基于GIS的西秦岭地区降水量空间插值方法探讨

以西秦岭地区周边77个气象站1971—2000年平均降水量为数据源,选取反距离加权法(IDW法)、综合插值法、泛克里金法(UK法)、回归克里金法(RK法)等4种内插方法,探讨了西秦岭地区降水量最佳插值方法的选取。交叉验证结果表明:4种插值方法的精度,IDW法综合插值法UK法RK法,因此西秦岭地区降水量的空间插值用RK法效果最好。     

山区县域尺度降水量空间插值方法比较

随着空间降水信息需求的日益增加，降水的空间插值已被广泛应用，而不同的插值方法因不同的地区和研究目的产生不同的效果。该文以浙江省淳安县为例，选取17个站点1959～2000年多年平均和月均降水资料，在地统计学和地理信息系统(GIS)支持下，结合一些地形地理因子，采用多种插值方法对研究区降水量进行了空间插值研究，分析不同插值方法对研究区的适用性和精度，并对模拟的空间降水量图像进行了比较。通过3个检验站点的插值误差的比较，混合插值法，即回归克里金插值法误差最小，效果最好。     

近50年重庆市气象干旱时空分布特征研究

根据重庆市34个气象站点1960—2009年的气温、降水、日照时数等诸多气象因子观测资料,利用相对湿润指数法对重庆市近50年的气象干旱频率和干旱强度进行统计分析。通过ArcGIS空间插值、滑动t检验以及小波分析等方法分析了重庆市干旱频率和干旱强度的空间分布、突变年和振荡周期。结果表明:(1)近50年重庆市年、春、夏、伏、秋、冬干旱频率和干旱强度均呈现出明显的区域差异,干旱频率和强度均是冬季最高,夏季最低;(2)经滑动t检验发现,重庆市年干旱频率突变点为1982年前后的由多变少,年干旱强度突变点为1978年前后的由弱变强,其他季节各有不同;(3)重庆市年及各季节的干旱频率和干旱强度各具有不同的振荡周期。     

黄土高原中游降雨量的空间插值方法研究

在地统计学和地理信息系统支持下,采用多种插值方法对黄土高原中游降水量进行了空间插值研究.结果表明:地统计学方法优于传统的反距离加权插值法、径向基函数插值法,对不同数目气象站点的插值相对误差较稳定.通过空间插值得到了黄土高原中游降雨量分布图,由该降水量分布图可知,黄土高原中游降雨量总体呈现西北低、东南高的态势,界限很明显.     

不同插值方法模拟四川省逐月降水量的对比分析

我国西部地区气象观测点较少,致使一些地区的降水信息无法直接获取,采用空间插值方法来推测相邻地区的降水量是重要手段之一。针对四川地区观测点少的现状,结合空间分辨率为90m×90m的数字高程数据(DEM),分别采用常规反距离加权插值(IDW)、考虑各点高程的反距离加权插值(IDW)、局部多项式(LPI)、普通克里金(OK)、协同克里金(CK)对每个月降水量和1年平均每月降水量进行插值,并采用交叉检验法来验证插值结果,将平均误差(MAE)和均方根误差(RMS)作为评估插值效果的标准。结果表明:考虑高程的IDW插值误差小于常规IDW,可明显提高插值精度,克里金方法平均误差和均方根误差较小,优于反距离加权和局部多项式插值,在两种克里金方法中,与数字高程模型结合的CK方法的插值效果更好,更加适合四川省山区地形降水量数据的插值。     

基于GIS的新疆降水空间插值方法分析

随着空间降水信息需求的日益增加,降水的空间插值已被广泛应用,而不同的插值方法因不同的地区和研究目的产生不同的效果。采用新疆18个国家基本站点1957-2000年的日平均降水数据,应用地信软件ArcGIS中的地统计学模块进行空间降水插值实验,分别采用反距离加权法和克里格方法探讨了新疆降水的空间分布,分析发现:两种插值方法在分析区域降水空间分布方面各有优缺点,在整体分析上,克里格插值法要优于反距离加权法,但在局部地区的分析上,反距离加权法插值结果较为理想。     

信阳市气温实况插值方法比较研究

重点分析了气温空间插值方法中的反距离权重法、克里格插值法和样条插值法三种方法,并分别用这3种方法探讨信阳年平均气温的空间分布,通过分析得出克里格插法在信阳市年平均气温分布研究中最优。这3种插值分析法的应用时不仅要考虑站点的温度、地理位置等信息,还要针对不同站点的温度和地形、地理等之间的特征,综合考虑多种影响因子,以期提高精度。     

土壤养分空间分析的局部随机法研究

土壤养分空间分布的研究对作物的产量分析、施肥控制、环境保护及土地质量评价有非常重要的作用。建立合理有效的土壤空间养分分布图,可以为土地管理、决策分析提供科学有效的依据。目前在进行土壤养分空间分析的过程中,常采用传统的插值方法:反距离插值法、样条插值法和Kriging插值法等[1,2]。但是在使用这些插值方法的过程中,往往人为地预先假定该研究参数在空间分布上服从某种规律,如反距离插值法中的距离因子或者样条插值法中的样条函数。因此,利用这些传统的插值方法所预测的分布图,所代表的只是土壤养分分布的一种可能性或者某种比较好的估计[3,4]。而且这些方法预测结果往往过于平滑,不能反映土壤养分的实际分布特     

不同气象插值方法精度评估及对草地NPP估算的影响

以2000—2015年宁夏境内及周边14个气象站点的年均气温及年总降水量为数据基础,分别利用反距离权重法(IDW)、样条函数法、Anusplin插值法对气象数据进行了空间插值并交叉检验,将不同方法插值获取的气象要素空间栅格数据作为模型驱动参数输入CASA模型,研究了气象要素不同插值方法对草地NPP估算精度的影响。结果表明:(1)3种插值法中Anusplin插值法在宁夏区域内气象要素插值的误差最小,精度最高,反距离权重法误差最大,在气温插值中表现最为明显;(2)通过实测数据的检验,CASA模型在宁夏草地NPP估算当中适用性强,模拟的年总NPP空间分布格局与实际情况相符,模拟数据可靠;(3)在不同草地类型的NPP估算中,引用MOD17A3NPP数据作为验证数据对比发现基于Anusplin的气象要素插值数据及CASA模型模拟的NPP一定程度上提高了NPP估算精度,其在干草原、灌丛草原、干荒漠类草原及荒漠草原的估算中精度较高,而在沼泽类和山地草甸的估算效果欠佳,其估算精度有待提高。     

降水量空间插值方法在小样本区域的比较研究

针对降水量观测点数量少的小样本区域,寻求适合本区域的降水量空间插值方法,采用已知观测点降水量数据对待估点降水量进行预测,得到可信度较高的降水量预测结果,对指导当地生产生活具有十分重要的意义。在分析美国Upper Sangamon流域9个站点的72个月月降水量数据的基础上,比较了基于ArcGIS的普通克里金法、反距离权重法、样条函数法、趋势面法4种空间插值方法的插值结果与观测数据,分析了降水量空间插值方法对内插点和外推点的插值精度及应用不同插值方法时观测点数量对插值精度的影响。结果表明:反距离权重法较优于其他3种空间插值方法。空间插值精度随观测点数量变化而变化,对于按照距待估点距离由远及近减少观测点的选点方法,反距离权重法插值精度较高,受观测点数量影响较小,样条函数法与趋势面法受观测点数量影响较大,普通克里金法处于两者之间。     

流域水文模型中面雨量的空间插值

以汉江褒河流域上游的江口地区为例,对流域水文模型中子流域面雨量的空间插值方法进行了比较,并应用三水源新安江模型对江口流域的日流量过程进行了模拟,模拟结果表明,在利用一般的面雨量处理方法,反距离加权法（IDW）,克立格插值法（Kriging）及引入面积权重的泰森多边形面雨量处理方法等4种方法中,引入面积权重的泰森多边形面雨量处理方法取得了较其它三种方法更好的精度,在面雨量的处理上这种方法具有一定的优势。     

气候变化背景下淮河流域干旱演变特征

[目的]淮河流域是我国主要的粮食生产基地,明晰流域内干旱演变特征及其极端性对科学开展旱灾防御治理具有重要作用。[方法]基于淮河流域1971—2015年降水数据,计算3个月时间尺度的标准化降水指数(SPI),结合反距离权重空间插值法、气候倾向率、游程理论对干旱时空演变特征及其特征变量进行了分析。[结果](1)四季中,春、秋季呈干旱化发展趋势,且秋季速率明显大于春季,夏、冬季呈湿润化趋势,夏季速率大于冬季。(2)全区各季平均干旱频率均在30%左右。空间上,春季流域北部湿润化,南部干旱化;夏季流域北部干旱化,南部湿润化;秋季大部分地区气候倾向率为负值,正值区仅在江苏北部出现;冬季大部分地区呈湿润化趋势。(3)干旱特征变量中,干旱历时与干旱次数的空间分布特征相反;烈度峰值高值区与干旱历时、干旱烈度在流域东北部空间分布较为一致;流域东南部烈度峰值高值区较干旱历时和干旱烈度向东南部略有偏移。[结论]流域内秋季干旱化趋势明显,冬季呈湿润化发展,春夏季干旱演变存在地区差异,区域内干旱呈现极端化发展趋势。     

绿洲土壤表层含盐量空间变异分析的插值方法研究

为了比较土壤表层含盐量空间变异性研究的各种空间插值方法的优劣,以渭库绿洲为例,运用基于ArcGIS的4种空间插值方法（反距离加权、样条函数、克里格、协同克里格空间插值方法）,分析了土壤表层含盐量的空间变异性。并通过分析各个交叉检验统计量来验证评估数据的误差,从而选取最优的空间插值方法。结果表明:4种插值方法的插值结果基本能反映含盐量的空间分布特征,简单克里格法更适合绿洲表层土壤含盐量的空间插值;通过空间插值可以发现表层土壤含盐量呈现出东南高、西北低的态势。对渭库绿洲土壤盐分空间分布特征及空间变异进行了解,有利于土壤盐渍化的快速诊断,是盐渍化土壤治理和改良的重要基础。     

安徽省降水量空间插值研究

高分辨率、栅格化的气候数据作为环境因子是地学模型和气候模型等相关研究的重要参数,而空间插值是获取降水量空间信息的重要途径。然而在众多空间插值方法中,并没有绝对最优的空间插值方法,只有特定条件下的最优方法。采用安徽省境内的66个气象站点及周边75个气象站点的年降水量数据,选取常用的6种空间插值方法对安徽省年降水量进行了空间化,综合分析得出安徽省降水量的空间插值方法误差顺序为:RBF＜IDW＜Kriging＜Cokriging＜LP＜GP。     

淮河流域地表干湿变化的时空分布特征

以淮河流域为研究对象,结合淮河流域35个气象站点1961—2013年的逐日降水量观测数据与流域地表气象数据,运用Penman-Monteith公式计算得到淮河流域的潜在蒸散量及相对湿度指数,并用Matlab软件的小波函数进行周期分析及Mann-Kendall趋势分析,研究近53年来淮河流域地表干湿变化的时间变化特征。同时借助Arc GIS平台,通过反距离权重法插值,研究淮河流域的降水量、潜在蒸散量和相对湿度指数的空间分布特征。结果表明,在时间分布上,近53年来淮河流域的降水量和相对湿度指数均呈现微弱上升趋势,而潜在蒸散量呈下降趋势;在空间分布上,潜在蒸散量表现为淮河地区北部高于南部,而相对湿度指数和降水量则均表现为淮河地区南部高于北部。     

基于机器学习融合多源遥感数据模拟SPEI监测山东干旱

以山东省为研究区,选择偏差校正随机森林BRF（Bias-corrected random forest）,支持向量回归SVR（Support vector regression）和Cubist模型三种机器学习方法融合多影响因子模拟3个月时间尺度的标准化降水蒸散指数SPEI-3,以期为精确监测山东地区干旱提供一种方法。将2001−2017年23个站点的SPEI-3值作为因变量,多源遥感数据包括降水量、地表温度、蒸散发、潜在蒸散发、归一化植被指数以及土壤湿度六类7个影响因子作为自变量,自变量和因变量构成数据集的80%作为训练集,20%作为测试集。根据BRF模型得到研究区各个站点的模拟值以及各影响因子的相对重要性,绘制SPEI-3的空间分布图,并进行验证。结果表明,综合因子比单一因子模拟效果好,BRF模型测试集中的模拟值和观测值的决定系数R2达到了0.856,均方根误差RMSE为0.359,BRF模型能较好模拟站点SPEI-3值。大部分站点模拟值与观测值反映的干旱趋势一致,反映站点不同程度旱情的月份个数基本相同。此外,BRF模型模拟的SPEI-3的空间分布与站点SPEI-3观测值表现的干旱程度基本一致,且SPEI-3空间分布站点之外栅格数据也可以较准确地反映旱情,说明根据BRF模型可在站点和空间尺度上较精确地监测山东地区干旱情况。     

1960-2011年西南地区干旱时空格局分析

基于西南地区130个气象站1960-2011年气象资料,计算了各站不同时间尺度的标准化降水指数(SPI),并采用Mann-Kendall趋势分析法和反距离加权插值等方法,分析了该区近52a以来干旱发生的时空变化特征。结果表明:(1)各区域干旱存在明显的年际变化波动且线性变化趋势较为显著,近12a来干旱次数明显增多。大部分区域干旱指数在春夏秋季均呈减少趋势,秋季最为明显,冬季反之。(2)空间分布方面,横断山地、广西丘陵、四川盆地东部和贵州高原南部春旱频率较高。夏旱主要发生在横断山地北部,若尔盖高原,四川盆地的西部和南部,云南高原中部和广西丘陵。云南高原南部,横断山地西南部,贵州高原和广西丘陵的秋旱频率较高。冬季干旱频率高值区主要集中在若尔盖高原、四川盆地西南部一带。     

融合IDA-GRU和IIDW的水产养殖溶解氧时空预测模型

为了提高大面积水产养殖中养殖效率、降低养殖风险、提高溶解氧（dissolved oxygen，DO）时空预测精度，该研究基于双重注意力机制改进的门控循环单元（improved gated recurrent unit based on dual attention mechanism，IDA-GRU）和改进逆距离加权插值算法（improved inverse distance weighting interpolation algorithm，IIDW），提出了一种改进的水产养殖溶解氧时空预测模型。首先在门控循环单元（gated recurrent unit，GRU）的基础上，引入特征和时间双重注意力机制（dual attention，DA），实现溶解氧时间序列预测，其中特征注意力机制实时计算各环境特征的贡献率，不断修正各环境特征的权重，时间特征注意力机制自主地提取关键历史时刻信息；然后在溶解氧时间序列的基础上，利用IIDW算法实现溶解氧空间预测，该算法中提出的距离权重校正系数，能够实时调整插值权重。最后，在上海城市电力公司数字化生态养殖基地对该模型进行了试验验证。试验结果表明，对于溶解氧时间序列预测，该研究提出的IDA-GRU模型评价指标均方误差、均方根误差、平均绝对误差分别为0.0687、0.2621和0.2051，优于对比模型；对于溶解氧空间预测，该研究提出的IIDW算法，其均方误差、均方根误差、平均绝对误差分别为 0.2088 、 0.4570 和 0.3835 ，均优于对比算法。该研究提出的模型提高了溶解氧时空预测精度，对提升大面积水产养殖防灾能力，实现水质智能化调控具有重要的推动作用。     

基于多元线性回归模型和Anusplin的秦巴山区≥10℃积温空间模拟比较

为获取山区准确的高精度空间积温数据,采用高精度的气象插值软件Anusplin和多元线性回归模型两种方法,模拟山区≥10℃积温的空间分布,为山区积温空间模拟提供解决方法。以地形起伏较大的秦巴山区作为研究区,选用研究区内69个气象站点及其周边22个气象站点1960—2019年的逐日平均气温实测数据,采用Anusplin和多元线性回归模型两种方法,模拟了秦巴山区30 m分辨率≥10℃积温的空间分布。通过对预留气象站点实测数据进行验证,评价了两种方法在山区积温空间分布模拟复杂性问题中的适用性。结果表明:基于Anusplin的≥10℃积温的空间模拟方法较多元线性回归模型插值精度略高。即基于Anusplin的空间模拟方法能更真实地反映山区积温的空间分布情况,体现了海拔、经纬度对积温的影响,能更好地模拟复杂山区高精度的积温数据,为山区积温空间模拟提供了新的选择方法。