基于地统计学方法的降水空间插值研究

为了实现离散降水数据到连续降水数据的插值,以内蒙古自治区多年(1950～2000年)平均降水量为例,讨论了不同空间插值方法的优劣,发现基于地统计方法的Kriging插值具有最佳的插值效果.进一步对比Ordinary Kriging和CoKriging插值方法的4种不同的半变异函数模型,结果表明利用指数半变异函数的CiKriging插值方法具有最小的预测误差.地统计方法对于预测降水具有重要的价值,而不同的地区具有各自适合的模型,理解该方法的数学原理和操作过程,对相关研究具有借鉴意义.     

黄土高原降水量空间插值方法研究

为了研究黄土高原降水量的空间分布特征,利用ARCGIS软件分别采用多种空间内插方法对黄土高原108个气象站点1980-2009年30年间的平均年降水量进行空降插值。经过正交检验以及内插检验得到最优的插值方法为普通克里金法,最终对利用该方法获得的黄土高原降水量内插图进行分析,得出近30年来黄土高原区降水量分布呈现出明显的由东南向西北递减的态势。     

利用不同插值方法对青藏高原降水稳定同位素空间分布分析

利用稳定同位素大气环流模型模拟结果, 借鉴数据同化的思想, 运用Cressman插值法和最优插值法两种空间插值方法对青藏高原多年平均降水δ¹⁸O模拟结果进行客观订正, 并运用交叉验证方法检验空间插值的效果. 结果表明: 最优插值法订正的结果稍优于Cressman插值法; 对比订正结果与运用经验回归模型BW模拟结果表明, 最优插值所建立的降水稳定同位素的空间分布结果要优于BW模型模拟结果, 而Cressman插值方法订正的降水稳定同位素的空间分布结果与BW模型模拟的结果相当. 两种空间插值所得结果经过高程订正后, 对青藏高原南部的预测结果得到了明显改善.     

不同雨量次降雨空间插值对比——以四川省南充市降雨为例

为对比分析大雨、中雨、小雨条件下,不同空间插值方法模拟地市州尺度降雨的差异,基于四川省南充市9个县级辖区三次24h降雨量数据,采用反距离加权(Inverse Distance Weighting,IDW)、张力样条函数(Spline with Tension,ST)、局部多项式(Local Polynomial Interpolation,LPI)、ANUDEM四种插值方法,从插值平均误差(ME)、中误差(RMSE)角度进行了对比分析。结果显示,按ME排序,大雨、中雨时LPISTIDWANUDEM,小雨时IDW、ANUDEM、ST基本相似,LPI最大;三种降雨条件下四种插值方法 ME均小于0.5mm。从RMSE看,大雨、中雨、小雨时ANUDEM插值RMSE为1.79mm、3.07mm和0.05mm,显著小于IDW、LPI和ST;三种插值方法之间差异微小,大雨、中雨、小雨时均接近13mm、8mm和0.5mm。在降雨量等级为大雨和中雨时,ANUDEM插值方法优于其他插值方法,而在降雨量等级为小雨时,四种插值方法差异较小。     

基于ICESat数据的南极冰盖DEM插值方法比较及精度分析

南极数字高程模型(DEM)是从事南极地学和环境变化研究的基础. 内插是建立数字高程模型的重要技术点, 插值方法有多种, 根据不同的适用情况, 不同的插值方法各有优劣. 利用克里格、 距离反权、 三角网剖分、 最小曲率以及移动平均5种插值方法分别建立南极冰盖小范围区域的DEM, 通过抽取部分观测数据作为验证值对各插值方法进行了比较. 结果表明: 克里格插值方法的可靠性最好, 稳定性最高. 然后, 利用克里格插值方法, 基于ICESat测高卫星的GLA12数据建立了南极冰盖的DEM. 由于南极大陆实测数据有限, 缺乏对DEM的检核. 为了分析所建DEM的可靠性, 利用中国南极内陆冰盖考察所采集的GPS实测数据, 对所建立的DEM进行了验证分析. 结果显示, DEM在坡度较缓的南极内陆冰盖区域精度较高, 符合度在3 m以内; 距离卫星轨道越近的区域精度越高, 可达到1 m 以内. 在坡度较大, 高程变化较为显著的区域如沿海地区, 精度较低, 差距最大的点超过40 m.     

基于分形插值的塔巴庙太原组砂体展布

本文采用分形插值方法对砂体的展布规律进行研究。根据对塔巴庙地区太原组砂体的物性特点的分析,利用地质、岩芯和测井资料,使用三维分形插值方法,建立了砂体展布规律预测模型,对砂体展布规律进行了预测,进一步结合该地区的沉积环境和沉积相,对塔巴庙太原组储层有利区块进行了分析,结果与工程实际较为吻合。     

淮北平原年降水量空间插值模型的比选

为对比不同变差模型在降水量空间插值中的优劣,对淮北平原185个雨量站的2009年年降水观测数据,分别用不同理论变差模型与实验变差值拟合,然后选择普通克里格法进行降水场的变异分析及插值。经交叉验证法等多指标对插值结果检验后,证实了区域降水量具有明显的空间相关性,且三种拟合后变差模型的差异主要在短距离(h<10km)内。同时在现有站网布设方式下,三种模型插值结果并无显著差异,但以球状函数拟合插值结果整体效果最佳。     

基于地理因子的现代降水空间模拟方法探讨

将经度、纬度、海拔、坡度、坡向、分区(干燥度)和植被等七个因子作为影响现代降水的地理因子,结合R语言程序、Arcgis空间分析和SPSS统计分析工具,探讨对现代降水进行空间模拟时,其影响因子与重建方法的选择。基于广义可加模型(GAM)用R语言实现了对现代降水影响因子的非线性分析,得到除坡度外其它各因子均与多年平均降水量之间大体呈线性相关;继而对各地理因子进行共线性检验,通过检验的因子使用最小二乘法建立与多年平均降水之间的多元线性回归模型。计算结果表明:逐次叠加地理因子进行回归分析时,其方程的R2均有提升,显示地理因子的类型对降水空间模拟具有一定的影响;非线性和线性建模中坡向因子的P值都大于0.05,说明在本研究中其对降水的影响不显著;线性回归建模的模型拟合优度R2为0.849,非线性模型的解释达到89.6%,两种建模结果都具有一定的可信度,对分析今后中国大范围区域中现代降水的影响因子及空间模拟方法具有重要的参考意义。     

河北坝上高原如意河流域风积沙厚度空间展布预测方法

不同的空间插值方法会对风积沙厚度空间分布预测精度产生重要影响。基于河北承德坝上高原东部如意河流域中游152组风积沙厚度数据,应用径向基函数人工神经网络(RBF-ANN)插值方法探究如意河流域中游风积沙厚度空间分布特征,并与地统计插值方法中的不同模型函数、确定性插值中的不同插值方法进行预测误差和计算结果对比分析。结果表明,在地统计插值方法中,经典贝叶斯克里金插值-幂半变异函数(EBK- Power)的插值效果最佳;在确定性插值方法中,径向基函数(RBF)插值效果最佳;RBF-ANN插值较EBK- Power和RBF方法在平均绝对误差(MAE)上的改进大于30%,在均方根误差(RMSE)上的改进大于20%,RBF-ANN插值更适用于如意河流域风积沙厚度空间分布预测。     

一种分析降水资料的图像化客观插值方法

采用气象上一种较为先进的客观插值方法,针对降水资料的特点,加入上限固定可变信息圆半径控制及测站方位的影响,对雨量资料进行插值,形成雨量图像,计算区域面雨量,作为洪水预报的输入数据。结合淮河流域情况,介绍了上述方法原理及应用于业务的技术思路。     

基于克里金插值估算区域降水量的抽样方法对比分析——以甘肃省为例

降水数据的空间插值精度由降水的空间变异特征、插值方法和降水观测站分布决定的, 其中, 降水观测站及插值方法的选择尤为重要. 利用空间随机抽样、空间分层抽样和空间三明治抽样等空间抽样方案, 以甘肃省境内的气象站点为研究对象进行抽样分析, 在抽样结果的基础上进行区域降水量克里金插值, 并对比了插值结果精确度. 结果表明: 在较为丰富的先验知识的前提下, 空间三明治抽样所得的区域降水量插值结果的误差项ME(1.97)、MSE(0.0066)和RMSSE(1.0184)都是最优的, 空间分层抽样次之, 空间随机抽样最差. 与另外两种抽样方案相比, 空间三明治抽样是一种使区域误差最小, 适用范围更广, 精确度更高的抽样方法.     

基于分段三伽玛分布的降雨偏差纠正方法

为解决全球气候模式模拟降雨与实测降雨存在较大偏差的问题,提出了一种基于分段三伽玛分布的偏差纠正方法。该方法将降雨序列按其分位点分为极小值、常规值和极大值3部分,分别对3部分降雨序列的累积概率分布曲线进行偏差纠正;基于分位数偏差累积思想提出了一种综合性评价指标C,对分段三伽玛方法的偏差纠正效果进行综合评估。应用该方法对CMIP5下18个GCMs在雅鲁藏布江附近17个气象站点的模拟降雨进行偏差纠正,并与单伽玛方法和双伽玛方法进行对比分析。结果表明:分段三伽玛方法可以很好地消除GCMs模拟降雨与实测降雨的偏差,率定期和验证期的偏差纠正效果大多在0.85以上;相比单伽玛和双伽玛方法,分段三伽玛方法在验证期的偏差纠正效果更好,表现更稳健。     

三种插值方法在降水等值线绘制中的对比分析

为对比不同插值方法在宁夏回族自治区的适用性,基于宁夏及其周边地区77个气象台站1956—2016年平均降水量数据,运用泰森多边形法、距离平均反比法、克里金插值法对降雨量数据进行空间插值和交叉验证,从插值方法的稳健性和准确度出发进行对比分析,得出适用于宁夏回族自治区的插值方法。研究表明：（1）从准确度来看,克里金插值法与观测值走向、位置较为相似;从稳健性来看,克里金插值法MAE平均值为4.43 mm、RMSE平均值为10.36 mm,显著小于泰森多边形法和距离平均反比法。（2）整体来看,克里金插值法更为理想,可以用于宁夏回族自治区降水量空间插值分析。     

Spatial interpolation of the deuterium and oxygen-18 composition of global precipitation using temperature as ancillary variable

To aid our research in geographical forensic provenancing and food authentication we have developed high resolution prediction maps of the annual mean deuterium and oxygen-18 composition of modern precipitation. The maps have a spatial resolution of 10′ (∼ 20 × 20 km at the equator) and cover the global land surface excluding the Antarctic. To achieve this, the relation between various temperature related variables and the isotopic composition of modern precipitation was explored using a combination of high resolution climate maps and global isotope records from the GNIP database. This revealed that the isotopic composition of precipitation is somewhat better correlated to the temperature during the coldest – often driest – period of year than the temperatures during the warmest – often wettest – period of year (especially below 0 °C). Although the reason for this effect is not directly clear, the temperature during the coldest quarter is used as ancillary variable in simple kriging with varying local means (SKlm). In SKlm, only the residual isotope values from the regression with T_cq are kriging interpolated, which are then added to the predicted isotope map based on T_cq. Because the ancillary variable explains the bulk of the isotopic variation (R² = 0.79–0.85), the deuterium and oxygen-18 maps mainly reflect the large scale global temperature pattern. More local isotope effects are accounted for by the interpolation of the residual values. This study furthermore shows that surface temperature better explains the global isotopic variation compared to a combination of latitude and altitude (R² = 0.68–0.69). Yet, at very low temperatures (< − 40 °C) our maps might underestimate the true isotope signal. The new isotope maps and the maps of the 95% confidence intervals can be downloaded from www.waterisotopes.org.     

新疆伊犁河谷夏季降水日变化特征

基于2007-2011年伊犁河谷4个气象站逐时降水资料, 分析了伊犁河谷夏季降水日变化特征. 结果表明: 降水量最大值出现在北京时间22:00, 最小值出现在13:00, 其中, 降水量高值区主要集中在21:00至次日08:00. 一天中最易发生降水的时间为23:00至次日10:00, 03:00是降水频数最多的时刻, 16:00则发生频数最少. 降水强度最高值出现在16:00, 最低值出现在13:00. 降水主要以短持续时间的降水为主, 持续1 h的次数最多, 持续2 h的降水量最多, 对总降水量的贡献也最大, 贡献率最小的为持续14 h的降水事件. 伊犁河谷夏季的降水主要发生在夜间, 且以短时间的降水为主.     

1965-2015年新疆夏季不同等级降水的空间分布特征

根据新疆51个台站1965-2015年夏季逐日降水资料,将降水划分为小雨、中雨及大雨3个等级,分析了新疆近51 a夏季不同等级降水量、降水日数及降水强度的空间分布特征,并讨论了各等级降水日、降水量及降水强度与总降水量的空间相似程度以及各等级降水对夏季总降水的贡献。结果表明：新疆降水主要集中在夏季,并以小雨为主。以天山山脉为界,南北两疆降水空间分布存在明显差异,北疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的36%~45%（36%~39%）,南疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的51%~63%（48%~60%）;新疆夏季不同等级降水量、降水日及降水强度的空间分布不均匀。新疆夏季总降水量与各等级降水量的空间相似系数最为密切,与各等级降水强度的空间相似系数相对较小;新疆夏季小雨贡献率最大,中雨其次,大雨最小,夏季降水量和降水日的变化主要受小雨的影响。     

固结问题的非线性局部点插值法解研究

局部点插值法是一种新型的无单元法,该法构造出的位移和孔隙水压力的形函数具有 函数特性,所以,本质边界条件很易处理。首先,介绍了基本理论,给出求解比奥固结问题的主要公式。其次,对复层软基堆载引起的固结和沉降问题作了计算,其中节点采用均匀分布方式,且为了考虑土体的非线性特性计算程序中耦合了邓肯-张模型。最后,把计算值与有限元法、一维固结理论计算结果进行了对比。结果表明该法精度高,令人满意。     

岩土工程评价中的参数插值计算方法

本文从一个简单的实例,提出了岩土工程勘查评价中的参数插值计算问题,简介了一、二元函数的拉格朗日插值方法,并以实例进行了演算,达到了让野外技术人员了解插值方法的目的。     

五台山区地形雨减少对水资源量的影响

海河流域水资源量减少的原因倍受关注,以五台山地区为例分析地形雨减少对水资源量的影响,分析五台山站与山下周边的5个站点年降水量之比——地形强化因子(R_o)的减少趋势以揭示地形雨的减少;并利用水热耦合平衡方程定量评估地形雨减少对该地区水资源量的影响。结果表明,近50年间R_o减少了0.53(27%),即地形雨大幅度减少;导致南庄水文站控制的五台山地区天然年径流量减少了1.9亿m3/a,占径流总减少量的70%,为多年平均年径流量的26%。中国很多地区的降水观测站网都缺少位于山上的雨量站,难以估计山区地形雨的减少,导致根据降水进行径流计算时,会低估水资源的减少量。