利用时空Kriging进行气温插值研究

以黑龙江省近37a的月均气温数据为研究对象,介绍了一类积分式时空协方差(变异)函数模型进行时空Kriging插值。针对月均气温呈现出的明显季节变化,对各站点的气温进行去季节项处理,并在此基础上建立时空变异函数。将空间维的普通Kriging插值扩展至时空维,同时考虑空间和时间相关性对研究变量进行时空估计,并将估计结果与空间Kriging插值效果进行了比较。结果表明,时空插值效果理想,插值精度较空间Kriging更高。     

应用空间统计学理论解译遥感影像信息“缺失”区

借助图像处理软件ERDAS、地理信息系统软件ArcInfo以及空间统计分析软件ILWIS ,在对TM遥感影像进行分类的基础上 ,运用空间统计学理论以及Kriging插值技术 ,内插了影像真实信息“缺失”斑块的信息 ,插值结果通过了精度检验。为解译影像信息“缺失”区 ,提供了一种手段和方法。     

改进的Kriging算法用于GPS水汽插值研究

大气水汽含量在时间和空间上波动所造成的雷达信号不确定性延迟,是影响雷达干涉测量精度的主要因素之一.将高精度地基GPS可降水汽值用于SAR影像大气延迟的改正,需要采用合适的插值方法对GPS观测值进行空间插值.常规的逆距离权(inverse distance weighted,IDW)倒数和克里格(Kriging)等空间插值方法,由于未考虑地形对大气延迟的影响,其应用效果不理想.为此,提出了一种改进的Kriging插值方法,该方法充分考虑了高程和距离对大气插值的影响.对香港地区GPS水汽观测建立的区域水汽改正模型实验结果表明,改进的Kriging方法具有明显的优越性,可以进一步推广用于建立多影响因素的拟合插值模型.     

流动重力空间插值方法比较

流动重力对于地震监测具有十分重要的指示作用,对其进行空间插值能获取其空间分布特征、弥补测站数据较少的不足。本文使用球面Kriging、反距离加权、改进的Shepard 3种方法对流动重力进行插值,从数据分布、插值点个数、插值分辨率、搜索半径（搜索点数）分析插值结果,并对结果予以验证。结果表明：①与球面Kriging、反距离加权法相比较,改进的Shepard方法对于流动重力的插值能取得较好的结果,当插值区域内流动重力样本点的变化较小、不存在异常点时,使用球面克里金插值会获得连续性好、平滑度较高的插值结果;②流动重力插值过程中要根据样本点分布特征、插值范围选取适当的分辨率;③对于地球要素插值,要充分考虑其地球物理构造性质及空间相关性和变异性。     

高精度海洋重力异常格网插值技术研究

通过对当前常用的Kriging方法、改进的二次曲面Shepard方法(MQS)、径向基函数法(RBF)三种格网插值方法进行实验比较和分析,可以得出如下结论:MQS方法插值速度快,整体精度高;RBF插值内部区域精度很高,但是容易在边缘区域出现异常误差,而且计算速度较慢;而Kriging方法在速度上略高于RBF,但精度上要稍低于RBF和MQS。另外,基于插值误差与测区重力异常具有很强相关性的特点及RBF插值方法产生的误差特性,提出了利用光滑因子和边缘数据延拓分别对MQS和RBF方法进行改进的设想,并通过实验进行了验证。     

基于Kriging空间插补海表叶绿素遥感缺失数据的研究

完整的长时间序列遥感数据是大尺度环境监测工作顺利完成的重要保证。本文选取2007年1月至2010年12月南海北部MODIS海表叶绿素a浓度月平均遥感影像为基础数据,利用地统计的Kriging空间插值方法对月平均影像中的缺失数据进行插补,并从多个角度对插补结果进行分析和评价。结果表明:Kriging方法的插值结果能突出研究海域海表叶绿素a浓度一定时期的特殊变化,在一定程度上也能体现研究海域海表叶绿素a浓度的时空变化规律;但是Kriging方法空间插值操作复杂,精度较低,可变性估计不足,均方根误差平均值为0.459 8,标准化均方根误差的平均值为2.608 2。     

航测数据处理中的空间插值方法比较

航测数据的航线间距与采样点间距差异很大,生成等值线时需要进行空间插值.以云南省江川地区的航测数据为实验数据源,分别采用反距离权重插值(IDW)、规则样条函数插值(Regularized Spline)、张力样条函数(Tension Spline)插值和Kriging插值等4种插值方法,对航测数据进行分析与比较,从中选出...     

不同空间插值对InSAR大气延迟改正影响研究

大气效应是InSAR技术用于地表探测的主要误差源之一。GPS数据作为InSAR大气延迟误差改正的重要数据源,受其站点分布疏密的影响,分辨率还无法做到与SAR影像完全相匹配,必须对GPS获取的大气延迟数据进行空间插值。本文采用反距离加权法(IDW)、Kriging插值法和移动曲面拟合法(Surface Moving Fitting,SMF)三种插值方法,探讨了InSAR大气误差改正过程中的空间插值问题,并对三种插值的精度进行了分析和评价。     

基于不同插值方法的PM1污染物浓度研究

随着GIS和计算机技术的不断发展,窄间数据插值应用越来越广,本文基于PM1污染物浓度数据,阐述了反距离加权插值法（IDW）,普通克里格插值法（Kriging）和样条函数插值（SPLINE）三种空间插值方法的数学含义,并指山了各自的特点。在IDW插值图像中,在权重不同的情况下,变化比较大的地方出现在采样点属性值变化剧烈和频繁的区域。SPLINE（规则样条）是基于生成具有连续的二阶导数和最小平方曲率的插值方法。Kriging比其他二种方法灵活,参数限制更多。但不管用哪一种插值方法,空间插值不能代替观测数据,在有一定数量的观测数据的基础上,插值结果才会更逼近真实值。     

复杂地形地区月平均气温(混合)地理加权回归克里格插值

以地形地貌特征复杂、观测站点分布稀疏不均匀的四川省为研究区,引入地形因子（坡度和坡向）和植被指数,采用顾及空间关系非平稳性的（混合）地理加权回归克里格模型（（mixed）geographically weighted regression Kriging,（m）GWRK）进行月尺度平均气温插值方法及精度分析研究。针对不同季节和不同地区,将（m）GWRK插值结果与基于全局回归的回归克里格（regression Kriging,RK）插值结果进行对比。结果表明,RK、GWRK、mGWRK回归关系的决定系数R2分别为0.795、0.922、0.911,均方根误差分别为0.83℃、0.64℃、0.55℃,表明GWRK、mGWRK对目标变量的解释能力以及插值精度都优于RK;GWRK、mGWRK相对于RK对月平均气温插值的改进具有季节与地区差异,冬半年的改进大于夏半年,在地形地貌变化大的地区改进大于地形地貌变化小的地区。     

Synergy of in situ and space borne observation for snow depth mapping in the Swiss Alps

The Swiss Federal Institute for Snow and Avalanche Research in Davos (SLF) provides snow depth maps for Switzerland on a spatial resolution of 1 km × 1 km. These snow depth maps are derived from snow station measurements using a spatial interpolation method based on the dependency of snow depth and altitude. During a winter season the number of operating snow stations varies and the area-wide snow depth interpolation becomes increasingly difficult in spring. The objective of the study is to develop an operational and near-real time method to calculate snow depth maps using a combination of in situ snow depth measurements and the snow cover extent provided from space borne observations. The operational daily snow cover product obtained from the polar-orbiting NOAA-AVHRR satellite is used to gain an additional set of virtual snow stations to densify the in situ measurements for an improved spatial interpolation. The capacity of this method is demonstrated on selected days during winter 2005. Cross-validation tests are conducted to examine the quantitative accuracy of the synergetic interpolation method. The error estimators prove the decrease in error variance and increase of overall accuracy pointing out the high capacity of this new interpolation method that can be run in near real-time over a large horizontal domain at high horizontal resolution. A solid method for snow–no snow classification in the processing of the satellite data is essential to the quality of the snow depth maps.     

地统计学方法研究与应用——以甘肃省为例

以甘肃省53个气象台站多年平均降水量和蒸发量为研究对象,运用地统计学分析方法,通过比较分析,分别采用指数模型和球状模型对降水量和蒸发量的半变异函数进行了拟合,并且应用克立格插值生成了年降水量与蒸发量的空间分布图,直观分析了研究对象的空间变异规律。     

京津冀地区GNSS对流层延迟空间插值研究

对流层延迟差异影响合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)形变测量精度;水汽的变化影响天气变化.对流层延迟与水汽具有较好的对应,因此有必要开展全球导航卫星系统(GNSS)对流层延迟的插值研究.以京津冀地区为例,针对GNSS对流层延迟,开展对流层延迟的空间插值研究.首先开展了GNSS对流层延迟与水汽的比较分析,两者存在显著正相关特性,相关性超过91.7%,论证了对流层延迟取代水汽的可行性.然后利用反距离权重法对京津冀地区2016年9月至2017年8月的12组GNSS测站对流层延迟进行空间插值,通过提取插值点对流层延迟与GNSS站点对流层延迟比较验证空间插值精度.全年数据平均偏差最大为1.12cm,均方根误差最大为0.89cm;未发生降水过程平均偏差最大为1.25cm,均方根误差最大为0.82cm;发生降水过程平均偏差最大为1.08cm,均方根误差最大为1.38cm.京津冀平原区域的GNSS对流层延迟空间插值结果精度满足气象等应用要求,可为气象预报和InSAR大气校正提供参考.     

A method of downscaling temperature maps based on analytical hillshading for use in species distribution modelling

Climate maps have been widely used for the construction of species distribution models. These maps derive from interpolation of data collected by meteorological stations. The sparse distribution of stations generates maps with coarse spatial resolution that are unable to detect microclimates or areas that can serve as plant or animal refuges. This work proposes a method for downscaling temperature maps using the solar radiation falling upon hillsides as predictor for the influence of relief on local variability. Solar irradiance is estimated from a digital elevation model of the study area using a routine based on analytical hillshading. Some examples of downscaling from 1 km to 25 m spatial resolution are shown. The results are compared with the surface temperature maps from Landsat 8 satellite imagery.     

D-InSAR技术的积雪深度反演

积雪深度是大量气候、水文、农业及生态模型的重要输入变量。选用欧空局Sentinel-1主动微波数据,利用合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)差分干涉测量技术的二轨法,根据积雪相位与雪深之间的转换关系,反演新疆天山中段的巴音布鲁克盆地典型区的积雪雪深分布,提出了基于InSAR二轨差分的雪深估计方法,反演得到2016年12月18日的空间分辨率为13.89 m的雪深分布。研究表明:(1)对Sentinel-1数据进行正确的预处理以后,可以应用SAR差分干涉测量技术的二轨法反演区域雪深分布。但由于像对相干性和积雪状态的差异,积雪深度超过10 cm,可以获取较准确的雪深反演结果,R=0.65,反演误差的均方根误差RMSE=4.52 cm,平均相对误差为22.42%,反演雪深结果均比实测结果略偏低;而当雪深小于10 cm时,雪深反演值较实测值存在较大的误差,相对误差均高于34.52%,且反演雪深值均比实测值偏高。(2)雪深反演精度受高程及实际雪深的差异影响显著,另外雪深反演精度也受限于干涉像对相干性。结果表明,对于获取区域积雪雪深,InSAR技术较光学及被动微波遥感具有非常广阔的应用前景。     

克里金插值的多路径误差空间分布特征

针对多路径误差的空间分布特征,该文提出采用克里金插值法构建多路径误差的空间插值模型。通过采用ArcGIS中克里金插值工具构建的多路径误差的空间插值模型,较好地展现出多路径误差与测站位置、反射源距离等因素的空间分布特征。实验结果表明:对比泛克里金插值法、普通克里金插值法、简单克里金插值法3种方法构建的多路径误差插值模型,普通克里金插值法的效果最好。研究成果直观反映出在林区、多层建筑物等环境下多路径误差影响较大,还预测出未采样区域的多路径误差影响范围,该研究成果可应用于GPS观测站选址、GPS测量技术设计等领域。该文从空间分布特征的角度提出了一种新的研究多路径误差特性的思路,实现了对指定测区内的多路径误差的空间分布特征的探究。     

中国大陆GNSS连续站观测噪声的时空分布

为了全面分析我国大陆及其周边GNSS连续站噪声的空间分布规律,该文基于陆态网络260个GNSS连续站和周边区域10个IGS站的观测数据,利用GAMIT/GLOBK软件进行解算,得到各站的坐标值及其N、E、U 3分量误差值,制定筛选标准,依据该标准剔除质量差的测站,剔除异常值;利用Matlab软件,按照东向(E分量)、北向(N分量)、垂向(U分量)3个方向进行拟合,并提取各测站单日解的最大误差值出现的年积日,绘制其在我国大陆的空间分布图,得到中国大陆GNSS连续站最大单日误差值的时空分布特性图。发现大部分GNSS连续站单日最大误差值集中在夏季(7月居多)并分析了原因。     

局域差分GPS的数学模型

局域差分GPS中,用户到基准站的距离对定位精度有着决定性影响。利用基准站生成用户误差改正数,其算法很多。文中针对局域差分GPS的数学模型空间相关性,介绍几种常用的内插方法,如加权平均法、线性内插法、低次曲面模型法及三角形内插法,并分析各种方法的内插系数和内插质量因子。利用局域差分GPS进行定位时,只有当用户站位于基准站构成的多边形网内时,才可能得到较高的精度。     

Snow Cover Monitoring in Qinghai-Tibetan Plateau Based on Chinese Fengyun-3/VIRR Data

Snow cover monitoring in the Qinghai-Tibetan Plateau is very important to global climate change research. Because of the geographic distribution of ground meteorological stations in Qinghai-Tibetan Plateau is too sparse, satellite remote sensing became the only choice for snow cover monitoring in Qinghai-Tibetan Plateau. In this paper, multi-channel data from Visible and Infrared Radiometer (VIRR) on Chinese polar orbiting meteorological satellites Fengyun-3(FY-3) are utilized for snow cover monitoring, in this work, the distribution of snow cover is extracted from the normalized difference snow index(NDSI), and the multi-channel threshold from the brightness temperature difference in infrared channels. Then, the monitoring results of FY-3A and FY-3B are combined to generate the daily composited snow cover product. Finally, the snow cover products from MODIS and FY-3 are both verified by snow depth of meteorological station observations, result shows that the FY-3 products and MODIS products are basically consistent, the overall accuracy of FY-3 products is higher than MODIS products by nearly 1 %. And the cloud coverage rate of FY-3 products is less than MODIS by 2.64 %. This work indicates that FY-3/VIRR data can be reliable data sources for monitoring snow cover in the Qinghai-Tibetan Plateau.     

Qualitative and quantitative analysis of snow parameters using passive microwave remote sensing

Snow cover is an important variable for climatic and hydrologic models due to its effect on surface albedo, energy, and mass balance. Satellite observations successfully provide a global and comprehensive hemispheric-scale record of the short-term, as well as inter-seasonal variations in snow cover. Passive microwave sensors provide an excellent method to monitor temporal and spatial variations in large-scale snow cover parameters, overcoming problems of cloud cover. Using microwave remote sensing data, snow parameters (snow surface temperature, snow water equivalence, scattering index, emissivity, snow depth) have been retrieved to integrate with the snow cover simulation model developed by SASE for avalanche risk assessment on regional basis. Multispectral and multitemporal brightness temperature data obtained from the Special Sensor Microwave Imager (SSM/I), flown onboard the DMSP satellites, for the period November 2000 to April 2001 and from November 2001 to February 2002 have been analysed. A comparative data set on snow measurements and meteorological observations of a region covering large area of Pir-Panjal and the Greater Himalayan range, available on near real time basis from SASE field observatories were also used. Model calculations were carried out to study the effects of atmospheric transmission on the microwave radiation emitted from the snow covered and snow free ground and atmosphere. The sensitivity of combinations of the SSM/I channels at 19, 37 and 85 GHz, in both horizontal and vertical polarizations, in respect to snow depth, surface temperature of the snowpack have been carried out. Decision rule based algorithms are developed to identify snow cover and non-snow area.