不同插值方法在海域气象参数估算中的可靠性评价

海域条件下的气象观测具有数据稀少、变化大且观测站点分布不均的特点,其插值精度受插值方法影响较大。首先对常规插值方法进行理论分析,进而选取了反距离加权法、克里金法和样条函数法三种插值方法进行了插值实验和精度分析。根据渤海湾某区域的气象历史数据,采用不同方法绘制了温度、压强和湿度的插值平面图,并基于交叉验证的方式对各插值方法进行了对比,给出了不同方法的插值估算可靠性评价。结果表明:温度、压强和湿度的插值精度均是基于反距离加权法的插值结果最优(MAE_(温度)=2.42,RMSE_(温度)=1.92,MAE_(压强)=2.05,RMSE_(压强)=1.30,MAE_(湿度)=11.394, RMSE_(压强)=6.43),同时基于反距离加权法的图形绘制可视化效果也要优于其他两种方法。研究结果可为海域气象参数估算提供理论和实践依据。     

基于平均分组和叠加相关的GPS信号捕获方法

针对目前GPS软件接收机C/A码捕获信噪比门限高、捕获速度慢的问题,提出一种基于平均分组和叠加相关的GPS弱信号捕获方法。首先,基于平均相关处理技术降低C/A码捕获过程中的自相关损耗,提高对微弱信号的捕获能力;然后,利用叠加相关提高相干运算的运算效率,并采用线性插值提高自相关函数性能;最后,利用频偏校正和内插进一步提高C/A信号的捕获精度。理论分析和仿真实验均验证,该方法能够在较低的信噪比下实现GPS信号捕获,且精度较高、运算量较低。     

面向稀疏散布数据集的时空Kriging优化

时空Kriging法通过将变异函数向时空域进行扩展得到时空变异函数,有效地利用时空邻近的采样点综合进行插值,由于时空稀疏散布数据集具有单一时刻下样本点数量少以及时空分布不规律的特点,难以满足使用时空Kriging插值法的基本条件,导致插值精度不高,据此本文提出了优化方法：通过多时段叠置拟合空间变异函数的方法,综合利用时空邻域内的采样点以解决单一时刻下空间邻域内数量不足情况;控制时间变异对空间变异函数拟合的误差影响;采用积合式模型构建时空变异函数进行插值。最后使用Argo海温数据进行插值实验,在相同条件下与时空Kriging法以及时空权重法的交叉验证结果对比得出,该方法在保证拟合所需采样点数量要求的同时,有效削减了一般时空Kriging法中时间变异对空间变异函数拟合结果的干扰,插值结果的绝对误差均值从0.5降低至0.2以内,稳定性进一步增强,改善了时空Kriging法在稀疏散布数据条件下精度上的不足。     

基于分区间泛化Kriging近似模型的船舶局部结构形状优化

为提高Kriging近似模型在船舶结构性能多维度响应预测方面的适用性,对常规Kriging近似模型进行分区间泛化改进:一是对设计样本点的各个维度(分量)进行划区,并在每一个分区间内采用最优拉丁超立方(OLhd)取样;二是引入比例系数w1组合高斯与指数型相关函数提高模型对数据的泛化能力,从而在每个划分的区间内建立泛化的Kriging近似模型。通过SCH测试函数,验证了构造的分区间泛化Kriging模型有效性。结合参数化建模和改进Kriging近似模型对某过渡肘板和舱口角隅边界进行形状优化,优化第一阶段由改进的近似模型通过多岛遗传算法得到全局初步的最优解,第二阶段在初步解的基础上缩小优化变量范围,由少量的FEM计算即可在小范围内搜寻到精确的最优设计变量。结果表明:分区间泛化Kriging近似模型在预测多维度响应时较常规Kriging模型预测精度更高;分阶段的形状优化流程在保证极小误差和缩小计算成本的情况下能够得到理想的应力分布和重量优化结果,有助于船舶结构的轻量化研究。     

Reconstruction of eddies by assimilating satellite altimeter data into Princeton Ocean Model

An optimal interpolation assimilation model for satellite altimetry data is developed based on Princeton Ocean Model (POM), which is applied in a quasi-global domain, by the method of isotropic correlation between sea level anomaly (SLA) and sea temperature anomaly. The perfor- mance of this assimilation model is validated by the modeled results of SLA and the current patterns. Comparisons between modeling and satellite data show that both the magnitudes and distribution patterns of the simulated SLA are improved by assimilation. The most signiˉcant improvement is that meso-scale systems, e.g., eddies, are well reconstructed. The evolution of an eddy located in the northwest Paciˉc Ocean is traced by using the assimilation model. Model results show that during three months the eddy migrated southwestward for about 6 degrees before merging into the Kuroshio. The three dimensional structure of this eddy on 12 August 2001 is further analyzed. The strength of this warm, cyclonic eddy decreases with the increase of depth. The eddy shows di?erent horizontal patterns at di?erent layers, and the SLA and temperature ˉelds agree with each other well. This study suggests that this kind of data assimilation is economic and reliable for eddy reconstruction, and can be used as a promising technique in further studies of ocean eddies as well as other ˉne circulation structures.     

基于空间插值的浙江省城市流时空演变特征研究

为了探寻发达省份内城市间相互作用的时空特征,该文以浙江省为样本单元,选取2005、2010年和2015年3个时间截面,采用反距离权重法和空间插值手段,从城市流强度视角展开了实证分析。结果表明：（1） 城市间的联系在不断加强,期间城市流强度值随时间的推移而整体得到提升,空间上由初始的“中心点”通过发展扩散向“中心域”转变,中心城市的辐射带动作用开始发挥成效。（2）结构上呈现出相对稳定的北高南低的分布格局,以杭州市为龙头,宁波为副核心,温州、绍兴、舟山为重要节点的多中心城市网络结构雏形初步形成。（3） 城市流强度的空间分异特征分析明显,但分异程度有了些许的改善,侧面说明空间上由初始的“中心点”通过发展扩散向“中心域”转变的基本观点。最后就浙江省如何加强省内城市间“流”的规模性、区域协调性和可持续性展开了讨论。     

金沙江干热河谷不同植被坡面土壤水分时空分布特征

于2016年7~12月和2017年4月的旱、雨季期间,以金沙江干热河谷苴那小流域内的银合欢（Leucaena Benth）林地、车桑子（Dodonaea angustifolia）灌丛地和扭黄茅（Heteropogon cantortus）草地为研究对象,通过网格法和土钻法采集并测定了（0~100 cm）土层的土壤含水量,应用经典统计法和地统计学方法分析该区域不同林草植被下坡面土壤水分的动态变化特征。结果表明：（1）研究区土壤含水量总体较低,雨季显著大于旱季,旱、雨季均表现为灌丛地>草地>林地,呈中度至强度变异（0.07~0.28之间）。（2）不同林草植被下旱、雨季土壤水分具有相似的空间自相关性,自相关系数均由正向负转变,但由正向负转变的滞后距离有所不同,且雨季大于旱季,呈中等或强等空间自相关性。（3）不同林草植被下的土壤水分空间结构不同,林地、灌丛地和草地旱雨季最佳拟合模型均为球状模型;相同林草植被下各土层旱、雨季土壤水分的空间分布特征相似,但旱季的分布格局差异更显著,不同林草植被下深层土壤水分分布比表层土壤水分的分布更为复杂,土壤水分呈明显的斑块或条带状分布,含水量高值区和低值区位置不固定。总之不同林草植被类型会改变局部地段土壤水分空间分布,降雨会加强这种差异的趋势,但土壤水分仍具一定空间连续性。     

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克里格法的土壤水分遥感尺度转换

 尺度效应往往会制约着定量遥感反演的精度,对地学信息进行空间尺度转换是生产实践的必然要求,而常用的尺度转换模型多利用光谱数据进行差值计算,不适合升尺度和降尺度转换。由于土壤含水量数据具有区域变化量的随机性和结构性特点,本文以15m分辨率的ASTER图像像元为基本单元,采用点克里格法完成ASTER 15m至7.5m分辨率的土壤含水量数据降尺度转换,从分维数的相似程度上来看,转换结果是合理的;并利用块状克里格法对地面实测样点数据进行点到7.5m分辨率的面数据升尺度转换,将升尺度和降尺度转换结果与实测样点均值相比较,结果表明:7.5m分辨率的实测样点土壤水均值误差在1.5782-5.019之间,块状克里格法获取的升尺度土壤含水量数据与点克里格法获取的降尺度土壤含水量数据之间误差则为1.2825-5.0481,可见克里格法考虑了点与周边的关系,所获得的土壤含水量值要优于未考虑空间异质性的土壤含水量平均值。     

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