基于空间插值方法的重庆降水信息展布

不同空间插值方法在不同地区的插值精度不同。为确定重庆市降雨量的空间分布,采用重庆市12个气象站1960-2014年降水数据,运用系数为2、3、4的反距离权重法、普通克里金法、考虑高程的协同克里金法及考虑温度的协同克里金法,按多年平均、最大3个月及最小3个月不同降水量指标进行分析,并以均方根误差和纳什效率系数进行验证。结果表明,对于三种指标,不同插值方法的优劣从好到差均为考虑高程的协同克里金法、考虑温度的协同克里金法、普通克里金法、系数分别为4、3、2的反距离权重法。对于反距离权重法,系数越大则误差越小。三种降水量指标以多年平均降水量为输入数据的插值结果更加准确。考虑温度的协同克里金法在降水量较小或降水与温度相关性较强时有良好的插值精度。在重庆地表变化幅度较大的地区,考虑高程的协同克里金法更能体现高程变化对降水量的影响。     

基于雨量计的城区降雨插值不确定性分析

以北京市西城区2013年6月23日自动雨量计实测数据为研究样本,采用反距离权重法、普通克里金法、径向基函数法等空间插值方法及交叉验证检验方法,以最小均方根误差为插值精度评价指标,分析了站点数量、站点密度、站点分布差异以及不同插值方法对城区降雨插值精度的影响。结果表明:1在城区插值分析中,站点数量及站网密度对插值精度影响较大,而站点分布影响较小,当雨量站点采样率不低于50%、站点密度选择中度分布时可得到较稳健的插值结果;2普通克里金法更适用于城区降雨空间插值。     

山西高原降水量空间插值分析

利用山西高原及其周边27个国家气象台站1981—2005年的降水资料,采用反距离权重法、全局多项式法、局部多项式法、径向基函数法、样条函数法、趋势面法、普通克里金法与经验贝叶斯克里金法共8种插值方法进行了空间插值,使用留一法交叉检验了不同方法的插值精度,并分析了山西高原年均降水量的空间分布特征。结果表明:1径向基函数法具有最佳的插值精度,其平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差分别为25.1 mm、5.7%、31.4 mm;2各种插值方法按精度高低的排序依次为径向基函数法、样条函数法、趋势面法、普通克里金法、局部多项式法、全局多项式法、经验贝叶斯克里金法、反距离权重法;3山西高原降水量空间分布具有明显的地域性规律,一方面表现为由东南向西北递减,另一方面表现为东部太行山和西部吕梁山的降水量大于中部汾河谷地的。     

基于降雨分布不均匀性的空间插值方法适用性研究

为定量评估降雨空间分布不均匀程度,以史灌河流域为研究区选取48个雨量站1998年到1999年92场日降雨观测资料,首次提出降雨空间集中度概念,分析降雨空间集中度与面平均雨量、插值误差的关系。采用反距离权重法、局部多项式法、径向基函数法、普通克里金法以及协同克里金法对拟定的站点进行空间插值,并用相对平均误差评判插值结果的好坏,分析不同降雨空间分布下各种插值方法的优劣。     

中国流域降水数据的空间插值方法评估

降水量的空间分布信息在水资源管理、旱涝灾害预测和可持续发展等研究领域具有重要价值。以中国1 915个气象站在1981～2010年间的平均降水量观测数据为基础,选取了反距离权重法(IDW)、径向基函数法(RBF)、全局多项式法(GPI)、局部多项式法(LPI)、普通克里金法(Ordinary Kriging)、简单克里金法(Simple Kriging)、泛克里金法(Universal Kriging)以及经验贝叶斯克里金法(EBK)8种空间内插方法进行评估。研究依据DEM数据的流域分析结果,对我国三大流域的降水量进行区域插值,同时采用交叉验证方法,对中国范围整体插值精度以及分区后三大流域的插值精度分别进行了验证。结果表明:对全国范围内采用经验贝叶斯克里金插值法取得了较好的效果;三大流域中,对黄河流域采用泛克里金法最优,对长江流域采用普通克里金法最优,珠江流域采用径向基函数法最优。最后以流域内的城市为例进行验证,结果表明各流域的最优空间插值方法具备有效性和指导价值。     

基于PSO-CV算法的信息扩散插值模型及其在黄河源区的应用

根据有限的雨量站观测资料进行空间插值是探索降水空间特征的有效手段。介绍了一种基于信息扩散理论的空间插值模型,并在已有经验信息扩散插值模型的基础上,考虑其关键参数估计的不足,提出一种基于粒子群算法(PSO)与交叉验证(CV)相结合的最优信息扩散插值模型。以黄河源区为例,引入反距离加权法、普通克里金法、泛克里金法及考虑高程的协克里金法作为对比参照,分别从年、季、月和日4种时间尺度评价了信息扩散插值模型的插值效果。结果表明,整体来看最优信息扩散插值模型的精度最高,反距离加权法的精度最低,经验信息扩散插值模型与其他3种空间插值方法的精度差异不大,不同方法间的精度差异随着时间尺度的减小而减小。     

非连续河道地形插值方法的比选

针对在许多河道水动力及水环境模拟计算过程中仅有一定间距下的断面地形数据的实际情形,以黄浦江为例,分别采用三角网格法、反距离权重法和克里金法3种方法对强弯段、干支流交汇处及复式分汊河道的水下地形进行插值,以对比分析3种方法的适应性。结果表明,对于强弯段、干支流交汇处及复式分汊河道等地形起伏变化较大区域,三角网格法会造成插值结果不稳定,误差及波动大,未能反映部分地形起伏实际情况,反距离权重法可能出现"牛眼"现象,克里金法表现出较好的适应性;在减少测量断面时,克里金法的插值结果误差最小,强健性较好;将3种插值方法获得的黄浦江全河段插值地形用于整体潮位计算,克里金法计算精度最高。     

西南地区降水量插值方法比较——以丽江市为例

我国西南地区由于地形复杂,海拔落差大,且雨量站分布不均,资料代表性差,针对这一区域的降雨预报效果不尽如人意,每年因局地强降水造成的损失巨大。旨在探讨适合山区等海拔落差较大地区的降水插值方法的一般思路,提高该地区降水估测精度。丽江市最大海拔落差达4 516 m,是西南地区典型的山地型城市。以丽江市40个雨量站40 a的月降雨数据为基础,选择6个站为检验站,运用反距离权重法、普通克里金法、样条函数法、趋势面法进行了最优插值方法的探讨。插值误差分析的结果表明:反距离权重法在该研究区域效果较好,幂指数增加到8以上时,相对误差基本稳定在7.8%;克里金法对降雨量的插值效果也较好,生成的插值图平滑;样条函数法插值效果最差。研究成果可为我国西南地区及其他山地地区降雨预报提供参考。     

江苏省不同尺度降水量插值方法适应性分析与评估

基于江苏省23个气象站点近年的气象资料,对数据进行处理,划分为多年、四季及丰枯水年3种时间尺度的降水资料,将站点分为插值站和验证站,再使用反距离加权法、趋势面法及克里金法对降水数据进行插值。综合平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差、相关系数4个评估指标以及构建的综合指标,对插值方法的精度进行综合评估。从年均降水量来看,泛克里金法的插值精度最高;从四季降水来看,趋势面法对春季降水的插值效果最好,简单克里金法对夏季降水的插值效果最好,反距离加权法对秋季降水的插值效果最好,泛克里金法对冬季降水的插值效果最好;从丰枯水年的角度来看,对枯水年的插值推荐使用趋势面法,对丰水年的插值推荐使用简单克里金法。     

塔里木河下游地下水位空间变异性研究

塔里木河下游干旱缺水,地下水资源是生态健康的基本保障。本文采用线性回归法对塔里木河下游地下水位进行回归分析,并采用地统计学方法对当地地下水位的空间变异规律进行分析。结果表明:塔里木河下游各月地下水位与其测点空间坐标呈线性关系,具有很强的空间相关性;对于局部变化剧烈的地下水位,采用克里金平滑效应修正法可明显减小克里金插值所带来的平滑效应,但整体插值精度略低于普通克里金与泛克里金法。     

新安江流域降雨量空间插值方法和参数筛选

选取新安江流域48个雨量站点2000-2010年的降雨量数据以及地理地形资料,利用反距离权重(IDW)、径向基函数(RBF)、普通克里金(OK)和残差克里金(RK)方法进行插值,根据交叉验证结果筛选最佳的方法和参数.结果表明:年尺度上,考虑高程、纬度等地形因子影响的RK方法插值精度最高,然后是IDW,OK和RBF;邻近站点的搜索策略对IDW插值精度影响较大;考虑各向异性的OK法插值精度较高,模型之间的差别不大.月尺度上,IDW法对降雨量丰富的月份插值精度较高;RBF对降雨较少且分布均匀的月份插值效果好;数据越符合正态分布,OK法的插值精度越高;RK方法则适用于降雨与地理因素相关性好的月份.     

多维线性插值方法的构建及应用

根据全国2010年607个气象站点的日降水量资料以及各站点平面分布与高程信息,构建了多维线性空间插值方法。在不同插值控制站点数目(n=4,8,12)情景下,分析了多维线性空间插值方法与反距离权重插值、样条插值和克里格插值法(球面模型和高斯模型)在我国年降水量空间插值中的应用情况。对比发现,不同的控制站点情境下,各种插值方法的插值结果差异显著,但随着控制站点数目的增加,各插值结果的差异性减小;多维线性插值方法在多种情景下都表现出较好的插值精度。     

基于水汽输送与IDW法耦合的降雨插值方法研究

在普通反距离权重法(IDW)的基础上,构建基于水汽输送与反距离权重法耦合的降雨插值方法(IDWWVT)。以三峡库区为例,利用库区及周边22个气象站点资料,分别采用IDW-WVT方法和IDW方法对22个站点2009~2013年的日降雨量进行空间插值模拟,以典型流域澎溪河的14个雨量站观测降雨资料对插值效果进行评价。结合SWAT模型,进一步分析插值降雨对澎溪河径流过程以及面源负荷过程的影响。结果表明:IDW-WVT方法对降雨量空间插值的精度明显优于IDW方法,在日尺度和月尺度中插值精度分别提高了23.1%,16.9%;同时使用IDW-WVT对径流过程和面源负荷过程的模拟效果也提升显著。     

稀疏样本下冬春季月平均气温空间插值研究——以新疆玛纳斯河流域为例

针对我国典型高寒山区——新疆天山中段玛纳斯河流域积雪-融雪过程模拟中气温空间数据的制备问题,以气象站点稀少的玛纳斯河流域为研究区域,利用最小二乘相关分析法开展了冬、春季(2015年11月-2016年4月)气温环境变量分析,通过共线性检测确定了纬度、海拔、坡度、坡向、NDVI 5个环境变量组成了最优因子集,构建了基于广义回归神经网络(GRNN)的月平均气温空间插值模型。采用区域内139个站点中的119个观测站点数据作为训练数据对GRNN模型进行训练,确定了冬、春季6个月的区域气温空间插值模型。利用剩余的20个观测站点数据作为检验样本,以均方根误差(RMSE)和平均相对误差(MRE)为评价指标,对模型的回归误差进行分析。结果表明:本模型6个月的平均RMSE值为1. 46,优于传统的地理加权回归克里金(GWRK)方法(其平均RMSE值为2. 22)。此外,从不同月份的气温空间插值分布图来看,本文模型空间插值后的气温变化趋势与实际变化趋势一致。从气温的空间分布情况来看,各空间点的气温与其海拔高程呈正相关,且随地表覆盖类型变化。这也表明本文提出的插值策略并组合建立的GRNN模型对于稀疏气象站点条件下的气温空间插值精度更高,一致性较好。     

基于SPEI干旱指数的陕西省干旱时空分布特征分析

陕西省属于生态脆弱区且旱灾频发。基于陕西省1956-2016年18个气象站点的实测气象资料,利用Penman-Monteith模型计算年尺度标准降水蒸散指数(SPEI),并结合滑动平均、MK检验、小波分析和Kring空间插值法等方法探讨了陕西省61年来的干旱时空变化特征。结果表明:从时间变化上看,陕西省SPEI指数呈现在波动中下降趋势,表明全省正在向干旱化发展,但总体变化趋势不显著;全省干旱影响范围自1986年起呈现显著扩大化趋势; SPEI指数在1980年出现突然减小的变异点; SPEI指数周期存在多时间尺度特征,具有5,16和30a的三个主震荡周期;从空间变化上看,全省有不同程度干旱发生,各站点分布差异较大且不均衡,干旱频率由大到小依次为中旱轻旱特旱重旱,重旱发生频率最低,高值中心位于延安站,中旱发生频率最高且分布范围最大,高值中心位于略阳站和汉中站。此研究可为全省防灾防旱,农业生产以及政策制定提供科学依据。     

四川省降水空间分布的插值分析

降水的空间分布特征是区域生态研究的重要内容,基于GIS的空间插值是获取降水分布特征的主要方法,以四川省49个气象站(其中15个为校验站点)2000~2007年的年平均降水量和四川省DEM为数据源,选取了反距离加权法(IDW)、普通克里金法(Ordinary Kriging,OK)和考虑高程、坡度、坡向的协克里金法(Co-Kriging,CK)3种空间内插方法,对四川省降水的最优空间插值方法的选取进行了探讨。结果表明:考虑高程、坡度、坡向的协克里金插值取得了较好的效果;四川省降水存在较大的空间变异性,有明显由东往西递减的趋势,最大降水量主要分布于东北部的达州、巴中地区以及东南部的乐山、雅安地区。     

A New Method for Estimation the Regional Precipitation

In this article we propose a new method - the Most Probable Precipitation Method (MPPM) - for estimating the precipitation at regional scale. Comparisons with the Thiessen polygons methods (TPM), inverse distance weighting interpolation (IDW) and ordinary kriging (OK) on annual, monthly, seasonal and annual maximum monthly precipitation are provided. In all cases MPPM performs better than IDW and OK, and in most of them, better than TPM.     

江西省土壤抗侵蚀性空间变异表述方法研究

依据江西省第二次土壤普查资料,以侵蚀 - 生产力评价模型（ EPIC ）中的 K 值作为土壤抗侵蚀性的衡量指标,通过 ArcGIS9.2 和 GS+9.0 软件,分析比较了反距离权重插值法、径向基函数插值法和普通克里格插值法。对江西省土壤抗侵蚀性空间插值的精度。结果表明：研究区域土壤抗侵蚀性的变化范围为 0.149 2 ～ 0.415 7 ,均值为 0.283 9 ,变异系数为 18.06% ,存在中等程度的空间变异性,块金系数为 11.09% ,具有强烈的空间相关性;综合考虑各种插值方法的交叉验证结果和插值效果,认为普通克里格插值法最佳;研究区域土壤抗侵蚀性的空间分布有从东、南、西向中部、北部和东北部不断减小的趋势,且与各土壤亚类抗侵蚀性均值的空间分布规律趋于一致。     

基于地统计学的柬埔寨年降水量数据空间插值

为了更好地分析区域水资源量、水文平衡及灌溉需水量,需要对降水的时空分布进行定量分析。由于气象站点布设的局限性,针对资料短缺地区的空间插值就显得尤为重要。以柬埔寨的20个气象站降水数据为插值实验样本,研究基于Arc GIS的空间插值和分析功能,探讨普通克里金、简单克里金、析取克里金及经验贝叶斯克里金法等4种地统计学插值法的优劣及其适用性。通过插值误差分析来检验插值精度,并模拟年降水量的空间分布图来进行比较分析,结果表明经验贝叶斯克里金插值法最优。研究结果可为资料短缺地区降水量空间插值提供参考。