基于数字高程模型的复杂地形下的黑龙江平均气温空间插值

空间化的气象资源被广泛应用于生态系统模拟与农业区划中,但常规插值模型对地形复杂、气象站点稀少的地区气象要素空间分布模拟的精度不高。本文在定量分析海拔高度、经纬度等因子对气温空间分布影响的基础上,选取黑龙江1957-2004年1月、4月、7月和10月的平均气温数据,利用DEM模型和相关辅助信息进行复杂地形条件下的气象资源空间分布模拟。精度交叉验证的结果表明,基于DEM辅助相关信息的插值精度明显高于常规的逆距离权重法、样条函数法、普通克里格法,插值精度提高了0.5-0.9℃。气温的空间分布趋势也更加合理,更好的体现出气温分布的空间异质性。     

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。     

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.     

复杂地貌类型区耕地土壤有机质空间插值方法研究

选择适宜区域特征的高效点面拓展模型对揭示土壤属性空间分布规律具有重要意义。根据不同地貌类型特征在福建省各地级市选取了9个典型县(市、区),利用2008年采集的29 320个样点数据系统评价不同空间插值方法对耕地土壤有机质含量推算精度的影响。结果表明,福建省各典型县耕地土壤有机质平均含量为27.83 g kg-1,变异系数为37.87%,半方差函数以指数模型拟合效果最佳;全省平原或盆地、丘陵和山地分布面积相当的地区(如闽侯县、建瓯市、永定县、涵江区、福鼎市)采用泛克里格法插值的精度较高,山地为主的地区(如大田县)采用简单克里格法插值的精度较高,而以平原、台地为主的地区(如南安市、同安区、漳浦县)采用普通克里格或张力样条函数法插值的精度较高。     

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.     

土壤钾素空间变异性和空间插值方法的比较研究

通过研究土壤养分的空间变异性和空间插值方法 ,获取田间土壤养分的连续分布图是当前精确施肥技术的工作基础。本研究以英国Hillsborough农业研究所附近的一块 7.9hm2 的牧草田为研究区 ,区内以 25m×25m网格点采样 ,共 125个采样点。以土样的钾素含量为研究对象 ,采用移动平均、趋势面拟合、样条插值、点状克立格、逆距离加权等各种空间插值方法对一部分离散的采样点进行连续插值而获取土壤钾素空间分布图。同时以另一部分的采样点数据来对各种插值方法的结果进行均差和均方差的比较分析。研究结果表明 ,克立格、逆距离加权两种方法总体效果最好 ,其中克立格方法中又以指数模型为佳 ,逆距离加权插值法以二次方为佳     

土壤钾素空间变异性和空间插值方法的比较研究

通过研究土壤养分的空间变异性和空间插值方法 ,获取田间土壤养分的连续分布图是当前精确施肥技术的工作基础。本研究以英国Hillsborough农业研究所附近的一块 7.9hm2 的牧草田为研究区 ,区内以 25m25m网格点采样 ,共 125个采样点。以土样的钾素含量为研究对象 ,采用移动平均、趋势面拟合、样条插值、点状克立格、逆距离加权等各种空间插值方法对一部分离散的采样点进行连续插值而获取土壤钾素空间分布图。同时以另一部分的采样点数据来对各种插值方法的结果进行均差和均方差的比较分析。研究结果表明 ,克立格、逆距离加权两种方法总体效果最好 ,其中克立格方法中又以指数模型为佳 ,逆距离加权插值法以二次方为佳     

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.     

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。     

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。     

我国北方逐日平均气温的气候模拟

通过探讨逐日平均气温的模拟方法，以修订的正弦曲线为基础，利用最高和最低月平均温度可以模拟出一年之内任意一天的日平均温度。对于不同气候类型的地区，春季升温和秋季降温速度差异很大，采用不同的订正系数来模拟内陆、沿海和高山气象站的气温。该模型能够较精确地模拟我国北方大部分地区日平均气温的气侯资料。     

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。     

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。     

近50年来河南省气温和降水时空变化特征分析

在全球变暖大背景下,对河南省近50年来气温和降雨的时空变化与突变特征进行了分析研究。基于河南省17个气象站1965—2014年的日平均气温和逐日降水资料,采用气候倾向率法、累积距平法、Mann-Kendall秩相关检验、Morlet小波分析、Kriging空间插值等方法,分析研究了河南省近50年来的气温和降水量时空变化特征。河南省近50年来平均气温总体呈增暖趋势,气候倾向率为0.19℃/10a(p0.01),春季升温最快,秋冬次之,夏季气温趋势反而略有下降,年均气温在80—90年代有短暂下降,90年代后开始变暖;河南省降水量整体略呈增加趋势,但变化趋势不明显,气候倾向率为2.8mm/10a(p0.05),夏季降水量增加较快,春秋降雨量略有减少。近50a来年降雨量经历了增—减—增—减的变化,60年代到80年代增加,80年代到90年代中旬减少,90年代到21世纪初再次增加,2003年至今持续减少。河南省气温存在27年的强显著周期,此外还有15a的周期变化;而降水量则存在12a的显著周期,此外还有5a和30a的周期。空间分布上,气温有东南高西北低的特点,且中部升温更快;降水量则南多北少,南部有减少趋势,中部、东部有增多趋势。     

采样数量与空间插值方法对华北平原典型区土壤质量评价空间预测精度的影响

空间插值方法的差异以及采样数量不同对土壤质量评价空间分布的预测精度会产生影响。本文通过随机抽样的方法,以山东省禹城市的土壤质量指数为例,从359个土壤采样点中抽取了340,170,90,50,30五个样本子集,通过普通克里格、简单克里格、反距离加权法和样条函数法4种插值方法,分别对其空间变异和布局进行了解析和预测。结果表明：不同插值方法对预测精度影响不显著,而采样点数量则显著影响了土壤质量指数空间分布预测的精度。本文提出在华北平原县域尺度上,以土壤质量评价作为调查目的的土壤采样中,90个样点是比较适宜的采样数量。同时,将我们的结果与Cochran最佳采样数量计算公式获取的最佳采样量比较后发现,Cochran方法获取的最佳采样数量明显偏低,若不考虑实际的空间变异情况,仅仅使用Cochran公式可能会导致土壤质量空间预测不准确。     

基于 GIS 技术的福建省耕地价值评价及其空间分异

借助 GIS 与数学模型集成技术,在耕地主要农作物栅格空间生产潜力和用地适宜性评价基础上,研究探讨区域耕地价值及其空间分异,结果表明福建省耕地价值变化于 84.09～750.53 万元/hm2,总价值为 5.92 万亿元,福州市耕地总价值(7053.93 亿元)＞泉州(6774.95 亿元)＞漳州(6639.12 亿元)＞南平(4570.49 亿元)＞龙岩(4478.87 亿元)＞宁德(4254.15亿元)＞三明(3916.01 亿元)＞莆田(2909.00 亿元)＞厦门(1234.06 亿元),耕地单位面积价值量总体上呈现由闽东南、闽南沿海地区向闽东、闽西和闽北丘陵山地区递减的趋势.     

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。     

空间插值方法在土壤养分评价中的应用——以滩小关水源地评价为例

以地理信息系统技术和传统技术相结合,定性与定量相结合,用系统论和对比分析的方法调查,分析,评价了滩小关水源地土壤养分质量状况,并针对其中存在的问题提出了建议。其中,利用GPS快速准确地测到带有坐标记录的采样点,利用ArcviewGIS对采样点进行空间插值获取土壤养分等级空间分布图并进行了科学的分析。结果表明:研究区土壤养分含量缺乏,尤其氮磷养分不足,有机质含量不高。     

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。     

河北献县表层土壤全氟空间变异性特征分析

为了对河北献县土壤改良及对地氟病的防治提供指导性建议,采用地理信息系统与地统计相结合的方法对研究区表层土壤全氟的空间变异特征进行了分析。结果表明:献县表层土壤全氟经对数转换后符合指数模型,全氟具有很强的空间相关性,说明其有明显的可迁性特点,受水文地质、地形等自然结构性因素影响较大而受人为因素影响较小;用Kriging内插法对未测区域全氟进行最优估计,并形成插值图,可更直观的反映出研究区内表层土壤全氟的空间变异特征。从整体上看献县表层土壤全氟含量呈现东南西三部含量高而北部偏低的分布特征,其分布特征受河流走向影响较大且远离河床处氟含量呈渐增趋势。