高度计波高数据同化对印度洋海域海浪模式预报影响研究

为提高海浪模式预报的精度,改善初始场是途径之一。研制了基于最优插值(OI)方法的海浪数据同化并行程序模块,并将其植入第三代海浪模式WAVEWATCH IIITM,建立了印度洋海域海浪同化预报方法,使用卫星高度计波高数据进行了同化预报试验。OI模块的并行设计使得植入同化模块的海浪模式仍能以并行方式运行。文中5°S以北印度洋海域为目标区域,嵌套在WAVE-WATCH IIITM的全球网格中,使得目标区域开边界条件得到较好解决。同化数据使用Jason-2高度计测量有效波高(SWH)沿轨数据。海浪同化预报模式由大气模式WRF(Weather Research andForecasting)输出的1小时一次的海面10 m风场驱动。将同化的模式结果(SWH)、无同化的模式结果(SWH)分别与高度计沿轨数据(SWH)进行比较,表明同化改善模式预报初始场的效果是明显的。以同化初始场出发进行海浪预报试验,结果表明,高度计波高数据同化在一定程度上可改进海浪短期预报的精度。     

基于海图数据的水下岸坡插值精度分析对比研究

数字高程模型是研究水下岸坡冲淤变化的一种重要手段。不同的插值方法和像元大小都会对数字高程模型的精度产生影响,从而导致冲淤分析结果的变化。本研究使用了六种常用的插值方法 (ANUDEM、反距离函数法、克里金法、自然邻域法、样条函数法、不规则三角网转栅格法)对莱州湾和烟台港不同年份和尺度的水深数据进行了插值,计算了均方根预测误差、源数据残差均方根误差、残差均值、残差最大值和残差最小值等精度计算指标。结果表明ANUDEM和自然邻域法的均方根预测误差和源数据残差均方根误差均小于1 m。ANUDEM和自然邻域法对不同尺度的水下岸坡数据插值有着较好的适用性。     

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。     

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。     

海洋渔场地貌图的设计方法研究

渔场地貌是分析预报渔情、选择渔业作业方式和选用渔具设备的重要依据之一。基于数字高程模型(DEM)和数字晕渲制图等技术,应用ESRI Arc GIS软件系统,通过实验方法选定DEM插值算法及阴影光源参数,制作了表现海底地形起伏变化特征及鱼类生物资源分布状况的渔场地貌图,实现了多源、多维和异构数据的融合。作为一项探索性工作,期望设计成果能够为今后相关产品的研发和应用提供有益借鉴。     

底栖生物生物量空间插值方法研究

在地统计学和地理信息系统支持下,采用反距离加权(Inverse distance weighting,IDW)、径向基函数(Radial basis functions,RBF)、普通克里格(Ordinary Kriging,OK)3种插值方法对2007年4月获得的大亚湾人工鱼礁区及附近海域底栖生物生物量数据进行空间插值方法研究,并对插值精确度进行交叉验证。结果显示,经对数转化后的数据呈正态分布,而且3种插值方法对其进行插值,所得的等值面图效果比原始数据所得等值面图效果好。交叉验证显示,对数转化数据插值精确度OK﹥RBF﹥IDW。观察插值结果等值面图,发现3种方法均能较客观地模拟出底栖生物生物量的总体分布趋势,在对局部趋势的模拟上,OK的表现效果最好。     

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。     

基于GIS的海洋光学调查数据空间插值方法研究

研究基于GIS的海洋光学调查数据空间插值方法及其原理,主要探讨了反距离加权插值法、普通克里格法的球体模型和指数模型算法.通过对比分析利用不同插值算法得到的分布图,并在误差分析的基础上,选择制作海洋光学调查数据分布图的最佳空问插值方法.以海洋光学要素中的总颗粒物吸收系数为例,研究表明,普通克里格算法的球体模型能够更加准确地反映我国近海水体总颗粒物吸收系数的空间分布特点和变化趋势.     

具有先验信息的地面三维激光扫描地形测量数据去噪算法

为防止三维激光扫描数据中的噪声对实景重构造成扭曲,基于消噪的相关理论,提出了3种具有先验信息的去噪算法,利用高程注记点所提供的先验信息作为去噪依据,分别对比高程插值、最小二乘拟合平面及趋势面,选取适当阈值消去噪声。利用Timble GX200地面三维激光扫描系统获取的地形测量数据进行实验分析,结果表明:高程注记点可以作为先验信息为点云去噪提供依据,并确保去噪后基本符合实体特征。     

基于GIS的“一带一路”地区气温插值方法比较研究

“一带一路”倡议是新时期中国为加强对外开放提出的全球化合作倡议,资源环境的优化配置对全球化发展意义重大。气温作为重要的基础数据和输入要素,对其进行空间化处理是实现大尺度区域资源环境优化配置的前提。本文基于地理信息技术（GIS）,运用距离平方反比法（IDS）、协同克里格法（CK）、回归距离平方反比法（RIDS）和回归协同克里格法（RCK）,对“一带一路”地区1980—2017年的2679个气象站点的月平均气温和年平均气温数据进行插值,获得了“一带一路”地区10 km分辨率的气温空间分布数据。交叉验证结果表明：① IDS、CK、RIDS和RCK插值法在整体上均较好地展示了“一带一路”地区气温的地理空间分布规律,4种插值方法的月均气温的均方根误差分别在1.93~2.43、1.78~2.14、1.31~2.23和1.23~1.92 ℃之间;年均气温的均方根误差分别为1.94、1.83、1.37和1.27 ℃;② 在“一带一路”地区,加入协变量分析的CK插值精度整体优于IDS,并且削弱了IDS的极值现象;③ RIDS和RCK对年均气温的插值精度分别较IDS和CK提高了29.4%和30.6%,表明加入地理要素并进行残差修正的插值精度得到了进一步提高。总体来看,RCK插值法对气温数据的插值精度最高,可以考虑将此方法作为“一带一路”地区温度等气象要素的插值方法。