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。     

地理信息在雨量计算中的应用探讨

利用长江上游干流区域的降雨资料,计算流域面雨量,利用所研究区域上的各固定站点地理信息数据可以推求无资料地区的降水状况。并与算术平均法、泰森多边形法的计算结果进行对比分析,以此研究基于地理信息的插值法的面雨量计算方法的适用性,表明加入地理信息的流域面雨量计算方法在所研究区域是合理的。     

不同空间插值方法在阜新地区降水插值的适用性探讨

针对传统面平均降水计算方法很难考虑区域地形对降水的影响,选用可考虑地形影响的两种空间插值方法,结合阜新地区实测雨量数据,探讨各插值方法在阜新地区降水插值的适用性.分析表明:反距离插值方法在阜新地区降雨插值的适用性明显好于克里金方法,适合于阜新山丘较多地区面平均降水及无资料地区降水插值计算.     

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。     

多普勒雷达校正方法在暴雨预警中的应用研究

传统降水空间插值只考虑降雨插值点之间的距离,不能考虑暴雨落区的真实分布。结合多普勒雷达回波数据,通过提取区域雷达回波反射率,来校正降水空间插值,并将校正后的雨量空间数据用于辽宁西部某区域暴雨预警研究中。结果表明:结合雷达反射率分布校正后的降水空间插值结果可很好的反映区域暴雨落区的真实分布,降水空间插值精度较传统方法误差降低3%~5%,且可较好解决传统插值方法的尖点问题。校正后的降水空间插值结果对暴雨预警信号等级具有较高的指导作用,在无雨量站区域指导效果更为明显。     

基于空间插值逐日降水格点数据的福建省降水时空变化分析

构建可靠的高时空分辨率降水数据集,揭示全球变暖背景下的降水时空变化特征,对于水资源管理与水土流失预防与治理至关重要。利用组合空间插值方法,以福建省1979—2018年400余个站点观测逐日降水数据为原始数据源,得到研究区0.05°×0.05°高空间分辨率逐日降水格点数据集。以此数据集为基础,计算8个极端降水指数和3个降水集中程度指标,分析福建省降水时空变化特征。结果表明：提出的组合空间插值方法可以有效提高逐日降水插值精度,并且数据精度高于目前常用的再分析与卫星遥感降水数据产品;福建沿海地区、闽江下游1日最大降水量、5日最大降水量、强降水量、降水总量、降水强度5个极端降水指标有大面积显著上升趋势;全区域降水集中期以鹫峰山脉-闽江下游-戴云山脉一线为界,西北地区早于6月11日,东南地区则晚于6月11日,与福建省前后汛期时段基本相符;西北地区前汛期雨季有后推趋势,东南地区后汛期雨量有增多趋势。     

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。     

基于GIS的大别山区东段雨季降水空间分布模拟

区域降水量是重要的环境变量,区域降水量的研究对区域水资源合理规划与利用具有重要科学价值。依据大别山区东段及附近14个气象台站和8个气候考察站34a雨季降水和风向等气象资料,以及各站点的经纬度、坡向、海拔高度等地理信息,并引进"主风向效应指数",建立大别山区东段雨季降水分布模拟模型。利用GIS技术进行栅格数据的空间分析,模拟大别山区东段降水空间分布。模拟结果表明,(1)针对不同区域特点,适当增加有效的地形和气象因子参与插值,可以提高山区降水模拟精度,大别山区东段雨季的逐月、夏季和雨季降水空间分布模拟相对误差均小于10%;(2)大别山区东段南北坡雨量分布具有明显的时空变化,边界层山地的扰动作用对降水量分布影响明显,雨量的南北坡的季节变化与大气环流的季节变化一致。     

黄土高原降水计算插值与插值计算结果的对比分析

收集黄土高原及周边地区74个气象站1952—2001年降水数据,用ArcGIS9.3普通克里金（ordinary kriging）插值法采用计算插值（calculate then interpolate,CI）和插值计算（interpolate then calculate,IC）的方法生成黄土高原地区1952—2001年50 a平均年降水量和年降水量线性趋势系数空间分布表面,并对其进行统计分析和地形分析。结果表明：1）从插值结果统计值看,CII、C法生成的黄土高原地区50 a平均年降水量和线性趋势系数空间分布表面平均值分别为421.65、421.56 mm和-0.541 0、-0.423 1 mm/a,相似系数分别为99.78%和95.99%,二者一致性良好;2）从插值结果表面光滑度看,IC法稍优于CI法,借用地形分析对生成表面进行坡度、坡向运算,可作为评价表面光滑度、空间数量变化特征和空间方向变化特征的直观方法;3）黄土高原地区50 a平均年降水量具有东南多西北少、南多北少、东多西少的分布规律,其中服从东南西北、南北和东西方向递减的地带性分布规律区域占黄土高原地区面积的89.34%,非地带性分布规律区域占10.66%;4）CI和IC法计算的黄土高原地区1952—2001年降水线性趋势系数平均-0.541 0和-0.423 1 mm/a,黄土高原地区年降水量有明显减少趋势。     

湖南复杂地形下日平均气温空间插值方法探讨

基于湖南省97个常规地面气象台站1961-2008年逐日的日平均气温资料,对湖南复杂地形下日平均气温空间插值方法进行探讨。采用考虑海拔影响下的反距离法等6种空间插值方法进行500m×500m格距的小网格推算,对多种插值结果的误差进行了交叉检验,同时利用2007-2008年湖南省1215个自动气象站的观测资料进行误差检验,并对不同时间段、不同区域、不同地形下的各插值方法进行了对比分析。结果表明：各空间插值方法的计算结果基本接近,但是要避免使用易导致＂牛眼＂现象的IDWE等方法;在海拔高度500m以下时,除了SFE各方法误差接近,500m以上时,以IDWGE方法最优;在湘西山区以KRGE方法的空间插值较优,湘东山区以IDWGE方法误差最小。在冬半年以MRG方法误差小,夏半年以KRGE方法误差小。相对于传统的采用界限温度的初终日进行直接插值,对逐日平均气温插值后再推算界限温度的初终日,物理意义明确,计算结果更接近于实际值。研究结果可为湖南精细化农业气候区划提供高时空分辨率的网格资料。     

1961-2015年吉林省降雨侵蚀力的时空变化特征

[目的]分析吉林省1961-2015年降雨侵蚀力的时空变化趋势,为该省的农业和生态保护、水土保持等工作提供科学依据.[方法]利用吉林省46个自动气象站1961-2015年逐日降雨量资料估算吉林省逐气象站的降雨侵蚀力,并采用相关系数、气候倾向率和反距离空间插值方法分析吉林省降雨侵蚀力的时空变化趋势.[结果]吉林省年平均降雨侵蚀力在空间分布上从集安开始呈向西北和东北逐渐递减的变化趋势,其空间分布特征与年平均降水量的空间分布特征基本一致.时间分布上与多年平均降水量的时间分布特征具有高度一致性,在7月达到峰值.有34.8％的气象站点降雨侵蚀力呈上升趋势,中、西部大部分地区呈下降趋势,东部有1/2以上呈上升趋势,但只有长白站的下降趋势通过显著性检验.不同地区各年代平均降雨侵蚀力变化也不一致,具有波动性.不同年代各降雨侵蚀力等值线在空间分布上总体变化不大.[结论]吉林省降雨侵蚀力在时空变化上与降水量一致,不同地区降雨侵蚀力变化趋势不一样,几乎没有通过显著性检验.     

淮河流域不同量级降雨时空分布特征及其影响因素

采用淮河流域1965—2016年67个气象站点52 a的逐日降水资料,应用Mann-Kendall趋势检验法、反距离权重插值法和Morlet小波分析法,研究了不同量级降雨时空分布特征及其影响因素。结果表明:（1）淮河流域各量级降雨的年降水量均呈增大趋势,其中暴雨的年降水量年际变化波动相对较大。（2）整个淮河流域的降雨以中、大和暴雨为主,且比较集中。（3）淮河流域小雨和中雨的年降水量由南向北的递减较为平均,各级雨量带呈条带状分布,而大雨和暴雨的各级雨量带无条带状分布的规律。此外,不同量级降雨的降水日数和降水量空间分布一致,均具有“由南向北,依次递减”的特点。（4）1965—2016年,太阳黑子出现极值的年份与淮河流域各量级降雨的降水量极值年份并不完全对应。淮河流域暴雨的年降水量和太阳黑子数都在15 a左右尺度上震荡明显,虽然尺度上不能完全对应,但有交叉,说明暴雨的年降水量和太阳黑子数存在相似的振荡周期变化。     

近52年黑龙江省不同级别降水特征分析

利用黑龙江省28个气象站点1959—2010年逐日降水资料,采用气候倾向率、ArcGIS中的反距离加权插值等方法分析了黑龙江省不同级别降水日数、降水量和降水强度的气候特征及变化趋势。结果表明:近52a来,黑龙江省年平均降水量呈微弱的减少趋势,雨量的减少主要是由于夏季微雨和小雨雨量显著减少;降水强度呈显著减弱趋势,主要是源于微雨和小雨降水强度的减少;年雨日数及四季(夏季除外)的雨日数均呈增加趋势。雨日的增加主要是由于微雨、小雨及中雨日数显著增加;降水量空间分布特征总体表现为中部最多,南部其次,西部和北部相对较少。     

中国降雨侵蚀力的时空分布及重现期研究

降雨侵蚀力是土壤侵蚀模型USLE的一个重要因子。基于中国中东部水蚀区18个气象站1961(1971)-2000年逐分钟降水数据和全国范围内774个气象站1961-2016年逐日降水数据,采用克里金插值方法,得到全国多年平均年、多年平均24个半月、不同重现期年和次侵蚀力空间分布特征,可满足USLE模型对侵蚀力因子相关参数输入的要求。交叉验证结果表明:以上所有指标的空间插值模型精度较好,模型有效系数NSE不低于0.74,偏差百分比PBIAS低于1%,均方根误差与观测值标准差的比值RSR小于等于0.51。侵蚀力年内变化曲线具有较好的区域相似性,使用K均值聚类分析方法将中国侵蚀力年内变化特征划分为4个区域,每个区域概化出一条侵蚀力年内变化曲线。     

近60年关中-天水经济区降水量特征分析

降水等气候要素变化将会影响农业生产。采用传统统计、空间插值和距平累积分析等方法,对关中—天水经济区及其周边26个代表性气象站点1951—2009年59a系列的降水实测资料进行了分析。结果表明:(1)降水量从西北向东南递增,不同的降雨强度在各年代分布不均,并且降水日数与降水量变化不完全一致。(2)1950s—1970s降水量减少,1980s后降水量增加,进入1990s后,降水量又开始减少,2000年后降水量略有增加。(3)降水量变化特征大致可分为3个阶段。大部分站点年降水量1968年或1975年以前高于多年平均降水量,1968—1990年或1975—1990年期间,年降水量围绕多年平均降水量震荡,1990年后,降水量普遍低于多年平均值。     

基于GIS的降雨侵蚀力计算器实现研究

降雨侵蚀力是土壤流失模型的一个基本因子,在收集和处理降雨数据时耗时耗力,且以文本格式保存的降雨数据存在诸多缺失问题。为此,将逐日、半月、累月及累年降雨侵蚀力计算模型与组件式GIS平台ArcGIS Engine及.NET平台结合,开发一种降雨侵蚀力因子计算器,并利用多种空间插值方法对数据进行不同的空间插值。结果表明:该计算器可快速、有效地的管理数据;对计算的降雨侵蚀力数据,使用插值方法可获得栅格数据,且能进一步进行单一或批量掩膜、重采样;同时也可对降雨侵蚀力因子进行统计分析、专题图制作等。为结果的可视化及保存提供应用基础。     

沂河流域1961-2010年降雨侵蚀力时空分布特征

[目的]分析沂河流域近50 a的降雨量和降雨侵蚀力的时空变化特征,为流域水土流失防治及土地利用合理规划等工作提供参考.[方法]利用沂河流域及周边12个气象站1961-2010年的日降雨数据,基于日降雨信息的月降雨侵蚀力模型计算流域多年平均降雨侵蚀力,采用Mann-Kendall非参数检验法及析取Kriging内插法分析流域降雨量和降雨侵蚀力的时空变化特征.[结果]沂河流域降雨量和降雨侵蚀力空间分布上呈现出由西南向北逐级递减的变化趋势.多年平均降雨量为789.41 mm,多年平均降雨侵蚀力为2 626.09(MJ·mm)/(hm2·h·a),两者都在1965年产生突变;降雨量和降雨侵蚀力年内分布主要集中在夏季(6-8月),分别占全年比例的63.02％和71.22％,二者最大值都出现在7月,且秋季对流域多年降雨量的减少趋势贡献最多,夏季的降雨侵蚀力上升幅度最大.[结论]沂河流域的降雨量和降雨侵蚀力空间分布趋势相似,不同月份的降雨量与降雨侵蚀力差异不同.     

黄土高原南部降雨侵蚀力试验研究

基于Wischimeier关于降雨侵蚀力R=EI30的经典算法,以黄土高原南部杨凌天然降雨为研究对象,较详细地分析了一次降雨过程雨滴大小分布;拟合了雨滴中数直径、降雨动能与降雨强度的关系;分别以EI10、EI30、EI60为降雨侵蚀力R指标,计算了该地区6-9月降雨侵蚀力大小,研究分析了降雨侵蚀力与降雨量之间的关系。得出以下结论:雨滴大小分布满足Best提出的分布式;雨滴中数直径反映次降雨过程中雨滴大小的总体趋势,与降雨强度关系密切,其关系式可表示为D50=2.25I0.21;降雨动能由降落雨滴从高空下落而具有的能量,以及与雨滴直径和下落速度有直接关系,得出降雨动能与降雨强度的关系式为E=26.57I0.28;杨凌区降雨量多集中于6-10月,月降雨侵蚀力分布随着月降雨量变化而变化;3种R指标计算的降雨侵蚀力值,EI10>EI30>EI60,且3种指标计算结果与CREAMS月雨量经验模型的相对偏差中,EI10与其相对偏差最小,但波动幅度较大,EI30与其相对偏差居中,但相对较稳定,分析得出EI10更适用于短阵型降雨,EI30适用于普通型降雨。基于上述理论,本研究旨在为今后建立黄土高原南部地区降雨侵蚀力简易计算模型提供理论依据。