基于GIS的新疆多年平均降水量空间插值精度比较研究

以新疆具有完整资料的90个气象站点中的75个站点的基本地理信息和1995—2008年平均降水数据资料为基础,以ArcGIS为数据处理平台,分别采用反距离加权法、径向基函数法、克里格法、协克里金方法对全疆降水空间分布进行插值,并通过没有参与插值的15个气象站点的实际降水量与插值结果进行相对误差分析,研究结果表明:在年降水量插值的4种算法中,普通克里格法(Kriging)的计算精度最高。利用最优的插值方法的栅格降水空间数据库,建立的多年降水资源信息系统,可快速计算研究区内任一地域单元中降水的总量及其空间变化,对降水资源模拟、工程规划、发展战略及决策管理,均具有重要的意义。     

沿海丘陵地区面雨量估算插值方法试验比较

本文以温州地区为代表,对各种插值方法进行试验得出华东沿海丘陵地区最优的面雨量估算插值方法。根据影响的天气系统,将温州地区的降水性质分为冷空气、倒槽、西南低涡、静止锋、台风、副高边缘对流等典型降水类型。通过对近10a历史天气图和温州地区90个雨量观测站日降水量资料分析,选定该地区的各类天气过程的典型代表过程,再以各个过程中最具代表性的日降水作为试验资料。以目前研究应用得最多的反距离法、克里格法、样条插值法对各日降水在不同站密度等级条件下分别插值。根据制定的评价标准分析各插值方法对面雨量估算的适用性,从而系统、客观地得出华东沿海丘陵地区面雨量估算的最优插值方法及其对测站密度的要求。     

有关面雨量研究综述

在对目前国内外有关面雨量估算的各种研究的分析和探讨基础之上,认为联合气象站和水文站的降水观测资料,运用合适的插值计算是近期内解决面雨量估算问题的基本途径,在此基础上加强遥感资料对插值结果的订证研究是进一步提高面雨量估算精度的重要途径。     

都江堰特大暴雨过程中GIS的多种面雨量计算方法对比

本文采用GIS栅格插值的常用方法,反距离权重法(IDW),样条函数法(Spline),克里金法(Kriging),协同克里金法(Co-Kriging),泰森多边形法(Thissen)对2013年7月8～11日都江堰特大暴雨过程进行面雨量计算的对比分析,并用FLood Area模型对此次过程中白沙河流域的暴雨洪涝过程进行模拟,结果显示:5种面雨量计算方法的结果受雨量站密集程度和降水空间分布特征的制约,特别是样条函数法和泰森多边形法,对雨量站分布影响较为敏感;小时面雨量计算中站点分布对样条函数法影响更大;协同克里金法计算面雨量可使FLood Area模拟结果更优,更接近于真实值;在复杂地形条件下面雨量计算中,考虑地形的相关影响可有效提高降水插值精度,使Flood Area模型的模拟结果误差更小。      

基于GIS气象要素空间插值方法在巴彦淖尔市冬季公路的养护应用

针对内蒙古自治区巴彦淖尔市气象站点分布情况,以2000—2009年9个气象站点(临河,杭锦后旗,五原,磴口,乌拉特前、中、后三旗,海力素,大佘太)的年平均降水和温度为基础数据,通过GIS空间分析中的空间数据插值方法,分别建立平均降水和温度与海拔、经纬度之间的回归方程;在此基础上,建立模拟站点来增加气象数据的信息量。分别采用反距离加权法、径向基函数法、趋势面分析和普通克里格法几种插值方法进行比较插值分析。误差分析表明没有绝对最优的空间插值方法,只有在特定的条件下的最有效方法,对于降水量插值来说三次样条小波插值法是最好的;比较分析的结果表明,模拟站点的加入大大提高了插值的精度,普通克里格法比反距离加权法和径向基函数法具有更为理想的插值效果;并据此理论分析对空间插值在冬季高速公路养护方面的应用问题进行阐述。     

雷达雨量计联合估算降水在城市内涝模型中的应用

为了满足城市暴雨内涝模型对面雨量精细化的需求,在天津城市暴雨内涝模型的基础上,将雷达估算降水产品应用到模型面雨量计算中,针对2012年7月25—26日天津的大暴雨过程,考察4种雷达估算降水产品和两种插值方法计算的内涝模型面雨量。经过对比发现,利用变分方法计算的雷达估算降水产品VAR用曲面插值方法计算内涝模型的面雨量整体效果最好。     

基于雷达资料的上海地区暴雨面雨量计算及应用

根据上海地区小时雷达资料的定量降水估测(quantitative precipitation estimation,QPE)网格产品和经过质量控制的自动站雨量资料进行暴雨面雨量计算方法研究,计算方法为:将暴雨区内自动站周围9个网格点的QPE平均值作为自动站的雷达估测雨量,计算各测站雨量与雷达估测雨量的差值,用克里金插值方法将差值场插值到雷达降水估算产品相同的网格点上,再将网格点上残差插值数据加上网格点上雷达估测雨量,得到各网格点用自动站订正后的雷达估测小时雨量资料。文中24个典型暴雨各测站订正后QPE与实测雨量的平均绝对误差比订正前减小了27%;两个典型暴雨主要降水阶段经国家气象站资料订正后QPE与实测雨量的平均误差比订正前减小了33%～39%,暴雨过程总雨量经国家气象站资料订正后减小了34%～59%。根据以上方法得到的网格点雨量计算和绘制上海地区2007—2015年24个典型暴雨降水区域的小时面雨量值和图、过程面雨量值和图、行政区和水利片面雨量值和图。最后基于.NET Framework 4.0基础架构软件开发平台,使用Microsoft Visual Studio 2012和Microsoft Visual Studio软件开发工具制作"基于雷达资料暴雨面雨量自动化计算查询系统",供业务科研人员实时查询和计算。     

复杂地形区域平均气温空间插值方法研究

采用反距离权重、克立格、径向基函数法、三维二次趋势面和地理加权回归5种方法,对云南125个站1月、4月、7月、10月和年的30年平均气温进行空间插值并比较分析发现:反距离权重、克立格、径向基函数法3种常规插值方法对地形复杂的云南气温空间分布模拟精度不高;三维二次趋势面和地理加权回归模型对云南气温空间分布模拟较好,交叉检验结果显示前者的平均绝对误差(MAE)为0.43~1.02℃,均方根误差(RMSE)为0.67~1.77℃,其推算的云南气温栅格数据能较好地反映出云南各地气温的分布和差异;GWR模型对气温的交叉验证在5种插值方法中误差最小,插值结果 MAE在0.65℃以下,RMSE在0.8℃以下;进而使用"地理加权回归模型插值+反距离权重残差内插"叠加法对抽取的10个检验站平均气温进行插值检验,64%的插值结果绝对误差在0.5℃以内,74%的插值结果相对误差在5%以内,且实测值与插值估算值回归关系决定系数R2在0.9以上。     

顺序卡尔曼滤波校准法雷达定量估测降水检验

利用青岛市气象局多普勒天气雷达基数据和自动雨量计资料,对顺序卡尔曼滤波校准法进行定量估测降水的结果进行了大量样本和一个典型个例检验。5.0mm.h-1以下的弱降水没有参与校准因子的计算,在弱降水、稳定性降水、对流性降水和混合性降水过程中的均方根误差分别为1.15mm、1.13mm、3.0mm和2.18mm,校准方案对克服弱回波情况下雷达资料的不确定性和自动雨量计数据的不确定性带来降水估测误差有良好的效果。青岛的降水过程中,5.0～20.0mm.h-1降水的样本占有最高的比例,在校准因子计算时拥有较高的权重,该雨量档的误差也较小。稳定性天气过程中,降水回波性质差异不大,校准效果最好。滑动平均法是一个简单适用的雷达资料网格化方案。     

复杂山地环境下气候要素空间插值精度比较研究

空间插值可以提供每个计算栅格的气候要素资料,该文运用反距离加权插值法（IDW）、普通克里格插值法、薄盘光滑样条函数拟合法3种空间插值方法,对1971--2000年西南地区复杂山地环境下92个气象站点温度、降水以及相对湿度的各月气候平均值和多年平均值进行了空间插值。并进行了交叉验证和随机站点验证,运用绝对平均误差（MAE）、相对平均误差（MRE）及均方根误差（RMSE）作为插值精度检验的标准。结果表明：插值方法中,薄盘光滑样条函数插值法在山地环境下对3种气象要素的插值精度是最优的,特别是对于温度和降水,而对于相对湿度3种方法差别不大,都可以满足精度要求;在时间尺度上,对于温度相对较低、降水量相对较小的冬季,3种插值方法插值精度都相对于夏季和年平均明显较差,相对湿度插值精度季节差异不明显。