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。     

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。     

人工增雨作业中区域雨量估算方法的探讨

利用Surfer 8软件的插值法对估算人工增雨作业区域平均雨量进行二次开发,探讨不同属性降水在不同插值法下的雨量分布结果和同一插值法下不同网格距下的雨量分布结果.结果表明,对流性降水的雨量插值方法首选径向基本甬数法,混合性降水则以最小曲率法为佳;对流性降水和混合性降水的雨量分布插值网格距以0.1°×0.1°为准;距离平方反比法的区域平均雨量估算值不受网格距变化影响,但明显比算术平均法小;对于对流性降水,另4种插值法在网格距为0.1°×0.1°以下的估箅值均比算术平均法小,而对混合性降水另4种插值法的区域平均雨量估算结果基本不受网格距变化影响,且与算术平均法基本相当.     

近59年来贵州省不同地貌类型的降水变化特征

为了解和分析贵州省气候变化的特征，以期为当地的生态旅游发展规划、环境保护和灾害防治提供参考，根据1960—2018年贵州省17个气象站的月降水数据，运用线性倾向估计法、滑动平均法及反距离权重插值的方法，对贵州省59年不同地貌类型降水的时空变化进行研究，并采用有序聚类法和Mann—Kendall法对降水量进行突变性检验。结果表明：贵州省59年降水趋势系数为-0.102，表明全省降水量总体呈下降趋势。岩溶峡谷和非喀斯特区的年均降水量虽递增，但增加的趋势并不显著。其他4个地貌区（岩溶槽谷、峰丛洼地、岩溶高原和岩溶盆地）的年降水量均呈下降趋势，其中下降趋势最显著的是岩溶盆地，其递减速率为-37.57 mm/10 a，是其他3个地区的1.37~2.25倍。全年降水倾向率为-16.50 mm/10 a，降水倾向率在空间上呈现由东北向西南逐渐减小的趋势。全省秋季、冬季的降水量呈波动上升，而春季、夏季的降水量呈下降趋势，年降水日数和最大日降水量均呈递减趋势，在20世纪80年代以后，平均最大日降水量下降至60年代的1/10左右。此外，非喀斯特区和岩溶高原年均降水量在1985—1986年左右发生突变，岩溶峡谷、岩溶槽谷、峰丛洼地的年平均降水量无突变现象，岩溶盆地约在2001年发生突变。     

基于贵州高原地貌分区的降水时空异质性特征

为探究贵州省高原山区不同地貌类型单元的降水时空异质性特征及其规律,利用贵州省19个气象站点1951—2018年共68 a的降水量、气温、湿度等数据,充分考虑不同海拔、经度与纬度对降水的影响,采用Mann-Kendall非参数突变检测、滑动平均与距平累积、反距离权重插值法等方法分析不同地貌类型区的降水及各影响因子的时空分布特征。结果表明:(1)贵州省降水总体呈下降态势,长时间序列下气温升温趋势较明显,相对湿度下降速率大于降水下降速率,降水与气温呈正相关;(2)非喀斯特地区降水呈微弱的上升趋势,其他5种地貌区降水均呈下降趋势,下降速率大小为:岩溶断陷盆地岩溶高原岩溶峡谷岩溶槽谷峰丛洼地;(3)岩溶峡谷区多年间降水量整体处于平均值以上,降水较丰沛,没有明显的枯水期;其余5种地貌总体上有1967—1980年与1993—2000年两个丰水期,1951—1960年、1985—1992年和2005—2018年3个枯水期;(4)除峰丛洼地无明显突变点外,非喀斯特(2013年)、岩溶槽谷(1984年)、岩溶断陷盆地(1986年)、岩溶高原(1980年)、岩溶峡谷(1986年)发生显著突变;(5)降水在空间特征上与经度呈正相关,与纬度和海拔呈负相关,不同地貌单元上降水空间分布特征为:岩溶高原岩溶峡谷岩溶槽谷非喀峰丛洼地岩溶断陷盆地。掌握不同地貌区降水时空特征及其变化规律,可为降水引起的自然灾害预警提供科学依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

黑龙江省近50年降水变化趋势及空间分布特征

依据黑龙江省呼玛、孙吴、齐齐哈尔、富锦、安达、哈尔滨、鸡西和牡丹江8个气象站1960—2012年的降水资料,运用线性回归、Mann-Kendall秩相关检验法和GIS空间插值等方法,分析该区近50多年来降水变化趋势和空间分布特征。结果表明:1)黑龙江省年代际降水表现为2降1升或2升1降30 a左右的周期,且从2012年开始转为多水期;2)除齐齐哈尔、呼玛站和安达站外,多年平均降水量在500 mm以上,降水集中在夏季,约占全年的64%,所有站点多年平均月降水量均呈现单峰曲线变化;3)仅孙吴和鸡西站年降水量呈显著减少趋势;4)多年降水空间分布以孙吴站和牡丹江为中心向周围递减,春季空间分布与多年降水空间分布较为一致;5)黑龙江省南部和北部年降水量均发生2次突变,分别为20世纪80年代初中期和21世纪初期,东、西部不存在明显的突变。研究结果可为该区的降水研究、水资源配置和生产实践等提供参考。     

西南复杂山地农业气候要素空间插值方法比较

用反距离加权法、普通克里格法、薄盘光滑样条函数法三种空间插值方法,对西南地区复杂山地92个气象站点30a(1971-2000年)的温度、降水和相对湿度月平均资料进行分辨率为1.0km×1.0km的空间插值,并进行了交叉验证和随机站点验证.结果表明:薄盘光滑样条函数法的插值精度最优,特别是温度和降水的效果尤其明显;对于三种插值方法,相对湿度的插值精度在夏季差异不明显.在样本数选取上,样本数的增加使温度和湿度的插值精度有较大提高,但对降水插值精度的影响不明显.     

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。     

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。     

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.     

基于GIS的重庆市复杂地形干旱精细化空间分布

利用ArcGIS结合数字高程模型DEM（1：25万）,在分析地理因子对干旱分布影响的同时,考虑了降水量对干旱分布的影响;针对不同时段降水量对干旱影响的差异,选择关键时段降水量,结合地理因子建立了各季节干旱分布的回归统计模型;使用该模型计算了重庆市各季节干旱频率的空间分布。为了对模型计算结果进行验证,本文还采用常用的反距离平方插值法对干旱频率进行空间插值,并将插值结果和回归统计结果与实际观测值进行比较6结果表明：综合考虑降水和地理因子的回归统计方法要明显优于反距离平方插值法,能够较好地反映重庆市复杂地形下干旱频率的空间分布趋势。     

1952—2017年出山店水库上游降水时空变化

为了探究出山店水库上游流域近65 a来降水的时空变化特征,基于出山店水库上游流域13个雨量站1952—2017年的逐日降水资料,运用气候倾向率法、Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析和反距离权重IDW插值法等多种方法,研究了降水的年际变化、周期性与空间分布特征。结果表明:(1)流域1952—2017年多年平均降水量为1 028.3 mm,年降水量的气候倾向率为-20 mm/10 a(p<0.05),呈显著下降趋势,从季节上看,春、夏、冬降水随时间变化呈现减少趋势,秋季的降水呈现增加趋势;(2)年降水量呈现南高北低的空间分布,而年降水量的气候倾向率的变化趋势则与之相反;(3)流域降水量变化呈现20 a左右的第一主周期,同时流域的周期性变化也存在一定的空间分布特征。近65 a来,出山店水库上游年降水量变化趋势为先增加后减少,在整个时间域上有显著的下降趋势,并呈现20 a左右的周期性变化。     

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EOF和小波分析的山东省年降水时空变化特征

为了探究山东省年降水量的时空变化特征,根据山东省29个国家基本、基准地面气象观测站1980—2019年逐月降水资料,通过经验正交分解(EOF)、小波分析等方法对山东省年降水量变化特征进行了分析探讨。结果表明:山东省年降水量介于507.0～1 047.4 mm,大体上由东南向西北递减; 山东省年降水场主要具有2种模态,4种表现类型,分别为全省多雨型,全省少雨型,东南部降水偏多、西北部降水偏少型以及东南部降水偏少、西北部降水偏多型,山东省40 a来降水场表现出4种类型的年份数分别为12,12,2,4 a,4种降水类型分布年份实况验证的准确率达到96.7%; 山东省年降水量存在3～9 a的年际变化周期,以及15～32 a的年代际变化周期,其中主周期为28,18,4,7 a,分别经历了大约2,3,15,8.5个丰—枯转换期。综上,山东省年降水量由东南逐渐向西北递减。年降水场具有2种模态,4种表现类型,且具备多时间尺度周期特征。     

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。     

近30年闽北地区不同等级降水时空分布特征

基于闽北地区1980~2009年17个气象站点逐日降水数据资料,运用线性倾向估计、滑动平均法、MannKendall突变性分析法、反距离加权插值法,分析近30年来闽北地区降水的时空变化特征。结果表明:(1)时间上,闽北地区近30年降水量和降水天数变化呈略微下降趋势,其中2~4月降水量呈现显著的减小趋势,6、8、12月降水量呈现显著的增加趋势。降水量突变发生时间在1988年、2007年。(2)春季小雨、中雨、大雨和夏季小雨、中雨以及秋季小雨等级降水量表现出明显的减少趋势,而夏季暴雨有明显增大趋势。闽北地区四季降水总时间和四季小雨以及春季、夏季中雨等级降水天数均出现明显减小趋势,而夏季暴雨天数呈现明显增加趋势。(3)空间上,闽北地区多年降水量及降水天数空间分布存在明显区域差异。各等级降水量及降水天数高值区位于该地区东北部的七步、寿宁、柘荣、光泽、浦城等地,低值区位于闽北地区东南部的洋中坂等地。