新疆地区年降水量的空间插值方法研究

为提高新疆地区年降水量的空间插值效果,通过增设模拟气象站点、补充实测站点数据空间变异性信息,采用确定性函数和地统计学的综合插值方法进行新疆地区年降水量的空间插值与比较验证分析。结果表明：（1）利用地统计方法分析多年平均降水量的最佳抽样间距,确定气象站点影响区,建立降水量与经纬度、高程、坡度、坡向、NDVI间的多元回归方程,增设模拟气象站点,可以有效增加降水量空间变异信息,显著提高降水量空间插值效果。（2）通过对比发现,反距离加权法（IDW）、复二次径向基函数法（MRBF）和普通克里格法（OK）3种空间插值方法中,MRBF的插值效果最好,是该地区降水空间分布的最适插值方法。（3）在新疆地区采用逐步综合的方法,即以多元回归方法增设模拟气象站点和MRBF进行年降水量空间插值,全面考虑影响因子与空间变异性,去除了多元回归带来的＂边界效应＂,弥补了实测降水量空间信息,得到了具有较高精度的年降水量数据集。     

安徽省气象数据空间插值方法比较与分布特征

以安徽省境内80个气象站点2011—2014年的降水量和2015年的逐日气温数据为基础,结合该区30 m的DEM数据,选取反距离权重加权法（IDW）、径向基函数法（RBF）、普通克里金法（OK）和协同克里金法（CK）对降水和气温数据分别进行了空间插值,并对模拟结果进行了交叉验证。结果表明:考虑了纬度和高程的协同克里金插值效果最好,降水和气温的插值误差排序均为:CK < OK < RBF < IDW,并对插值结果进行分析,发现研究区降水和气温空间分布均呈现由南向北逐渐递减的特点,并与经纬度、高程进行相关系数和回归分析,表明气象要素纬度地带性显著,降水量主要由纬度和高程决定,气温则主要受纬度的影响,月均气温与经度和纬度有一定的季节性规律。     

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。     

基于5变量局部薄盘光滑样条函数的蒸发空间插值

 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,国内外的研究多集中于温度、降水等气象要素,对陆面蒸发空间化研究较少。对黄土高原多沙粗沙区及周围共计53个气象站点(多沙粗沙区30个)蒸发皿测量值EE进行空间插值,以5变量局部薄盘样条函数(经纬度为自变量,净辐射、水气压差和风速为协变量),建立具有多元线性子模型的蒸发插值模型,以ANUSPLIN为实现软件,生成连续21年共252个蒸发表面。交叉验证表明:引入蒸发影响因子作为协变量线性子模型进行表面插值能显著提高插值精度,夏季提高幅度更大,拟合表面具有较高的精确度与平滑度。蒸发随协变量的变率显示,在多沙粗沙区,水气压差是夏季蒸发的主要控制因素,风速对蒸发的影响冬季稍强一些,净辐射的影响没有明显的季节性,只在春分和秋分时节有微小提高。     

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。     

基于GIS的黄土高原气象要素空间插值方法

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降雨量和年均温等气象要素进行空间插值研究。结果表明,对于降水量和年均温来说,地统计学方法优于传统的反距离加权插值、多项式插值和径向基函数插值方法;降水量插值以普通克里金方法最优,对于年均温来说,考虑高程影响的简单协克里金方法优于一般的克里金方法和普通协克里金方法。通过空间插值分别得到黄土高原降水量和年均温分布图,黄土高原年均温和降水量均总体分布呈现西北低、东南高的态势,界限明显;降水量117～721mm,年均温7.0～14.0℃,黄土高原气候以半湿润-半干旱气候为主,适宜农牧业发展。     

不同空间插值方法在区域气温序列中的应用评估:以东北地区为例

建立高精度、长时间序列的气温数据集对研究气候变化、作物生长发育、灾害评估等都有着十分重要的意义。本文以1971-2000年东北地区104个气象站点的气候标准值数据及年值观测资料为基础,利用空间插值方法对该区年平均气温进行插值,并结合参考格点气温数据集,从误差指标、气温特征值及气温时序变化曲线等方面评估时、空尺度上各方法的插值精度。结果表明:空间尺度上,基于局部薄盘光滑样条(PTPSS)函数且以高程为协变量的年平均气温插值结果最优,其均方根误差为0.341℃,平均绝对误差为0.264℃,其次为协同克里格(以高程为协变量),再次为普通克里格;时间尺度上,基于PTPSS以高程为协变量的年平均气温时序曲线与参考格点气温曲线的变化趋势最符合,两个数据集的年平均气温平均值、最大值和最小值时序变化曲线的相关系数均大于0.9。可见,以高程为协变量的局部薄盘光滑样条函数法最适于东北地区年平均气温插值。     

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。     

黑龙江省马铃薯气候生产力特征及区划

利用黑龙江省81个气象站1975-2004年30 a的逐日气象资料及相应插值的网格同期逐日气象资料,采用WOFOST作物生长模型,模拟并分析了马铃薯气候生产力的空间分布特征,同时分析了各地气候生产力影响因素及分布特征;利用气候生产力的距平百分率、变异系数及与气候生产力密切相关的有关生育期的4个气候因子(平均气温、气温日较差、日平均日照时数、降水量),采用动态聚类分析方法,将黑龙江省马铃薯可能种植区初步划分为9类气候栽培区,为充分利用当地气候资源发展马铃薯生产提供参考。     

中国北方苹果主产省降水分布特征分析

利用1970-2017年7个中国苹果主产省及周边210个气象站逐日降水资料和1km分辨率的数字高程数据,采用基于样条函数插值理论的专业气象插值软件ANUSPLIN对降水数据进行空间插值。结合地理信息系统软件Arc GIS和变异系数、气候倾向率等相关数理统计方法,分析苹果主产省的降水时空分布特征;并根据适宜苹果栽培的年降水量区间和苹果主产区降水分布情况探析苹果关键生育期适宜降水量。结果表明:苹果主产省年平均降水量与关键生育期平均降水量均具有南高北低、东高西低的空间分布特征,约51.7%的区域年降水量为500.0～800.0mm,其中,主产区的年降水量基本在500.0～800.0mm。萌芽-幼果期、果实膨大期和着色-成熟期平均降水量对年平均降水量的贡献率分别为0.114～0.385、0.428～0.712和0.000～0.270。研究区降水时间分配与苹果需水规律较吻合,但降水量变异系数较大,基本在0.15以上。从气候倾向率看,大多数区域降水量的变化趋势不显著,除着色-成熟期外,各时段降水量变化通过0.05水平显著性检验的区域不足1.0%。结合苹果主产区和苹果适宜栽培的年降水量值,初步判定苹果萌芽-幼果期、果实膨大期和着色-成熟期的适宜降水量范围分别为66.2～170.2mm、238.4～527.9mm和69.0～200.8mm。     

基于混合地理加权回归与克里格的区域降水量空间插值方法

基于四川省区域范围内144个气象站点的实测降水数据,在综合考虑空间位置、地形等影响因素的基础上,采用改进的回归克里格模型,即混合地理加权回归克里格模型（MGWRK）对四川省年降水量的空间分布进行空间插值,并与普通克里格（OK）、全局回归克里格（GRK）和地理加权回归克里格（GWRK）等模型的插值效果进行对比分析。结果表明：（1）应用逐步回归法筛选确定的用于回归分析的影响因子组合为经度、纬度和坡度,可有效消除解释变量间的多重共线性,为后续的空间插值奠定基础;（2）同一回归变量在地理加权回归（GWR）与全局回归（GR）两种回归模型中的AICc（修正的赤池信息量准则,Corrected Akaike Information Criterion）值之差（ΔAICc）可用于定量判定各回归变量的空间非平稳性类型,据此将变量坡度设为全局变量,经度和纬度设为局部变量进行处理。在此基础上,通过MGWRK模型对四川省年降水量进行空间插值;（3）MGWRK插值模型综合考虑了空间位置、地形等多个影响因素及其与降水相互关系的空间非平稳性特征,相对于传统的OK和GRK法具有更高的插值精度。     

近30年来黑龙江省气候变化特征分析

基于黑龙江省30个气象观测站的农业气象观测资料,利用气候倾向率和累积距平法,分析了1980-2009年黑龙江省年均温和年降水量的时空变化特征,以期揭示黑龙江省近30a来的气候变化规律。结果表明:(1)黑龙江省年平均气温呈上升趋势,气候倾向率为0.55℃/10a,从季节来看,以冬季升温最快,其中又以1月份升温最快(0.86℃/10a);(2)年降水量表现为明显的减少趋势,其中夏、秋2个季节降水减少显著;(3)年均温增温幅度在空间上总体表现为南高北低的趋势;年降水量减少幅度大的区域主要分布在松嫩平原南部和三江平原北部的大部分地区。     

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。     

复杂地形下TRMM降水数据的降尺度研究：以四川省为例

TRMM数据是目前应用最广泛的卫星降水产品,其准确性已得到广泛验证和认可。但其相对较低的空间分辨率制约和阻碍了在各领域的进一步应用。本研究以降水空间分异显著的四川省为例,在综合考虑空间位置、地形等多个影响因素及其空间非平稳性特征的基础上,采用混合地理加权回归（MGWR）与克里格插值（Kriging）相结合的方法,建立一个兼顾多因素空间非平稳性特征的降尺度模型（MGWRK）,对研究区域的TRMM年降水数据进行降尺度研究,并通过41个气象站点的实测数据对不同降尺度方法的结果进行对比验证。结果表明：（1）经过降尺度处理后,TRMM降水数据的空间分辨率从0.25°（约26km）提升至1km,数据的精细程度有了明显提升;（2）MGWRK模型综合运用了空间位置、地形等多个高分辨率的辅助信息,并进一步探究了不同影响因素对TRMM降水影响关系的空间非平稳性类型与特征。从多年平均及两个典型年份的验证结果看,MGWRK法比传统的重采样方法Bilinear法及基于OLS的全局回归克里格法具有更高的精度,降尺度结果的精度更接近TRMM原始数据;（3）构建的降尺度模型兼顾了提升空间分辨率和保持数据精确度两方面的要求,适用于四川省TRMM降水数据的降尺度研究,可为TRMM数据在小尺度的应用研究提供有效的数据支持。     

1959-2007年安徽省降水时空变化特征分析

利用安徽省1959-2007年的逐日降水资料,采用线性回归法、Mann-Kendall法、累积距平法和Morlet小波分析方法,分析了近49a降水变化趋势及变化特征。结果表明,安徽地区夏季和冬季降水有显著的增加趋势(P<0.05),春、秋季和年降水量的变化趋势不显著。全区年降雨日总数有极显著的减小趋势(P<0.01),但暴雨日数却有所增加。雨日总数自南向北递减,但暴雨日数的气候倾向率却有自南向北增加的趋势。全省年降水量和四季降水量大致存在两个主周期的变化,2～4a周期震荡趋势逐渐明显。安徽地区雨日减少,强降水增加,降水有集中化趋势。20世纪90年代中期以后,降水宽幅震荡趋势凸显,不确定性增加,导致旱涝灾害发生可能性增加,会对当地农业生产带来不利影响。     

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.     

基于Logistic回归建立霜自动判识模型

利用安徽省23个典型气象站2003?2017年观测数据,根据无霜日的气象要素阈值条件进行质量控制,在此基础上,构建各气象站基于Logistic回归的霜自动判识模型,并对模型的霜判识效果进行评估。结果表明：（1）通过气温、风速和降水量等气象要素阈值,能够有效判定出安徽各站当日无霜现象;（2）各气象站的霜判识模型均入选了温度、湿度和风速等相关要素作为判识因子,入选要素的时次多集中在4：00?8：00区间;（3）独立样本检验表明,基于Logistic回归的霜判识模型对安徽地区霜的平均判识准确率、命中率、漏判率、空判率和TS评分分别为89.0%、91.6%、8.4%、15.8%和78.2%,表明模型对安徽地区的霜具有较好的判识能力;（4）与Bayes判别模型对比发现,基于Logistic回归的霜判识模型在准确率、空判率和TS评分方面表现更优,可以使用Logistic回归模型实现霜的自动化判识。     

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。