面雨量空间扩展估算法

以温州地区1991～2001年90个观测站的月平均降雨为例,在GIS支持下,对样条函数法、克立格内插法及距离平方反比法这3种插值方法进行了对比研究;并在90个观测站中筛选出最少量的、能达到稳定结果的站点数;还考虑了插值的空间分辨率对结果的影响。对上述3点进行大量的计算、统计分析的结果表明:①在选择距离平方反比法及样条函数法对月平均降雨量插值效果均较好;②利用这两种插值方法对不同站点密度选取不同空间分辨率插值后得出,选取50站误差趋于稳定,利用距离平方反比法插值结果误差较小,而空间分辨率对结果几乎没有影响。利用距离平方反比法,选择50个站得到了温州地区1km×1km面雨量空间扩展结果,为水文预报工作提供一种较精确的面雨量估算和输入方法。     

基于逐时降水站点资料空间插值方法对比研究

自动站降水资料的格点化是目前气象业务及研究亟需解决的问题,空间插值方法是数据格点化最直接有效的方法。本文选取3个降水个例分别作为大范围强降水、大范围弱降水和局地强对流3种类型降水的典型代表,采用8种常用的插值方法,设计3组试验,通过交叉检验对比8种插值方法降水的插值效果及站点密度对插值效果的影响。结果表明:高密度站点试验表明(站点平均距离约为9.0 km),8种插值方法降水的插值效果依次为CR、IW、NN、LP、KR、TL、MQ和SP,8种插值方法之间的差异小于样本间的差异,即插值效果主要取决于站点的分布而不是插值的方法。低密度站点试验表明(站点平均距离约为30.0 km),大范围降水个例(包括大范围强降水和大范围弱降水)插值的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)显著增大,不同插值方法之间的差异也增大;而局地强对流个例中,插值后均方根误差增大幅度较小,不同插值方法之间的差异较小。利用CR、IW和NN等3种插值方法开展站点密度敏感性试验,试验表明站点密度提高有利于减小降水插值误差,但站点平均距离达13.0 km甚至更密时,降水误差减小的趋势变缓。     

中国地面气温和降水网格化数据精度比较

采用2013年国家气象信息中心逐日的839个中国基准、基本气象站,2419个国家级地面气象站,3万个逐小时中国地面站气温和降水数据,利用ANUSPLIN、SHERPAD和OI插值方法进行网格化,比较了日尺度上不同方法插值不同站网密度站点数据的精度。结果表明:台站点数量多的插值结果,对降水或气温描述的准确性高,相关性随站点密度增加而增大,均方根误差随站点密度增加而减少。不同方法得出的相关性、均方根误差随季节变化明显,且差异较大,并具有月尺度变化特征。夏季站点数量相同的不同插值结果,降水场的相关系数、RMSE等评分指标均优于年平均,气温的相关系数则低于年平均。降水场的评估指标时间序列不确定性更大,波动范围大于气温。国家气象信息中心制作的基于气候背景场OI插值的2419站降水场和考虑高程ANUSPLIN插值的2419站气温的综合评价较好。     

温州地区雨量站点合理配置密度研究

通过对近11年历史天气图的分析,选出能够代表温州地区降水特点的8次天气过程,再从中各选出最具代表性的一日降水作为试验研究对象.运用反距离平方法在30～80个测站的站密度等级上分别对8日进行插值,得到误差随站密度的变化图,从而分析出温州地区雨量监测站点的合理配置密度,为站点建设提供依据.     

用Kriging方法对中国历史气温数据插值可行性讨论

使用 Kriging 插值方法对已经过质量控制和均一化的1951年1月-2004年12月中国全部基本、基准站气温资料逐月进行空间插值.通过站点的实际序列与插值后格点序列进行比较,针对相关系数和线性趋势等多个量来检验 Kriging 方法对气候资料插值的效果.结果表明:插值前、后的气温空间分布、气温变化趋势都非常一致,从年际变化来看,插值序列与实际站点序列的相关性也非常高.对比分析还发现用距平序列的插值效果要明显优于原始气温序列插值,但不同的球面模型半径插值在站点稀疏地区的插值结果差别较大,需要先对气候要素进行空间代表性进行分析,以合适的球面半径进行插值.对于气候变化比较特殊的地区,如中国西南部分地区,插值序列很难反映更小尺度的气候变化规律.     

GIS支持下的自动站雨量插值方法比较

介绍常用的地理信息空间分析插值方法,选择"灿都"台风降雨过程,以南宁市及其周边的212个站点分别利用距离反比法、克吕格法和梯度距离平方反比法进行插值,并利用未参与插值的30站点计算每种插值方法结果的平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)、最大相对误差(MMRE),结果表明,梯度距离平方反比法在实验中较好.     

上海自动站气温资料的空间质量控制与特征分析

运用Barnes插值方法和2011年7月1日00时至2012年6月30日23时(北京时间)逐时自动站气温资料,对Barnes插值方法的空间一致性质量控制进行研究,研究表明该方法在上海及华东地区有一定的适用性,同时分析了代表性区域的资料特征。结果表明:非降水日情况下,陆地站点和海边站点的气温具有显著的日变化特征,09时与18时左右两者之间差异最小;白天(夜晚),陆地(海边)站点气温高于海边(陆地)站点,最高(最低)气温差异约为0.74℃(0.79℃),多数时刻海陆差异显著,同时海陆气温日变化曲线不同的原因与日照、风向风速相关。此外,自动站资料能够充分反映出有天气过程时气象要素的变化特征,并能体现城市热岛效应。     

NCEP/NCAR再分析温度资料在农业气象中的应用可行性

为探讨NCEP/NCAR再分析温度网格资料在农业气象研究中的应用价值,以北京、南京、广州、昆明、郑州和三亚6个气象台站的实测地面气象资料为依据,证明了NCEP/NCAR再分析温度网格资料的可靠性。进一步用Cressman插值、双线性二次插值、抛物线二次插值以及先抛物线插值后线性插值等4种插值方法,用NCEP/NCAR再分析温度网格资料对上述6站的地面日平均气温进行了插值计算,并对不同插值方法的结果作了比较。结果表明,站点纬度较高时(30°N以北),应用双线性二次内插法插值效果较好,精度略低;站点纬度较低时(30°N以南),应用Cressman插值法插值效果好,精度也高。这可能是较高纬度缺测资料较多造成的。利用NCEP/NCAR再分析网格温度插值资料分析两系法杂交水稻在泰国的制种气候适应性证明该资料在农业气象研究中是可以应用的。     

应用回归统计方法制作城镇气温预报

从城镇天气预报工作实际出发,采用插值方法将欧洲中心850hPa高空温度预报结果内插到城镇预报站点。运用线性回归方程建立站点气温预报模式,并对不同的历史时间段样本计算结果进行检验,根据结果来选择最佳的样本参数。     

基于ANUSPLIN软件的逐日气象要素插值方法应用与评估

气象要素是资源、环境、灾害以及全球变化等领域研究的数据基础,格点化数据在未来研究应用中显得日益重要。本文基于中国境内667个基本和基准地面气象观测站点的基本气象资料,使用ANUSPLIN专用气候插值软件对1961-2006年逐日气温、降水进行插值,并利用未参与插值的全国1667个加密站点对插值结果的准确性进行检验,同时与反向距离权重法和普通克吕格法等插值方法的结果进行对比。结果表明,利用667个站点使用ANUSPLIN软件进行逐日平均气温插值有92.0%的误差在2.0℃以内,75.0%的误差在1.0℃以内,0.9%的误差在5.0℃以上,平均绝对误差为0.8℃;对逐日降水进行插值,75.0%的误差小于5.0mm,85%的误差小于10.0mm,平均绝对误差为6.4mm,误差大小与降水量呈现出正相关性,对局地强降水的插值效果不好,这可能与参与局部拟合插值的样本数太少有关;同时,夏季的温度插值误差小于冬季,而冬季的降水误差小于夏季。将ANUSPLIN的局部薄盘样条插值结果分别与反向距离权重法和普通克吕格法的插值结果进行对比,显示ANUSPLIN软件的插值误差最小。结果同样表明,适当增加站点数量和提高DEM精度可进一步提高ANUSPLIN软件的插值精度。     

漓江流域降雨量空间插值精度分析

以漓江流域周边17县市气象台站及流域内15个自动气象站的基本地理信息和各站点2010年降雨量资料为基础数据,GIS为操作处理平台,采用反距离加权插值法（IDW）、克里格插值法（Kriging）和协克里格插值法（CoKriging）,对降水相对集中的六月、夏季及全年降雨量数据进行插值处理,并利用15个自动站的降雨量数据,以平均绝对误差（Mean Absolute Error, MAE）和插值平均误差平方的平方根（Root Mean Squared Interpolation Error, RMSIE ）两种插值评价方法对插值结果进行评价分析。分析结果表明,利用反距离加权插值法对漓江流域内进行降雨量插值处理精度评价最高。     

GRADS绘图软件在Micaps站点资料的应用

用GRADS对Micaps站点资料绘图,针对站点资料绘图,利用Fortran提取Micaps第一、二类资料转换成GRADS站点资料,编写站点ctl生成map文件后进行绘图,根据GRADS的cressman客观分析将站点资料插值到格点资料上绘制等值线,按照站点资料的各步骤进行详细说明。     

利用插值法建立历史旱涝格点资料的可行性

主要利用《中国近五百年旱涝分布图集》等历史文献旱涝等级资料,采用气候学分析中常用的插值方法,建立中国东部地区(106°—122°E、25°—41°N)历史时期旱涝等级格点场资料,试图从大尺度的时空变化上,分析比较插值前后资料的结构和特征方面的异同,以说明采用格点资料对中国东部地区进行古气候分析的可行性。采用普通Kriging插值法,对1470—2000年中国东部地区旱涝等级资料进行空间插值。通过交叉验证,分析了站点实际值与估算值间的平均绝对误差,说明采用Kriging插值法将站点旱涝等级资料网格化是可行的;在获取插值结果后,采用数理统计分析方法,比较了插值前站点资料与插值后网格点资料的要素场时空特征,其时间变化趋势的一致性及空间分布的无漂移,进一步说明采用该插值方法是可行的。     

引入Himawari-8卫星数据协变量的能见度样条插值方法

在ANUSPLIN薄盘光滑样条插值中,高相关协变量的选取决定了插值结果的精确性。本文选取2017—2019年大雾和霾能见度较差的天气过程,利用183个能见度观测站点对能见度进行插值,引入Himawari-8卫星的通道数据和DEM数据作为协变量对能见度的插值结果进行改进,并对能见度插值结果进行对比分析。研究表明,引入Himawari-8数据和DEM数据作为协变量的能见度插值结果在精度上有显著提高,尤其对雾区和霾区的边界范围和纹理的反演更为准确,基于Himawari-8卫星数据和气象监测站点的观测数据,使用协变量的方法进行能见度插值可以做为能见度监测网格化的一种有效途径。     

太阳辐射经验系数插值方法的比较

利用江苏省南京、吕泗、淮安3个日射站以及周边省市共10个日射站逐月日照百分率资料和太阳总辐射资料,利用最小二乘法拟合经验系数a、b,并利用除南京、吕泗2个日射站以外的8个日射站的经验系数a、b,采用多种插值方法计算江苏省70个站的经验系数a、b,并据此求出70个站点逐月太阳总辐射值并分析其分布特征。结果表明：采用反距离权重插值法得到的经验系数a、b,误差最小。结论可为求解江苏省各地太阳总辐射提供科学参考。     

基于西南地区台站降雨资料空间插值方法的比较

以西南地区1996～2000年93个气象台站观测的月均降雨量为基础,对各月降雨量进行空间自相关性,变异特征等空间分析后,采用反距离加权法(IDW)和以不同变异函数模型(指数模型、球面模型、高斯模型)为基础的普通克里金(O-Kriging)两种方法进行空间插值,通过交叉验证结果对两种方法进行分析比对。结果表明:(1)西南地区月均降雨量存在明显的空间集聚现象,并具有显著的空间自相关性和变异特征,可对该研究区域降雨量进行空间插值研究。(2)在O-Kriging插值时,变异函数选用指数模型的效果最好,球面模型次之,高斯模型最差。(3)两种方法对月均降雨量及其极大值和极小值插值时,O-Kriging的插值误差均小于IDW,插值误差整体上与降雨量呈正相关关系。在剔除各月降雨量极大值较为集中的两个站点后进行插值,插值结果的误差均明显降低。(4)对研究区域整体来说,O-Kriging的插值效果优于IDW,但就单个站点来看,结果并非如此。在降雨量的空间插值中,由于研究区域和时间尺度的不同,并不存在绝对的最优方法,应根据实际应用效果选择最适方法。     

太阳辐射经验系数插值方法的比较

利用江苏省南京、吕泗、淮安3个日射站以及周边省市共10个日射站的逐月日照百分率资料和太阳总辐射资料,利用最小二乘法拟合经验系数a、b,并利用除南京、吕泗2个日射站以外的8个日射站的经验系数a、b,采用多种插值方法计算全省70个站的经验系数a、b,并据此求出70个站点逐月太阳总辐射值并分析其分布特征。结果表明： 采用反距离权重插值法得到的经验系数a、b,误差最小。结论可为求解江苏省各地太阳总辐射提供科学参考。     

改进的最优窗宽理论对年径流量的插值预测研究——以黄河利津等站为例

针对小样本数据造成年径流量预测效果不理想的情况,以及非对称和非正态资料的处理问题,引入信息扩散和模糊映射思想,同时运用遗传算法改进最优窗宽理论,建立了新的扩散插值模型。该模型通过对零散数据点的信息进行模糊扩散,进而实现对有限数据点信息向其邻近区域点的概率插值。选取黄河利津站为例,根据其近70 a(1942—2011年)径流量实测数据,进行了缺损数据的插值和预测试验,同时与正态扩散插值模型进行对比分析,结果表明:1)预测值能较好地模拟实际径流序列的波形变化,对丰水年(如2007年)和枯水年(如2009年)的预报都比较准确;2)中长期预报(10a)平均相对误差仅为11.59%,相较传统方法有较大的改进;3)以黄河流域2个站点(花园口和兰州)和长江流域的3个站点(朱沱、宜昌和大通)年径流量预测试验以及海温资料的插值试验作为补充,验证了该算法的有效性和普适性。该模型可为实际水文数据资料的客观分析和中长期预报提供参考。     

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。     

基于气候带的地面观测站点布局分析

利用1961—2010年云南124站年平均资料,在考虑了气象要素垂直递减（增）率的条件下,将站点数据插值到1 km×1 km的细网格点上。在此基础上,从不同气候带的角度讨论了地面气象观测站点的布局问题,给出了一些有价值的论据。通过分析发现,金沙江流域、怒江大峡谷狭长区域、哀牢山纵向岭谷地貌区域（包括元江、无量山一带）为气象要素最不敏感区域,其主要原因是气候带的南北向分布和东西向剧烈变率。这些区域新增地面观测站点,对认识局地立体小气候、下垫面热力差异、强对流天气系统等有科学价值。