自适应的IDW插值方法及其在气温场中的应用

反距离权重(Inverse Distance Weighting,IDW)插值通常采用距离搜索策略选择插值参考点,当采样点集分布不均匀时,距离搜索策略使得参考点聚集一侧影响插值精度。自然邻近关系具有良好的自适应分布特性,可有效地解决参考点分布不均匀问题。结合自然邻近关系,提出自适应的反距离权重(Adaptive-IDW,AIDW)插值方法。首先对采样数据构建初始Delaunay三角网,然后采用逐点插入法,将待插值点插入初始Delaunay三角网中,局部调整得到新的Delaunay三角网,以待插值点的一阶邻近点作为IDW插值的参考点,使参考点自适应均匀地分布在待插值点周围,再进行IDW插值计算。利用AIDW插值方法对Franke函数、全国气温观测数据进行插值实验,结果表明此方法具有较高的精度,且减少了“牛眼”现象。     

定常态渠道法采集地下卤水过程的一个简化的数学模型及其适定性

定常态渠道法采集地下卤水［１］的过程可由一类拟线性椭圆型方程的定解问题来描述，该定解问题在区域内部的曲线（集卤渠）上满足等值面边界条件。在适当假设下该定解问题可简化为求一线性定解问题的非负解。本文给出了该非负解存在唯一的充分条件。     

顾及各向异性的CSRBF空间插值及其在气温场重建中的应用

在地理空间中各种地理现象实际上是一种连续变化的空间场。由于受到观测手段、工具的限制,只能从有限的地点获得有限的观测数据。为了获得连续的空间场,通常采用克吕格插值、反距离权重插值等方法进行重建。但这些方法都是各向同性的,与具有各向异性的真实地理现象分布并不相符。该文以各向同性的紧支撑径向基函数插值模型为基础,对其进行改进,使其能够顾及空间场的各向异性。其方法是利用加权主成分分析对原始数据进行方向性特征分析并进行旋转,再利用半变异函数拟合变换后坐标系下各轴向的变程值,以此为基础构建紧支撑径向基函数插值模型并进行插值,最后将插值结果逆旋转到真实地理空间。以国家气象中心提供的黄淮海平原气温数据与香港天文台提供的香港地区气温数据为例,对该文提出的顾及各向异性紧支撑径向基函数空间插值方法进行验证,并与反距离权重插值、全局径向基函数插值及顾及各向异性的普通克里格插值进行对比,实验表明该方法具有较高的精度且能够对气温场的细节进行准确的重建。     

空间软数据及其插值方法研究进展

由于对地观测技术的迅速发展,空间数据的种类和数量增长迅猛,由空间数据反演得到的各种信息日趋膨胀,这些反演结果中的信息不少以软数据的形式出现。在实际应用中,这些软数据往往与空间插值的目标变量具有一定的相关性,甚至成为控制目标变量空间分布特征的重要因素。然而,由于这些数据通常表示为非数值形式,在计算和处理上存在着一定困难,以致被传统的插值方法所忽视,从而造成信息浪费。近来出现的空间软插值方法是一种利用空间软数据作为辅助信息并以改善插值效果的方法,能够较好的处理并利用软数据所隐含的信息,具有较好的应用发展前景。本文根据空间软数据的特点及其分类,系统综述了空间软插值方法及其应用领域。首先分析了空间数据软硬性质的根本区别,论述了软数据的分类和“硬化”方法,然后介绍空间插值模型中对空间软数据的集成方法和原理,最后对空间软插值方法及其应用研究领域进行了展望。     

干旱区绿洲棉田土壤水盐运动数值模拟

本文中利用预报校正法求解土壤水分运动的ｈ型Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程。同时利用具有二阶高精度的差分法求解土壤盐分运移的对流扩散方程,此格式可避免利用一般差分格式时出现的数值弥散问题。最后,将上述数学模型对干旱区绿洲棉田,在蒸发条件下土壤水分运动和土壤盐分向上运动积累过程进行数值模拟,计算结果与测量值吻合较好。可为预报土壤盐碱化提供科学依据。     

不同时间尺度、季节的气温数据空间平稳特征及其对插值结果的影响

不同时间尺度、季节的气温数据表现出不同的空间平稳特征。为探讨分析空间平稳性对气温插值的影响规律,采用趋势线法对气温数据进行空间平稳性探索,并对比分析不同空间平稳性条件下,普通线性回归、普通克里格、回归克里格的气温插值精度及插值结果的空间分布特点。结果显示：冬季日均、月均气温与年均气温呈现空间非平稳,插值精度随时间序列的增长而提高,随着气温数据逐渐趋于稳定,精度提高的幅度逐渐下降;夏季日均、月均气温呈现空间平稳,随时间序列的增长,插值精度的提高并不显著;夏季日均气温各插值方法的插值精度普遍高于冬季日均气温。与普通克里格相比,回归克里格能有效提高空间非平稳数据的插值精度。时间序列的增长削弱了不同插值算法之间的插值精度差异和插值结果空间分布差异。     

南极数值天气预报应用与研究进展

多个业务化的全球预报模式和有限区域预报模式应用于南极地区,已经成为南极天气预报和南极气候诊断研究的主要工具.现今南极地区的数值天气预报模式在模拟南极大气环流和天气系统方面性能不够理想,原因是多方面的:南极天气气候的特殊性(包括边界层的参数化、中尺度气旋等)、模式对南极复杂地形的描述不够充分、由于缺乏观测资料而使得模式的...     

土壤水盐运动模式研究及其在干旱区农田的应用

采用预估校正法求解土壤水分运动的h型Richards方程,此方法可以控制一定的迭代步数,但同样可达到二阶精度。同时采用具有二阶高精度的差分法求解土壤盐分运移的对流扩散方程,此格式可避免采用一般差分格式时出现的数值弥散问题。并将上述数学模式对干旱区绿洲棉田,在蒸散条件下土壤水分运动和土壤盐分向上运动积累过程进行数值模拟,模拟结果与测量值吻合较好,可为预报土壤盐碱化提供科学依据。     

北极地区海雾数值模拟及其电波衰减研究

北极地区气候恶劣,但提供了北美洲、欧洲北部和亚洲北部国家之间最短交通往来路径,因此具有重要的战略地位。北极航行需要气象、导航、通讯、雷达等方面的保障,北极海雾降低了海上能见度,会使航行船只迷失方向造成搁浅、碰撞等重大事故,并引发大气波导超视距、毫米波严重衰减等电波传播现象。本文根据全球再分析数据,基于适合北极地区的中尺度大气数值模式,通过改进Noah陆面过程方案、长波辐射方案(RRTMG方案)等设置,成功模拟了我国第四次北极考察期间在北冰洋遇见的某次浓雾及其演变发展,并基于米氏(Mie)散射和瑞利(Rayleigh)散射理论评估了其对毫米波和远红外波段上的单位距离衰减值。对于毫米波段两代表频率(频段高低端100 GHz和30 GHz),在频率30 GHz,单位距离衰减值随海雾含水量增大逐渐增大,但变化平缓;在频率100 GHz,单位距离衰减值随海雾含水量增大迅速增大。对于红外波段两代表波长(波段高低端0.1 cm和50μm),在波长0.1 cm,单位距离衰减值随海雾含水量逐渐增大但变化平缓;在波长50μm,衰减值随海雾含水量增大迅速增大,单位距离衰减值可迅速增大到几百dB·km     

白令海峡及其邻近海域潮汐潮能数值模拟

基于非结构三角形网格的FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)海洋数值模式,对白令海峡及其邻近海域的潮汐、潮能进行数值模拟研究。模拟结果同验潮站和实测海流资料符合良好,较好地反映了白令海峡及其邻近海域的潮汐、潮流分布特征和运动状况。根据计算结果绘制了主要分潮的同潮图和潮流椭圆图,对该海域潮汐潮流特征进行了系统分析。结果表明,白令海陆架区、白令海峡和楚科奇海主要以M2分潮为主,而在诺顿湾海域以K1分潮为主,M2分潮潮流在白令海陆架东南部及阿纳德尔湾较强,K1分潮潮流在诺顿湾潮流达到最大值。在此基础上,对其潮汐能的传播与耗散进行分析,结果发现研究海域潮能通量较小,主要分潮在研究海域潮能耗散总量约为751 MW,M2潮能耗散占该总量的52%,K1潮能耗散占38%,潮能进入白令海陆架后,M2分潮主要在圣劳伦斯岛以南陆架区耗散,K1分潮主要在诺顿湾海区耗散。     

A Proposed Method for Spatial Data Disaggregation and Interpolation

The Model for External Reliance of Localities in (MERLIN) Coastal Management Zones is a proposed solution to allow scaling of variables to smaller, nested geographies. Using a principal components analysis and data normalization techniques, smaller scale data relationships are linked to data relationships within larger geographies and scaling factors are developed for each. In using these relationships, MERLIN will derive a set of variables scaled to a desired geography representing the attributes of the population present. The concept driving MERLIN's development is that correlations between variables at a specific location and level of geography can be tested and applied to other scales for interpolations. This flexibility and relative simplicity of calculation make MERLIN a valuable tool in many types of social research and for data interpolation. In a pilot study, the MERLIN model is applied to counties along the Gulf Coast of Florida to create a well-being index at the census tract level. Results reveal a landscape that better accounts for the localized patterns of values situated within a larger geographic unit.     

顾及风向和风速的气温空间插值方法

当前气温插值方法多将高程、经纬度等作为影响因素,无法解决风向、风速对气温空间分布的影响问题。该文提出一种顾及风向和风速的气温空间插值方法:1)根据气象观测站点的风向、风速数据进行插值,生成连续的风场表面;2)基于该风场数据利用高斯扩散模型构建成本表面;3)利用Dijkstra最短路径算法计算观测点与待求点的累计移动成本最短路径(SPOCMC);4)将SPOCMC作为协变量进行薄盘光滑样条插值以实现气温插值。为验证该方法的有效性和可靠性,选取山东省109个气象观测点样本数据,以SPOCMC、DEM和SPOCMC-DEM分别作为协变量对气温数据进行薄盘光滑样条插值,结果显示:SPOCMC-DEM法的MAE和RMSE均值(分别为0.517、0.779)略低于SPOCMC法(0.583、1.016),显著低于DEM法(0.809、1.231),表明添加SPOCMC作为协变量可有效提高气温空间插值的准确性。在江苏省与贵州省的插值实验结果证明了该方法的普适性。     

喀斯特地区春季土壤水分空间插值方法对比

以杨眉河小流域为研究区,通过土壤水分采样,选取辅助变量,采用普通克里金、协同克里金、回归克里金3种地统计学方法对土壤水分数据进行空间插值。结果表明：1）回归克里金对研究区土壤水分估算误差最小,其次为协克里金,普通克里金的误差最大;2）普通克里金生成的土壤水分表面最为平滑,而回归克里金最大程度反映了研究区实际的土壤水分空间变化;3）对于协同克里金,以湿度指数（WI）样点数据作为辅助变量的估算误差小于将WI栅格数据作为辅助变量的估算误差。总之,在可获得有效辅助变量的条件下,回归克里金对研究区土壤水分估算的效果优于协同克里金与普通克里金。     

基于MODIS数据和气象观测数据的气温空间插值方法比较

本文以福建省福州市为研究区域,利用MODIS影像数据反演福州市地表温度;同时利用相同时间的福州市及其周边的32个气象站日平均气温数据,结合数字高程模型（DEM）中提取出的地形因子,研究温度与经度、纬度、海拔高度等的相关关系,提出了福州市地形因子与气温相关模型,利用该模型插值得到福州市的地表温度;再利用气温垂直递减规律进行插值得到地表温度。对比3种结果可知,对于气象数据容易获得,气象站点较多且均匀分布在研究区时,利用气象数据插值地表温度较快,但计算结果比实际值略高;对于气象数据不易获得或站点较少时,可以用影像数据来反演地表温度,其精度受提取参数的精度的制约,在参数使用正确情况下比插值方法反演精度高。     

基于空间插值和竞争态的山东省旅游节庆时空分异

选取山东省140个市、县为样本,利用年际集中指数,基于空间插值方法和竞争态模型对1990—2013年山东省旅游节庆进行研究。旅游节庆经历了起步期、发展期和腾飞期3个发展阶段。年内旅游节庆活动淡旺季分明,4—10月是其多发频段,秋季的数量约占总量的40%,而春夏之交的比例约为38%。年内季节性分布从"三峰三谷"型演变为"双峰双谷"型,气候因素、节庆主题的季节性、资源禀赋是其主要原因。持续时间的峰值有8个,持续一周之内的节庆数量约为55%。公共假日和带薪假期、"暑假游"、经济效益是其主要驱动因素。季节年际变化大,呈波动性下降趋势,年际集中指数由1990年的15.04下降到2013年的8.32。持续时间和数量呈现出"西低东高"特征,前者和后者分别为"两峰两谷"和"三级阶梯状"。节庆的地区差异显著,瘦狗类地区比例最高。     

基于空间插值分析的指标空间化及吉林省玉米种植区划研究

以吉林省为例,构建玉米种植区划指标体系,并利用空间插值技术和辅助信息对降水、土壤和玉米单产等指标的空间模拟进行重点研究。其中,将多元回归+残差内插相结合对气象站点观测的降水数据进行了空间模拟;将相关性较高的变量作为协因子,并结合土壤类型数据,利用Cokriging插值,获取了土壤属性空间模拟数据;利用耕地质量空间分布数据对玉米统计单产数据进行修正得到玉米单产空间模拟数据。然后,开展吉林省玉米种植适宜性评价和区划研究,将吉林省分为高度适宜区、中度适宜区、低度适宜区和不适宜区4个等级;并结合农业综合分区,得到13个不同的玉米种植区域。     

Evaluating representation and scale error in the maximal covering location problem using GIS and intelligent areal interpolation

A common problem in location-allocation modeling is the error associated with the representation and scale of demand. Numerous researchers have investigated aggregation errors associated with using different scaled data, and more recently, error associated with the geographic representation of model objects has also been studied. For covering problems, the validity of using polygon centroid representations of demand has been questioned by researchers, but the alternative has been to assume that demand is uniformly distributed within areal units. The spatial heterogeneity of demand within areal units thus has been modeled using one of two extremes – demand is completely concentrated at one location or demand is uniformly distributed. This article proposes using intelligent areal interpolation and geographic information systems to model the spatial heterogeneity of demand within spatial units when solving the maximal covering location problem. The results are compared against representations that assume demand is either concentrated at centroids or uniformly distributed. Using measures of scale and representation error, preliminary results from the test study indicate that for smaller scale data, representation has a substantial impact on model error whereas at larger scales, model error is not that different for the alternative representations of the distribution of demand within areal units.     

一种优化的交通网络及其在实践中的应用

增长三角是协调城市体系功能、加速区域发展的有效方式。根据中点优先极化的原理和重心极化原理,容易推出两种具有分形特征的三角网络:中点极化网和重心极化网。引入分枝维的概念,对两种分形网络进行维数计算;认为中点极化网既有增长三角的优势又有优化的分形维数,是较为理想的城市体系交通网络配置。基于这种认识,以河南省中心城市群为例,计算出该区的交通网络分维数为1.4375,根据与中点极化网分维数的差距和该网络现有问题,规划了理想的交通网络模式。     

山东省区域发展水平空间分异特征及评估分类研究

近年来随着工业化和城市化的快速发展,区域发展研究是重大的理论和实践问题。本文基于宏观尺度视角探索区域发展评价的指标体系构建及研究思路,以山东省17地市为单元,在系统评价的基础上总结山东省区域发展的空间分异特征,根据山东省17地市各子系统发展阶段,将山东省划分为六大类区域,并针对不同区域类型从经济转型、产业发展、环境保护、区域一体化等角度提出战略性对策,为山东省新一轮区域规划提供依据。     

差分干涉测量黄河三角洲天然湿地水位变化研究

利用合成孔径雷达差分干涉测量技术监测湿地水位变化,对湿地保护、恢复和重建具有非常重要的意义.利用C波段VV极化和L波段HH极化合成孔径雷达影像,结合同步野外测量和调查工作,在各季节不同时间间隔下,研究不同湿地类型的后向散射特性差异和干涉相干性差异;在对影响干涉相干性的因素进行评价的基础上,建立差分干涉测量湿地水位变化监测的函数模型,利用获取的合成孔径雷达影像,分析黄河三角洲的天然湿地水位变化.研究结果表明,利用差分干涉测量技术不仅可以获取湿地水位变化,而且还能提供水位变化的空间细节,这是本技术最突出的特色.