资料插值的进展

对气候学中资料插值、数值天气预报中的客观分析和气候模拟中的降尺度技术作了统一论述，重点是气候资料插值的原理和进展。由于应用领域不同，这些技术也是很不相同的，但它们的动力学和统计学原理是相近或一致的。近十年来三种插值技术，尤其在建立计算机自动化插值系统方面，都取得了长足进展。     

ECMWF0.25*0.25经纬网格模式资料处理及软件实现

分析了中国气象局下发的ECMWF0.25*0.25经纬网格模式产品格式。使用GrADS和Microsoft Visual Studio 2005作为开发工具,对采用多线程解译模式产品、形成MICAPS自定义格式产品的关键技术进行了介绍,以利于市州级相关人员借鉴,提升对同类资料的解译能力。软件处理资料时效高,为天气预报提供了重要的基础支撑。     

T63 资料同化中分析增量垂直插值方案及其试验

文章介绍了国家气象中心T63资料同化系统中分析增量p-η坐标变换的垂直插值方案以及与全量插值方案对比试验的结果。试验表明,增量方案可减小垂直插值误差,提高初值质量,从而对改进资料同化和中期数值天气预报起到一定作用。     

T63资料同化中分析增量垂插值方案及其试验

文章介绍了国家气象中心Ｔ６３资料同化系统中分析增量ρ－η坐标变换的垂直插值方案以及与全量插值方案对比试验的结果，试验表明，增量方案可减小垂直插值误差，提高初值质量，从而对改进资料同化和中期数值天气预报起到一定作用。     

支持向量机优化的克里金插值算法及其海洋资料对比试验

针对常规克里金插值方法中变异函数为有限确定函数,难以准确刻画实际数据分布（特别是复杂要素资料的空间结构）的不足,基于最小二乘支持向量机从实际资料场中拟合重构变异函数的研究思想,提出了一种改进的插值方法——支持向量机—克里金插值算法（SVM-Kriging）。采用常规的克里金方法和支持向量机—克里金插值方法（SVM-Kriging）进行插值试验和对比分析,结果表明：支持向量机—克里金方法（SVM-Kriging）的变异函数源自实际的数据场,它克服了常规克里金插值对变异函数选择的依赖性以及变异函数选择的主观性和人为性,表现出较好的针对性和客观性,较为有效地改善了插值效果。     

气象资料三维化技术中的插值问题

通过对不同源气象资料及数字地理信息资料的插值，实现了不同气象资料与地理信息资料分辨率的协调；从而将多种信息叠加到一起，实现了多源资料的二维、三维仿真显示。这对于模拟真实的大气空间结构、理解地形及植被对大气运动的影响、辨识各种天气系统及多种信息的融合等有积极意义。     

两步保形平流方案在高分辨率球面经纬网格下的跳点差分试验

尝试用一个基于有限差分的两步保形平流方案（TSPAS）替代美国国家大气研究中心第5版公用大气模式（NCAR-CAM5）欧拉-谱动力框架中的半拉格朗日传输（SLT）平流方案,并针对不同分辨率版本,计算水汽等物质的传输过程。通过设计保证守恒性的跳点差分法,解决了基于经纬网格的模式在高分辨率下由于极区纬向格距过小而造成的差分方案积分时间步长过短的问题,使得TSPAS在高分辨率下仍然可以使用较大的时间步长。理想试验表明：（1）跳点TSPAS在守恒性、数值精度（量级上）、保形性等方面均较好地保持了原TSPAS的特点,而积分步长可增大到与CAM5-SLT相同,比原TSPAS提高超过一个数量级;（2）较半拉格朗日传输方案,尽管TSPAS的耗散更大,但是在相同时间步长下更省时,且改进了半拉格朗日传输求解平流方程造成的不守恒问题。CAM5的比较试验表明：（1）采用跳点TSPAS的模式结果与非跳点计算结果相当,在高纬度跳点区域也并未出现模拟异常;（2）在高分辨率下,采用跳点TSPAS方案的CAM5模拟结果与原模式结果相近,并初步显示对东亚青藏高原南侧的虚假降水有所抑制。该工作确保了基于欧拉通量差分型的TSPAS在高分辨率模式下的大时间步长稳定积分,为解决有限差分方法在高分辨率模式发展中的相关计算问题提供了启示,为后续针对东亚地区的模式性能改进奠定了基础。     

无资料地质灾害隐患点降水插补方法试验

区域自动气象站网和多普勒天气雷达的建设和使用,大大提高了降水监测的时空分辨率。将常德太阳山多普勒天气雷达和区域内192个区域自动气象站降水资料,经过反距离插值、多普勒雷达雨量估算等方法试验,证明其应用的可行性,进而用于获取地质灾害隐患点的降水,为建立地质灾害隐患点等级预报模型打下基础。     

三维多元最优插值的区域性试验

本文选用500hPa,300hPa两层,三个变量,即位势高度(φ),沿纬圈的风分量(u),沿经圈的风分量(v),在东亚区域(20°N—60°N,75°E—140°E)进行了最优插值的区域性试验,按660×660Km分成66个盒子进行分析。本文推导出一套球坐标系下的误差协方差公式,建立了一套自动资料质量检验程序,并进行了格点分析,分析出插值增量和插值误差。同时本文还讨论了最优插值的数学问题,着重讨论了误差协方差矩阵M的特征,提出了两种方法来修正M矩阵,保证最优插值顺利进行。     

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。     

统计插值客观分析方法的试验研究

统计插值客观分析由于其具有综合不同类型观测资料的能力、并较适合于四维同化而越来越广泛地被许多国家用于业务。 本文用统计插值方法对多层高度场及风场客观分析从技术处理、参数调整到多种方案的选择作了一系列的试验研究,得出了较优越的格式和方案。     

逐次最优插值方案及其试验

本文介绍了“空军中尺度数值预报业务系统”前期处理模块中采用的逐次最优插值方案及相关处理技术，通过个例和一个月统计结果分析表明：本方案的插值效果较好，能够满足日常业务预报和数值式对资料分析精度的要求。     

基于台站温度资料对不同空间插值方法的比较

针对气象资料数据处理的外推和内插问题,以广西89个气象观测站点1971-2000年的多年平均气温观测资料为研究数据,应用了两种不同的内插方法。     

基于台站温度资料对不同空间插值方法的比较

针对气象资料数据处理的外推和内插问题，以广西89个气象观测站点1971-2000年的多年平均气温观测资料为研究数据，应用了两种不同的内插方法。     

基于改进三次样条插值的探空资料质控研究

由于L波段探空资料存在缺测及稀疏、零散的数据,造成信息量在时空分布上的不均匀性。考虑到参与插补计算的权重因子个数和插补半径对探空观测数据影响较大,在三次样条插值基础上将插补半径和参与计算权重因子个数作为约束条件引入算法中,以被插值点±40 gpm为插值半径,取有效因子个数≥3个,提出了改进的三次样条插补算法。通过交叉验证分时段对插补结果进行检验评估,气温AE在±0.1℃之间,RMSE值小于0.08;相对湿度AE在-1.0%～+0.7%之间,RMSE值小于0.3;风速数据AE在±0.6 m/s之间,RMSE值小于0.2,表明改进三次样条插补算法对探空资料的质控效果在时间和空间上一致性较好。在晴空条件下相对湿度的插补效果优于有降水天气,气温和风速的插补效果不受晴空条件和降水条件的影响。     

几种数值插值方法的试验比较

该文首先引进３种精度较高的边界条件，借助于Ｓｐｌｉｎｅ函数，近似计算离散网格上的一阶空间微商，并通过数值试验进行比较，然后用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ、Ｓｐｌｉｎｅ和Ｈｅｒｍｉｔｅ方法对不同相对位置的插值点作插值计算，并给出一套较为简单适用的Ｈｅｒｍｉｔｅ方案计算公式。结果表明，这３类插值方法都能达到一定的精度，但其中以取周期性边界条件，用Ｈｅｒｍｉｔｅ方法算得的插值函数最为精确，其误差约为采用二阶或三     

对偶Kriging插值方法在气象资料分析中的应用

非对偶Kriging方法是一种局部插值, 因此对每个插值点都要重新求解Kriging线性系统从而非常耗时。该文介绍了通过等价变换将泛Kriging方法转换成对偶Kriging方法, 对偶Kriging方法是一种全局插值, 其Kriging线性系统不依赖插值点, 因此仅需一次求解Kriging线性系统即可计算所有插值点的值, 从而极大提高了计算效率。数值试验的实际计算表明, 对偶Kriging方法不仅计算精度完全与泛Kriging方法一致, 整体效果相当于或优于GrADS绘图软件的Cressman方法; 而且对偶Kriging方法的计算效率远高于泛Kriging方法。最后, 该文通过统计与拟合得到了降水的4类半变异函数模型的表达式, 并通过敏感试验研究4类半变异函数模型对降水分析精度的影响。     

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。     

高度场垂直插值方法的数值预报试验

本文假设温度场与气压对数成逐段线性分布。在有地形时,气压梯度力项采用在P坐标系计算的方法,即回插法。分别用理想地形和温压场分布及两个实例检验了高度场垂直插值不同方法的误差。结果表明,假设高度场随气压对数平方成逐段线性分布的方法,可以简化计算,节省机时,计算精度也较高。