基于GIS的新疆地区两种气温插值方法对比研究

以新疆为研究区域,运用气温垂直订正和多元回归+残差订正2种插值方法对研究区105个气象站点2015年月、季、年均温进行空间插值,并通过交叉验证和相关分析方法对其精度进行评价。结果表明:新疆地区气温垂直订正插值法的均方根误差和平均绝对误差分别为0.58~1.79℃和0.46~1.17℃,而多元回归+残差订正插值法分别为1.47~2.89℃和0.98~2.23℃;垂直订正插值法得到的气温预测值与实测值的相关系数达0.90~0.98,而多元回归+残差订正插值方法为0.52~0.91;与多元回归+残差订正法相比,气温垂直订正法的误差更小、相关性更好,更适于新疆区域气温的插值。     

基于DEM修订的新疆区域气温空间插值精度优化研究

为研究新疆地区气温的空间变异性,以新疆66个国家气象台站1981—2010年月平均气温和30 m空间分辨率DEM数据为基础,采用传统插值法、基于DEM多元线性回归插值和基于DEM修正的空间插值方法对新疆区域气温数据进行栅格化,并分析年平均气温与海拔的相关关系。通过采用反距离权重法(IDW),普通克里格法(Kriging),样条函数法(Spline)和趋势面分析法(Trend)4种空间插值方法对气象要素进行直接插值、气温多元回归模型残差结果插值、基于DEM修正插值对比分析。通过针对插值方法进行基于MAE和RMSIE的交叉验证,结果表明传统插值方法、基于多元线性回归和基于DEM修正4种空间插值精度均为IDWKrigingSplineTrend。反距离权重(IDW)空间插值方法最优,基于DEM修正IDW插值、基于多元线性回归IDW插值与传统IDW插值精度分别是0.039、0.477、1.038,插值结果客观的表达了新疆区域气温随空间梯度的变化趋势。     

基于DEM的江苏气温空间插值研究

以江苏省及周边39个常规气象站点1957—2001年的月平均气温数据和90 m空间分辨率的DEM数据为基础,采用基于DEM的多元线性回归插值方法,分析多年平均气温与海拔、坡度和坡向等地形因子的相关关系,建立适合该区域的多元回归空间插值模型.同时与反距离权重法(IDW)和克里格(Kriging)插值法等传统方法的计算结果进行对比,并用交叉验证方法比较5种插值方法的精度.结果表明:该研究区各月气温递减率在 0.5~0.9 ℃/(100 m) 左右;基于DEM的多元线性回归空间插值方法(MLR)无论从插值效果还是误差精度上,均优于其他传统插值方法.插值结果客观地表达了气温与各地形要素的相关性,反映了气温的空间变异性.     

三维插值方法在湖南省气温精细化预报中的应用与检验

利用三维插值方法对ECMWF、Japan及T639三种数值模式细网格气温预报产品进行客观订正,并检验评估三维插值方法对湖南省不同海拔高度和不同地理位置上2 159个气象站点的气温预报订正能力。个例结果显示,三维插值方法具有明显的订正效果,不同程度地缩小了二维平面插值预报的偏差,能较客观地反映复杂地形区域要素的实际情况;三维插值方法较二维插值对ECMWF、Japan、T639三种模式气温预报的订正能力均有不同程度的提高,改进后的ECMWF模式气温预报准确率达94%;对于海拔较高的站点,三维插值方法相对于二维插值订正的幅度更大,对模式预报有向气温降低的趋势调整,对于海拔较低的站点,对模式预报有向气温升高的趋势调整。     

复杂地形区域平均气温空间插值方法研究

采用反距离权重、克立格、径向基函数法、三维二次趋势面和地理加权回归5种方法,对云南125个站1月、4月、7月、10月和年的30年平均气温进行空间插值并比较分析发现:反距离权重、克立格、径向基函数法3种常规插值方法对地形复杂的云南气温空间分布模拟精度不高;三维二次趋势面和地理加权回归模型对云南气温空间分布模拟较好,交叉检验结果显示前者的平均绝对误差(MAE)为0.43~1.02℃,均方根误差(RMSE)为0.67~1.77℃,其推算的云南气温栅格数据能较好地反映出云南各地气温的分布和差异;GWR模型对气温的交叉验证在5种插值方法中误差最小,插值结果 MAE在0.65℃以下,RMSE在0.8℃以下;进而使用"地理加权回归模型插值+反距离权重残差内插"叠加法对抽取的10个检验站平均气温进行插值检验,64%的插值结果绝对误差在0.5℃以内,74%的插值结果相对误差在5%以内,且实测值与插值估算值回归关系决定系数R2在0.9以上。     

近60a来南京季节变化特征分析

利用1951年1月-2010年12月南京市逐日气温观测资料,依据张宝堃应用候平均气温稳定通过某一临界值划分四季的标准,建立了近60 a南京的季节平均气温的时间序列,分析了近60a南京春、夏、秋、冬四季开始、结束及持续时间的变化特征,给出了季节气温的变化趋势以及候平均与入季时间、季节持续时间的相关分析.结果表明:近60a,南京入冬时间推迟,入夏时间提前.冬季变短,缩短的平均速率为2.9 d/10a;夏季变长,增加的平均速率为4.1d/10a;秋季变短,缩短的平均速率为1.5d/10a;春季略有些变长.南京冬、春季平均气温升高,且冬季气温升高更为显著,而夏、秋季平均气温下降,秋季气温下降略明显于夏季.冬季最低气温有升高的趋势,夏季最高气温与年较差有下降的趋势.春季入季时间与春季的平均气温成正相关,而秋季的入季时间与秋季平均气温成负相关;夏季的平均最低气温和平均气温与夏季的长度成负相关,冬季的平均最高气温和冬季的长度成正相关.     

利用R/S方法分析漯河市气温变化趋势

用一元回归和R/S方法,分析了漯河市气温变化趋势,结果表明 近49年来,漯河市冬、春、秋季气温升高,夏季则下降, 夏季降温幅度比冬、春、秋季升温幅度小一个量级,全年气温整体趋势变暖. 城市化"热岛"效应对冬、春、秋季及全年的影响较气候系统自身演变显著,对夏季影响不显著. 冬、夏、秋季及全年气温序列具有持续性,未来冬、秋季及全年变暖持续,夏季则变冷持续;春季气温变暖趋势减缓,或者更接近于随机变化,即未来变暖变冷不能确定.     

洞庭湖区近百年气温序列构建及其变化特征

采用统计方法并结合气象台站历史沿革信息,对1910-2010年洞庭湖区气温观测资料进行均一性检验和订正,并利用洞庭湖区周边气象台站资料对洞庭湖区1951年以前缺测的气温资料进行插补,构成完整的气温序列。基于洞庭湖区完整气温序列,构建洞庭湖区近百年气温序列并分析其变化特征。结果表明：1910-2010年洞庭湖区年平均气温呈显著上升趋势,其中冬季和春季平均气温上升幅度最大,秋季次之,夏季变化趋势不显著;气温变化存在明显的冷暖交替,冷暖期交替比中国地区更频繁;近百年洞庭湖区年和冬季、春季、秋季平均气温均存在一个显著增暖的突变点;小波分析表明,近百年洞庭湖区年和四季平均气温均经历了冷-暖-冷-暖4个阶段的交替。     

基于DEM的气温插值方法研究

以甘肃河东为研究区,利用河东及周边的82个气象站点1971~2004年的月平均气温数据,结合数字高程模型(DEM),在分析平均气温与经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向地形要素相关关系基础上,提出了一种基于DEM的多元线性回归空间插值方法(MLR),并与传统的反距离平方法(IDS)、样条函数法(SPLINE)和普通克里金法(OK)进行了精度比较.精度验证结果显示:无论从误差大小还是从插值效果上,考虑了地形要素的MLR方法均优于传统的插值方法.最后,基于MLR插值方法生成84 m×84 m甘肃河东地区月平均气温栅格数据集.平均气温结果表明:河东各月平均气温大致呈现由东南向西北逐渐降低的空间格局,且平均气温的季节内波动差异较大.其中,夏季气温的波动幅度最小,波动幅度自西向东减弱;冬季次之,有自北向南减弱的趋势;春季和秋季较大,有自西南向东北降低的趋势.     

基于GIS技术的甘肃省气温空间分布特征

利用40 a气象站气温观测数据,结合GIS技术,建立甘肃省气温空间化模型,以高分辨率的DEM作为模型的输入参数实现气温数据的空间化,同时与传统的气温内插方法 (反距离加权法(IDW)、克里格(Kriging)、协同克里格(Co-Kriging))的插值结果进行比较分析,结果反映利用多元回归分析+克里格方法建立的气温数据栅格化结果较好,比传统的气温内插方法插值精度高,插值结果很好的再现了原始测量结果。     

Modeling and mapping temperature and precipitation climate data in Greece using topographical and geographical parameters

This study presents a methodology for modeling and mapping the seasonal and annual air temperature and precipitation climate normals over Greece using several topographical and geographical parameters. Data series of air temperature and precipitation from 84 weather stations distributed evenly over Greece are used along with a set of topographical and geographical parameters extracted with Geographic Information System methods from a digital elevation model (DEM). Normalized difference vegetation index (NDVI) obtained from MODIS Aqua satellite data is also used as a geographical parameter. First, the relation of the two climate elements to the topographical and geographical parameters was investigated based on the Pearson’s correlation coefficient to identify the parameters that mostly affect the spatial variability of air temperature and precipitation over Greece. Then a backward stepwise multiple regression was applied to add topographical and geographical parameters as independent variables into a regression equation and develop linear estimation models for both climate parameters. These models are subjected to residual correction using different local interpolation methods, in an attempt to refine the estimated values. The validity of these models is checked through cross-validation error statistics against an independent test subset of station data. The topographical and geographical parameters used as independent variables in the multiple regression models are mostly those found to be strongly correlated with both climatic variables. Models perform best for annual and spring temperatures and effectively for winter and autumn temperatures. Summer temperature spatial variability is rather poorly simulated by the multiple regression model. On the contrary, best performance is obtained for summer and autumn precipitation while the multiple regression model is not able to simulate effectively the spatial distribution of spring precipitation. Results revealed also a relatively weaker model performance for precipitation than that for air temperature probably due to the highly variable nature of precipitation compared to the relatively low spatial variability of air temperature field. The correction of the developed regression models using residuals improved though not significantly the interpolation accuracy.     

河北地区气温内插模型及检验方

以1965—1999年河北省逐月平均气温为研究对象,采用一元线性回归法和IDW(Inverse Distance Weighted)相结合的方法,将温度插值到河北省整个区域,绘制河北省温度空间分布图,实现河北省年内各月平均气温空间填图;同时,分析了河北省冬季和夏季各月的月平均温度的误差精度。结果表明：插值的结果与观测值的相关系数(R)在12个月均大于0.82,显示插值方法具有较好的模拟精度,可用于气温的空间插值和特征分析。     

RegCM4区域气候模式对新疆地区冬季地表状态的模拟分析

利用区域气候模式Reg CM4.3(Regional Climate Mode version 4.3)对新疆地区冬季的地表状态进行了模拟分析,通过与ERA40再分析资料的对比分析发现,温度分布形势模拟较好,地面热力状态受地形影响显著,陡峭地形附近由于热性质差异大和非均匀性强会导致较大模拟误差;模式较好模拟出降水和潜热通量北疆多南疆少,山区多盆地少的分布特征,模拟出通过反照率影响,地表吸收的短波辐射呈现出沙漠腹地吸收多而天山地区吸收少的分布,对北疆呈感热通量汇而南疆呈感热通量源的感热分布形势也模拟较好;模拟的雪水当量与降水分布有较好的一致性,春季融雪径流与冬季雪水当量分布及降水均有较好的对应关系。通过模拟分析也发现,现有方案实际感热通量计算中以地面温度代替地面位温,造成感热通量偏小,因此会低估南疆感热源效应和高估北疆感热汇效应。此外,积雪量和地面温度模拟偏高可能是春季北疆主要积雪区径流偏强的原因。     

Multi-year simulation of the East Asian Monsoon and Precipitation in China using a Regional Climate Model and Evaluation

1. Introduction As an important way to study the global climate change, because of its low resolution, GCM (general circulation model) shows obvious deficiency and uncer- tainty in capturing some regional features when used in the regional climate study, and the uncertainty is even serious in regional climate simulation over East Asia (Ding et al., 2000; Zhao and Luo, 1998; Qian et al., 1999). The high-resolution regional climate model (RegCM) developed in the 1980s can provide better simu…     

精细化气象要素温度指导预报在山西区域的误差及特征

利用2009-2010年山西区域108站共730天精细化气象要素温度指导预报资料,对比日最高气温和日最低气温的预报误差,采用常规统计、EOF分析等方法研究指导预报误差的时间和空间分布特征,结果表明:山西区域的温度预报准确率比较稳定,但有明显的季节特点,夏季最高,秋季次之、冬春季相对偏低,日最高气温年平均正、负误差略高于日最低气温误差,春季大,冬秋次之,夏季小;正负误差值的空间分布与山西地形有一定的联系,日最高气温和日最低气温误差的分布特点具有明显的全区一致性.     

RegCM3.0与RegCM4.0对中国区域多雨年夏季气候模拟的对比分析

采用RegCM3.0和RegCM4.0模式,利用NCEP/DOE Reanalysis II数据、NOAA的周平均海温资料以及BATS、CLM3.5两种陆面过程方案,对我国4个典型多雨年(1998、2003、2007、2010年)的夏季气候进行模拟试验。结果表明,RegCM4-BATS1e模拟的降水量和雨带位置都与观测事实更为接近,尤其是对东南沿海地区强降水带的模拟,模式两个版本对湿润区的降水模拟均偏少,对干旱半干旱、湿润半湿润区的降水模拟则偏多;对于气温的模拟,其模拟结果均存在负偏差,但都能够模拟出位于东南沿海及新疆沙漠地带的温度高值区,RegCM4-CLM3.5模拟温度的量值更准确,而RegCM4-BATS1e模拟的温度空间分布型态与实际最为接近。     

动力降尺度CMIP5的2006—2035新疆夏季降水变化

评估了CMIP5 9个模式对新疆夏季降水的模拟效果,从中选取5个较好的模式结果,利用RegCM4动力降尺度再集合平均。通过对CMIP5 9个模式的评估,发现CanCM4、CMCC-CM、CNRM-CM5、HadCM3、MIROC4h对新疆夏季降水的模拟较好。进一步分析动力降尺度和集合平均结果,发现动力降尺度能更好地描述新疆复杂地形造成的降水,同时发现2006—2035年比1976—2005年新疆夏季的总体降水有所减少,存在明显的减少趋势。在空间分布上主要表现为天山山脉和其南侧降水显著减少,昆仑山山脉北缘降水显著增加,这与2006—2035年新疆东北侧500 hPa出现的位势高度正异常和与之相对应的反气旋式环流异常有关。这一环流异常造成了天山山脉上空水汽的显著辐散和昆仑山山脉北缘上空水汽的显著辐合。     

近50a山东中部地区四季开始日期及长度变化特征

利用山东中部地区8个气象站1966—2015年逐日气温观测资料,用5日滑动平均气温作为划分依据,结合气候趋势法、Mann-Kendall法和经验正交分解法,对山东中部地区近50 a的四季开始日期及长度时空变化特征进行分析。结果表明:山东中部地区春季和夏季开始日期呈提前趋势,秋季和冬季呈推迟趋势,其中,夏季和冬季开始日期在1993年发生突变,四季开始日期的主要空间变化趋势一致,秋季变化强度中心在中北部平原,其他三季变化强度中心均出现在中部地区,四季开始日期空间变化规律在第二特征向量上呈现区域变化的不一致性。冬季日数最多,其次为夏季,春季日数最少,春季和冬季日数呈减少趋势,冬季减少趋势显著,气候倾向率为-2.98 d/10 a,夏季和秋季日数呈增加趋势,夏季日数增加显著,四季日数主要空间变化规律一致,强度中心在中部地区,四季日数空间变化规律在第二特征向量上存在不一致性,其中,夏季和秋季第二特征向量呈现南部山区与其他地区不同。