值方法,分别对该区域1992—2001年间年、月及日平均等不同时间尺度降水量进行了分析。结果表明:逐步插值法得到的高分辨率降水空间分析效果较好,计算的精度较高。该方法提高了计算的准确性,体现了降水随地形的变化以及在空间分布上的不连续性,有效地解决了复杂地形条件下降水空间插值精度不高的问题,对于不同的时间尺度都有较好的适用性。     

基于GIS降水空间分析的逐步插值方法

根据长江中上游697个气象观测站1971—2000年30年降水资料,利用逐步回归方法和地理信息技术(GIS),建立了平均季降水和年降水与4km分辨率的DEM、坡向、坡度等地形数据的回归方程,并通过了信度为0.05的F检验,将降水量中地形影响部分分离出来。在此基础上,发展了逐步插值方法(SIA),并与GIS技术和多元逐步回归方法结合,显著提高了年、季降水空间分布的计算精度。结果表明:SIA季节降水空间分布的相对误差为6.86%,绝对误差为13.07mm,平均变差系数为0.070,平均相关系数为0.9675;年降水量的绝对误差为72.1mm,相对误差为7.34%,平均变差系数为0.092,相关系数达到了0.9605。对SIA年平均降水量的分析表明,采用3—5步的SIA计算,就可以显著提高计算精度,绝对误差由211.0mm下降到62.4mm,相对误差由20.74%下降到5.97%,变差系数从0.2312下降到0.0761,相关系数由0.5467提高到0.9619,SIA方法50步的计算表明,SIA计算的结果一致收敛于观测值。     

江西省降水空间插值方法适用性分析

文中基于数字高程模型,建立了多元线性回归插值模型(MLR)和PRISM空间插值方法,并与传统的反距离权重法(IDW)和普通克里金插值法(OK)进行比较.结果表明:1)江西省5月、7—10月降水量与海拔高度存在显著的相关性,与坡度、坡向无明显相关.2)从插值精度来看,3—9月PRISM和MLR空间插值精度明显优于IDW和OK,冬半年IDW和OK插值精度略高于MLR和PRISM;4种插值方法的年降水量插值精度排序为PRISM>MLR>OK>IDW;PRISM和MLR在高海拔地区的插值精度远高于IDW和OK.3)从插值效果来看,4种插值方法的降水空间分布具有一致性,MLR和PRISM优于IDW和OK.     

基于GIS的气温和降水推算方法研究

针对开展乡镇天气预报对高精度逐日气象要素输入值的需求,以辽宁地区为例,选用克立格法(Kriging)、距离权重反比法(IDw)、带高度梯度订正的距离权重反比法(GIDW)及样条函数法(spline)4种插值方法,进行有限气象站点1～12月逐日气象要素空间插值方法研究并对估值进行检验.结果表明:对温度而言,GIDW方法估值精度较高,插值结果分布趋势也较为接近实际站点的分布;对降水而言.IDW估值精度高于其他插值方法,更适合于日降水量的空间插值.     

基于GIS的新疆多年平均降水量空间插值精度比较研究

以新疆具有完整资料的90个气象站点中的75个站点的基本地理信息和1995—2008年平均降水数据资料为基础,以ArcGIS为数据处理平台,分别采用反距离加权法、径向基函数法、克里格法、协克里金方法对全疆降水空间分布进行插值,并通过没有参与插值的15个气象站点的实际降水量与插值结果进行相对误差分析,研究结果表明:在年降水量插值的4种算法中,普通克里格法(Kriging)的计算精度最高。利用最优的插值方法的栅格降水空间数据库,建立的多年降水资源信息系统,可快速计算研究区内任一地域单元中降水的总量及其空间变化,对降水资源模拟、工程规划、发展战略及决策管理,均具有重要的意义。     

长江中上游地区汛期降水的准两年振荡

利用１９５１￣１９８７年５￣８月长江中上游地区３４站的降水量资料，采用移动样本序列的极大熵谱法对长江中上游汛期降水的周期特征进行了客观、细致研究。结果表明，长江中上游地区存在显著的准两年周期振荡，并给出了其地理分布特征，其他周期振荡则不十分明显，且不稳定。     

不同空间插值方法对重庆地区降水的适用性分析

利用中国气象局全国综合气象信息共享平台（CIMISS）提供的1981~2018年重庆地区35个国家气象站逐日降水资料,采用最小曲率插值法、径向基函数插值法、克里金插值法、局部多项式插值法、反距离加权插值法以及改进的Shepard插值法,对平均累计降水、降水极值以及夏季极端降水空间插值模拟结果进行交叉检验。结果表明:空间插值方法在渝西和渝中大部分地区以及长江沿线地区适用性较好,在渝东北、渝东南地区北部以及渝西地区南部的山区适用性较差。对于平均累计降水,各插值方法的均方根误差随着降水量的增加而增大,其中最小曲率插值法整体表现最为稳定,最小曲率插值法在渝东南、渝中以及渝西地区最为适用,径向基函数插值法在渝东北地区最为适用。对于降水极值,量级模拟最好的插值方法为径向基函数插值法,位置模拟最好的方法为最小曲率插值法。对于夏季极端降水,最小曲率插值法插值结果与实况最为接近。      

青藏高原东南缘气象要素Anusplin和Cokriging空间插值对比分析

选取地形起伏度巨大的青藏高原东南缘为研究区,利用该研究区96个气象站点,结合高程数据,分别采用Cokriging和Anusplin空间插值方法,获取2010年250 m分辨率的年均温度和年累计降水插值曲面。并采用交叉验证方法对比Anusplin与Cokriging插值精度,分析了误差的空间分布特征,重点对比两种插值曲面差异较大的区域精度优劣,评价两种方法在复杂地区的适用性。结果表明,Anusplin在复杂地表的插值表现优于Cokriging,其中Anusplin气温插值的均方差仅为0.82℃,而Cokriging的均方差为1.45℃;两者的降水插值精度基本一致,但Anusplin在气象要素空间异质性大的区域优于Cokriging。因此,与Cokriging相比,Anusplin更适合青藏高原东南缘复杂地表气象要素空间插值。     

陇西祖厉河流域降水插值方法的对比分析

降水作为五水转化和水量平衡的一个组成部分,在土壤-植被-大气连续体物质与能量转化中起着重要的作用,是分布式水文模型中的重要参量.本研究选择了陇西黄土高原祖厉河流域,采用5种空间插值方法,对该区域降水的时空分布规律进行研究.经分析比较,空间插值法中趋势面方法最佳.趋势面方法经统计模型调整,使得降水模拟精度有所提高.从模拟结果来看:该流域降水呈现明显的纬度地带性分布,自南向北逐渐减少;降水受地形影响较大,海拔高度每降低100 m,降水量平均减少20 mm;流域绝大地区多年平均降水量分布在280～430 mm范围内.该高时空分辨率的降水模拟模型对区域水资源分析及生态环境治理有着重要的意义.     

山地降水的空间分布特征研究综述

降水是影响自然环境基础的因子，是影响气候变化的重要指标，关于降水尤其是山地降水的空间特征研究对防灾减灾和开发利用水资源具有重要意义，本文对山地降水中地形的影响、降水空间分布研究方法以及国内外研究动态进行了综述，认为：对山地降水空间特征的研究必须结合数据本身的特点和空间特性选择合适的插值方法，必须把随机插值方法和确定性方法结合起来，要想进一步减小误差，需要更多的降水数据和更为精准的地图数据。     

基于智能网格降水产品的降尺度释用技术研究

利用空间分辨率为5km的广西智能网格降雨量预报产品以及桂南区域自动气象站降雨量实况资料,采用最邻近点法、双线性插值、双三次插值和统计降尺度方法,研究和评估空间分辨率在1km的格点降雨量插值预报释用技术。结果表明:(1)对于分辨率较高的智能网格预报产品,最邻近点法、双线性插值和双三次插值的预报效果无明显差异,其中最邻近点法的ETS评分和预报偏差略好于其它两种方法;(2)采用一元线性回归的统计降尺度方法比其它3种方法的降水预报能力高,并可以提高强降水的预报评分,对构造更高分辨率的网格预报产品具有一定参考作用。     

基于Shepard和OI方法对雨量计逐时资料的分析

引入地形影响效应的日降水量气候分析场,分别运用Shepard和最优插值(OI)两种插值方法对广东和广西2007年5月20日—8月30日汛期小时雨量计降水量进行插值,得到0.125°×0.125°分辨率的规范化网格资料。结果表明:无论是直接插值还是用降水比率(地形影响效应的日降水量气候分析场)插值,两种方法均能很好地体现广东和广西雨量计站点观测降水的季内变化和日变化特征。虽然用直接插值方法比用降水比率插值方法得到的降水空间分布更为平滑,但估值精度没有用降水比率插值方法高。通过交叉检验进一步表明,总体上OI方法优于Shepard方法,而考虑地形影响效应的降水比率OI方法为最优,能有效提高相关性,并减少均方根误差和系统误差。     

Assessment of interpolated ERA-40 reanalysis temperature and precipitation against observations of the Balkan Peninsula

Due to their ready availability and temporal and spatial consistency, reanalysis data are widely used within the climate community. Nevertheless, higher spatial resolutions are often required and statistical interpolation techniques are applied to increase the data resolution. This work aims to derive a set of high spatial resolution data through three-dimensional interpolation of daily temperature and precipitation. Thin plate spline interpolation has been chosen and used to interpolate ERA-40 temperature and precipitation from a coarse grid (110 km) into a finer one of 1-km spatial resolution. The study evaluates the method by comparing the simulated variables with available in situ meteorological measurements. The chosen stations are distributed over the study region and, most importantly, contain information from a range of altitudes. The results indicate that accounting for the topography in the interpolation process improves the comparisons, with the biggest improvements being evident in the most mountainous areas. The method is found to be better in estimating temperature than precipitation fields. Moreover, the method performs better for maximum temperature in high altitudes and for minimum temperature in low altitudes.     

基于西南地区台站降雨资料空间插值方法的比较

以西南地区1996～2000年93个气象台站观测的月均降雨量为基础,对各月降雨量进行空间自相关性,变异特征等空间分析后,采用反距离加权法(IDW)和以不同变异函数模型(指数模型、球面模型、高斯模型)为基础的普通克里金(O-Kriging)两种方法进行空间插值,通过交叉验证结果对两种方法进行分析比对。结果表明:(1)西南地区月均降雨量存在明显的空间集聚现象,并具有显著的空间自相关性和变异特征,可对该研究区域降雨量进行空间插值研究。(2)在O-Kriging插值时,变异函数选用指数模型的效果最好,球面模型次之,高斯模型最差。(3)两种方法对月均降雨量及其极大值和极小值插值时,O-Kriging的插值误差均小于IDW,插值误差整体上与降雨量呈正相关关系。在剔除各月降雨量极大值较为集中的两个站点后进行插值,插值结果的误差均明显降低。(4)对研究区域整体来说,O-Kriging的插值效果优于IDW,但就单个站点来看,结果并非如此。在降雨量的空间插值中,由于研究区域和时间尺度的不同,并不存在绝对的最优方法,应根据实际应用效果选择最适方法。     

基于台站降水资料对不同空间内插方法的比较

如何把离散的气象台站资料通过合适的空间内插方法转变成规则的网格数据,对于气候变化分析和模拟研究具有重要的意义.作者利用中国区域160个常用台站10年降水观测资料为例,分别采用克里格(Kriging)插值、反距离加权、Delaunay三角剖分线性插值、双谐样条(Biharmonic Spline)插值和Cressman客观分析等几种常见的空间内插方法,较为系统地分析和比较了这几种内插方法插值结果之间的异同,对其优缺点和适用范围进行了适当讨论,并采用不同的网格分辨率和影响半径对Cressman客观分析方法做了进一步分析比较.结果表明:在台站分布密集的区域不同空间内插方法之间差异较小,在台站分布稀疏的区域则差异较大;与更加密集的台站观测资料的比较显示,自动调节影响半径的Cressman客观分析方法与双谐样条插值方法误差相对较小.     

基于小波域高斯尺度混合模型的天气雷达图像高分辨率插值

采用可精确刻画雷达回波强度数据统计特征的小波域高斯尺度混合（GSM）模型作为雷达图像先验模型,进行天气雷达图像插值,在提高图像分辨率的同时有效重建降水回波中局部强回波值、小尺度变化细节等一些重要空间分布统计特征。分析和总结雷达回波强度数据小波频率域统计特点,建立小波域GSM模型;匹配天气雷达图像小波系数和GSM模型,利用贝叶斯理论估计更小尺度的小波系数,进行小波逆变换,完成高分辨率天气雷达图像插值。试验表明,该算法能从低分辨率图像中估计出高分辨率高频系数,且所利用的先验模型充分考虑降水数据本身的特点,可有效捕获降水回波结构的非高斯特征和局部相关特性,重建雷达图像中的局部变化细节。      

区域决策气象服务产品自动化制作关键技术——以自动站小时累加降水量产品为例

文章对气象应急服务业务中区域决策气象服务产品制作技术进行了分析。讨论了自动站小时降水量较小时的格点插值方法,实现了零值自动站插补的实况降水插值方法,经检验,该方法能够有效提高降水量插值准确性和美观度。提出了采用ArcGIS ModelBuilder模型构建技术,及基于ArcObjects开发的逐小时降水量累加组件、气象要素插值组件、图形产品制作组件,结合ArcGIS提供的空间分析组件,建立区域逐小时累加降水数据处理和图形产品制作模型,完成了决策服务图形产品高效率、自动化执行及高精度图形产品输出。