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气象要素空间插值方法优化 总被引：86，自引：8，他引：78
在区域水土平衡模型的研究中 ,空间插值可提供每个计算栅格的气象要素资料。本文运用反距离加权法 (IDW )和梯度距离反比法 (GIDW ) ,对 196 1～ 2 0 0 0年甘肃省及其周围85个气象站点的多年平均温度与降雨量进行了内插。交叉验证结果表明 :对于IDW和GIDW ,二者温度插值的平均绝对误差 (MAE)分别为 2 2 8℃和 0 73℃ ,平均相对误差(MRE)分别为 2 9 0 2 %和 9 4 1% ,降雨插值的MAE值依次为 5 5 2mm和 4 90mm ,MRE值分别为 19 4 3%和 17 80 % ,GIDW明显优于IDW。需要指出的是 :对于降雨 ,当其经纬度和海拔高程的复相关系数大于 0 80时 ,GIDW插值结果优于IDW ;否则相反 相似文献
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Recent upward trends in acres irrigated have been linked to increasing near-surface moisture. Unfortunately, stations with dew point data for monitoring near-surface moisture are sparse. Thus, models that estimate dew points from more readily observed data sources are useful. Daily average dew temperatures were estimated and evaluated at 14 stations in Southwest Georgia using linear regression models and artificial neural networks (ANN). Estimation methods were drawn from simple and readily available meteorological observations, therefore only temperature and precipitation were considered as input variables. In total, three linear regression models and 27 ANN were analyzed. The two methods were evaluated using root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and other model evaluation techniques to assess the skill of the estimation methods. Both methods produced adequate estimates of daily averaged dew point temperatures, with the ANN displaying the best overall skill. The optimal performance of both models was during the warm season. Both methods had higher error associated with colder dew points, potentially due to the lack of observed values at those ranges. On average, the ANN reduced RMSE by 6.86% and MAE by 8.30% when compared to the best performing linear regression model. 相似文献
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新一代区域气候模式RegCM4.6引进了Mix积云参数化方案,可以将之前版本中的Emanuel和Grell方案结合在一起,以弥补单个参数化方案的不足。利用2016年MODIS(Moderate-resolution imaging spectroradiometer)数据对RegCM4.6中Mix和Emanuel积云参数化方案模拟的东亚云量(Cloud fraction,CF)、冰水柱含量(Ice water path,IWP)和液水柱含量(Liquid water path,LWP)进行初步评估,计算了相关系数(r)、平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)、平均偏差(Mean bias error,MBE)和均方根误差(Root mean square error,RMSE),以便为相关研究选取积云参数化方案提供参考依据。结果表明：(1)模拟的CF的MBE大致以胡焕庸线为界,西北部为轻微高估,东南部通常为低估。2种方案在夏季的模拟效果最好,冬季最差。Mix方案的MAE、MBE和RMSE的绝对值在四季普遍小于Emanuel方案。(2)模式明显低估了东亚的IWP,... 相似文献
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基于地理探测器的区域土壤耕层有机碳含量
多元复合模型构建——以珠三角核心区为例 总被引：2，自引：0，他引：2
区域土壤耕层有机碳含量的精确测算,对于研究全球碳循环至关重要,但其影响因素多,空间变异性强,现有插值测算方法精度偏低。从提高测算精度出发,基于地理探测器技术,改进传统的协同克里格插值方法,构建多元复合模型进行区域土壤耕层有机碳含量的测算,并以珠三角核心区为例进行实际验证。结果表明：1）珠三角核心区土壤耕层有机碳含量空间变异与地形、水文、土壤和农田利用方式等有关,不同因素的贡献力存在较大差异,各因素贡献力（q统计量）在0.076~0.201之间,其中土壤理化性状与农田利用方式的贡献力大于地形、水文,区别不同因素的贡献力进行土壤耕层有机碳含量的精确测算应是客观要求。2）依照地理探测器分析结果,基于不同因素贡献力构建土壤耕层有机碳含量多元复合模型,插值测算精度明显提升,在珠三角核心区普通克里格、地理加权回归克里格和BP神经网络克里格的土壤耕层有机碳含量插值结果精度较多元复合模型下降16.62%、23.86%和37.33% 。由结果发现,多元复合模型突破了现有算法中辅助因素数量的局限,有效抑制了区域SOCC测算过程中的影响因素耦合噪声,降低了测算结果的不确定性。 相似文献
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结合新疆的65个气象观测站日降水数据,采用连续验证统计方法、分类验证统计方法对RFE2.0遥感降水数据在新疆的适用性进行了评估。结果表明：（1）通过连续验证统计分析,新疆地区平均偏差MBE （Mean Bias Error）总体对日降水量高估,均值为0.4 mm,在0.5 mm内的站点超过70%。RFE2.0遥感降水数据与地面观测站的日降水量之间相关系数R的平均值为0.4,表现为较低的相关性。从偏离真实值情况来说,东疆模拟值和观测值最接近。（2）分类验证统计方法对降水事件FBI （Frequency Bias Index）有所高估。按片区来说,降水事件高估的小值区主要在北疆,高估程度低于全疆平均水平。北疆的正确率POD （Probability of Detection）大于南疆、东疆,同时北疆发生空报率FAR （False Alarm Rate）的可能性也小于南疆、东疆。（3）通过实例验证了RFE2.0在北疆、南疆、东疆的可靠性。以上规律可为RFE2.0在新疆的应用提供科学依据。 相似文献
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秦岭主脊区年降水量空间插值最优方法研究 总被引：1，自引：0，他引：1
利用ARCGIS软件,以研究区多年平均年降水量为数据源,开展以下研究：（1）采用反距离权重法、普通（泛）克里金法、样条函数法和趋势面法进行直接内插。（2）利用降水量随海拔递增率,再次利用以上方法进行插值。（3）分析站点数量的变化对插值精度的影响。（4）分析插值空间尺度变化对插值精度的影响。针对插值结果,使用交叉验证法来评估插值方法的优劣,旨在找出研究区年降水量空间插值的最优方法。结果表明：（1）研究区多年降水量与纬度呈现出很好的负相关,与其他各地理环境因子相关性很差或无相关性。（2）考虑降水随海拔的递增率后,研究区南坡西段和研究区海拔<600 m和>800 m的大部分观测站的空间内插精度得到有效提高,其它区域以及其它海拔区间的插值精度反而降低,因此使用单一线性数据作为整个研究区降水随海拔的变化率不够科学和严谨。（3）在缺少研究区不同剖面降水观测资料的情况下,权重为0.001 的正规则样条函数法是最优插值方法。（4）像元尺度在50～1 000 m间的变化对降水插值的不确定影响甚微;插值精度与选取的插值点个数无明显相关性,当站点个数为20个时,插值精度最高。 相似文献
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基于贝叶斯最大熵的甘肃省多年平均降水空间化研究 总被引：1，自引：0，他引：1
贝叶斯最大熵方法可以对具有一定不确定性的“软数据”和认为没有误差的“硬数据”进行插值。对甘肃省1961—1990年52个气象站点的多年平均降水数据进行空间化研究。通过比较普通克里格、共协克里格、三元回归建模后残差插值以及基于贝叶斯最大熵的3种不同软硬数据参与情况下的插值结果,发现考虑降水30 a时间序列不完整性以及辅助变量经验模型不确定性的插值结果的MAE和RMSE,比直接使用多年平均降水数据直接插值的MAE和RMSE小,表明贝叶斯最大熵方法通过对不确定性的考虑可以有效降低预测结果的绝对误差。从降水的空间分布来看,考虑辅助变量DEM的插值结果能相对较好的体现高程对降水的地形影响,尤其分区将辅助变量转换为软数据可以有效体现不同区域高程对降水的不同影响问题。综合误差评价以及降水插值结果的空间分布,认为BME插值过程中可以考虑数据本身以及辅助数据利用的不确定性,使降水空间化的结果更加真实客观,同时为合理利用辅助信息提供了一个新思路。 相似文献
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Surface modeling of DEMs based on a sequential adjustment method 总被引：1，自引：0，他引：1
Chuanfa Chen Yanyan Li Tianxiang Yue 《International journal of geographical information science》2013,27(7):1272-1291
A sequential adjustment (SA) method is employed to decrease the computational cost of high-accuracy surface modeling (HASM), and the SA of HASM (HASM-SA) is being developed. A mathematical surface was used to comparatively analyze the computing speed of SA and the classical iterative solvers provided by MATLAB 7.7 for solving the system of linear equations of HASM. Results indicate that SA is much faster than the classical iterative solvers. The computing time of HASM-SA is determined by not only the total number of grid cells but also the number of sampling points in the computational domain. A real-world example of surface modeling of digital elevation models (DEMs) with various resolutions shows that HASM-SA is averagely more accurate and much faster than the commonly used interpolation methods, such as inverse distance weighting (IDW), kriging, and three versions of spline, namely regularized spline (RSpline), thin-plate spline (TPS), and ANUDEM in terms of root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and mean error (ME). In particular, the ME of HASM-SA at different spatial resolutions is averagely smaller than those of IDW, kriging, RSpline, TPS, and ANUDEM by 85%, 83%, 83%, 53%, and 19%, respectively. The high speed and high accuracy of HASM-SA can be due to the absence of matrix inversion computation, combined with the perfect fundamental theorem of HASM. 相似文献
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薄盘光滑样条插值中三种协变量方法的降水量插值精度比较 总被引：4，自引：0，他引：4
在薄盘光滑样条插值中,高相关协变量的选取决定了插值结果的精确性。以2001-2009年全国728个气象站点日降水为数据源,提取年降水量数据,在分析多年平均降水量与两协变量高程（DEM）和距海岸线距离（DCL）的空间相关性基础上,利用ANUSPLIN软件,比较不同协变量下降水量插值结果精度在全国尺度以及区域尺度上的差异。以DEM、DCL及DEM-DCL分别为协变量对降水量数据进行空间插值发现：①在全国尺度上,DEM法的平均绝对误差（MAE）为47.79,略低于DEM-DCL法（48.90）,但显著低于DCL法（55.54）;且DEM法的平均相对误差和均方根误差也明显低于其它两种方法。②在区域尺度上,除西藏地区外的其他7个区域,3种方法的插值误差与全国尺度上相一致。西藏地区降水插值结果以DCL法的精度最高,而DEM法则较差。研究建议除在西藏地区的降水量插值研究中采用DCL法,在全国其他大部分区域采用DEM法。 相似文献
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癌症已成为危害全球居民健康的重大民生问题,选取合适的空间插值方法分析小区域癌症数据的空间特征可对区域性癌症防控工作的有效开展提供依据。本研究以湖南省苏仙区2012和2016年以村为单位的肺癌死亡率数据为研究对象,以平均误差和均方根误差为评价指标,对反距离加权（IDW）、普通克里金（OK）、趋势面分析（TSA）、多元线性回归（MLR）与协同克里金（CK）五种典型空间插值方法进行精度效果对比及参数优选,并结合不同插值方法的优缺点,确定癌症数据的最优插值方法。结果表明：插值精度方面,CK法的均方根误差最小、插值精度最高,OK、IDW（幂值=1）和MLR次之,TSA（阶数=5）最低;插值效果方面,五种插值方法的实测值和预测值均显著相关,除CK外,其它四种方法均对死亡率低估程度较大,CK和OK插值结果的空间分布效果更好。同时考虑空间因素和影响因子的CK方法是小区域苏仙区2012年、2016年肺癌死亡率最优插值方法,应用该方法可对区域性癌症防控工作的有效开展提供最优的技术支撑。本论文的研究思路也可为小区域癌症数据空间插值方法及参数优选提供参考。 相似文献
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模糊坡位信息在精细土壤属性空间推测中的应用 总被引：2，自引：1，他引：1
坡位的空间渐变特征影响着小流域及坡面尺度上的土壤、水文、地貌等现象和过程,因此对精细尺度下的地理建模(如土壤空间信息推理)有重要作用。虽然目前已有多种模糊坡位信息定量提取方法,但所得到的模糊坡位信息还缺乏实际应用。本文以精细尺度下的土壤属性空间分布推测为例,对此展开探索。应用模型假设:(1)在小流域内,地形因素主导着土壤属性空间分布的变化;(2)典型坡位上对应分布着典型的土壤属性值,土壤属性与坡位之间存在协同变化关系。据此建立以模糊坡位信息对各类典型坡位上土壤样点属性值的加权平均模型,推测土壤属性的空间分布。模型应用于黑龙江省嫩江流域一个地形平缓的小区(面积约60 km2),通过一个以坡位典型位置作为原型的模糊坡位定量方法提取5类坡位(山脊、坡肩、背坡、坡脚、沟谷)的空间渐变信息,对土壤表层有机质含量的空间分布进行推测。推测结果通过研究区70个土壤采样点进行评价,以推测结果与评价样点集之间的相关系数、平均绝对误差、均方根误差作为定量评价指标,与使用常用地形属性的多元线性回归模型推测结果进行对比。评价结果表明,仅使用极少建模点的加权平均模型的推测结果优于多元线性回归模型的推测结果。 相似文献
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美国俄亥俄州土壤有机碳密度空间分布(英文) 总被引：2，自引：1，他引：1
Historical database of National Soil Survey Center containing 1424 geo-referenced soil profiles was used in this study for estimating the organic carbon(SOC) for the soils of Ohio,USA.Specific objective of the study was to estimate the spatial distribution of SOC density(C stock per unit area) to 1.0-m depth for soils of Ohio using geographically weighted regression(GWR),and compare the results with that obtained from multiple linear regression(MLR).About 80% of the analytical data were used for calibration and 20% for validation.A total of 20 variables including terrain attributes,climate data,bedrock geology,and land use data were used for mapping the SOC density.Results showed that the GWR provided better estimations with the lowest(3.81 kg m 2) root mean square error(RMSE) than MLR approach.Total estimated SOC pool for soils in Ohio ranged from 727 to 742 Tg.This study demonstrates that,the local spatial statistical technique,the GWR can perform better in capturing the spatial distribution of SOC across the study region as compared to other global spatial statistical techniques such as MLR.Thus,GWR enhances the accuracy for mapping SOC density. 相似文献
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为提高Hargreaves-Samani（H-S）模型计算参考蒸散发的精度,利用西北黄河流域与长江中下游平原共128个气象站点1961—2010年的逐日气象资料对H-S模型进行回归修正,以Penman-Monteith（P-M）模型为标准,评价了H-S改进模型H-SCORR模型的计算精度,并且以第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）气候模式来对H-SCORR模型进行了未来适应性评价。结果表明：修正后,在验证期内,长江中下游平原4个分区的平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE）的平均值分别下降了6.21 mm·月-1和6.38 mm·月-1;西北黄河流域4个分区的MAE和RMSE的平均值分别下降了9.26 mm·月-1和9.23 mm·月-1,2个研究区域修正后的决定系数（R2）比修正前最少提高1%。在CMIP6气候模式的未来气候情景下R2均达到0.98以上,具有良好的适应性。该研究修正的模型方法可为仅有气温数据的地区提供较高精度的参考蒸散发估算方法,为高频灌溉提供较为准确的数据基础。 相似文献
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Gerard B. M. Heuvelink 《International journal of geographical information science》2013,27(8):921-935
Abstract Recent developments in theory and computer software mean that it is now relatively straightforward to evaluate how attribute errors are propagated through quantitative spatial models in GIS. A major problem, however, is to estimate the errors associated with the inputs to these spatial models. A first approach is to use the root mean square error, but in many cases it is better to estimate the errors from the degree of spatial variation and the method used for mapping. It is essential to decide at an early stage whether one should use a discrete model of spatial variation (DMSV—homogeneous areas, abrupt boundaries), a continuous model (CMSV—a continuously varying regionalized variable field) or a mixture of both (MMSV—mixed model of spatial variation). Maps of predictions and prediction error standard deviations are different in all three cases, and it is crucial for error estimation which model of spatial variation is used. The choice of model has been insufficiently studied in depth, but can be based on prior information about the kinds of spatial processes and patterns that are present, or on validation results. When undetermined it is sensible to adopt the MMSV in order to bypass the rigidity of the DMSV and CMSV. These issues are explored and illustrated using data on the mean highest groundwater level in a polder area in the Netherlands. 相似文献
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采用基于风条纹提取风向的方式,利用地球物理模式函数,基于Sentinel-1A数据,通过CMOD5模型反演2017年3、5、7、12月份广东省近海海域风场。将反演结果与实测数据对比,风速普遍比实测风速大,风速反演的平均绝对误差为1.98 m/s,均方根误差为2.74 m/s,相关系数为0.8。其中3、5、7月的风速较为接近,且平均绝对误差和均方根误差都＜2 m/s,而12月份平均风速＞8 m/s,实测数据与卫星过境时间不完全匹配,导致平均绝对误差和均方根误差都偏大。哨兵一（Sentinel-1A）影像反演结果整体上与实测数据相一致,验证了COMD5反演模型适用于广东省近海高分辨率海洋风场反演,可为下一步估算广东省风能资源储量提供可能。 相似文献
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基于GIS的新疆气温数据栅格化方法研究 总被引：1，自引：1，他引：0
以新疆99个气象台站1971-2010年年平均气温为数据源,采用多元回归结合空间插值的方法对新疆区域气温数据进行栅格化研究。建立了年平均气温与台站经纬度和海拔高度的多元回归模型,对于残差数据的插值采用了反距离权重法(IDW) 、普通克立格法 (Kriging)和样条函数法(Spline)3种目前应用广泛的空间插值方法,针对于这3种方法进行了基于MAE和RMSIE的交叉验证和对比分析,结果表明在新疆的年平均气温的GIS插值方案中,IDW方法精度总体要高于其他两种插值方法。 相似文献
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利用中亚1979-2011年间162个观测站点月降水数据（OBS）,以平均偏差（MBE）、相关系数（R）、平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE）对CFSR、ERA-Interim和MERRA气象再分析降水数据在中亚地区的适用性进行评估。结果表明：（1）3套数据的模拟效果存在明显差异。其中MERRA的模拟精度最高（R=0.71）,ERA-Interim次之（R=0.53）,CFSR最低（R=0.50）;体现出3套数据不同的同化方案和数据源导致模拟效果的不同;（2）降水的年内变化上,3套再分析数据之间具有较好的一致性,但对[OBS]均表现出高估,并且对强降水月份（3,4月）高估幅度最大;（3）3套数据对海拔500～1 000 m地区的降水模拟精度最好,超过1 000 m后,随海拔升高模拟精度下降。以上规律可为3套数据的订正及其在中亚地区气候变化研究中的应用提供科学依据。 相似文献
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基于IBIS模型对中国1955~2006年的土壤上层1m的年平均与月平均土壤温度进行模拟,并利用全国气象站点土壤温度观测数据对模拟结果进行验证,结果显示中国南方区的模拟效果优于北方及青藏高原区,春、夏、秋三季模拟效果优于冬季,总体而言取得了较满意的效果。基于模拟结果,利用Mann-Kendall方法对中国1955~2006年年平均和月平均土壤温度进行趋势分析的结果表明,年平均土壤温度,中国北方呈显著上升趋势,南方呈非显著上升趋势,四川盆地、贵州中部、藏东南及天山地区等小部分区域呈现显著或非显著下降趋势;月平均土壤温度,北方基本保持显著上升趋势,南方地区7~9月份总体呈现出下降的趋势,8月份最为显著。 相似文献
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一种改进的生成区域日降水场的方法及精度分析 总被引：2，自引：1，他引：1
利用全国687个气象站点11年的日降水数据,对基于地理特征和统计回归的函数拟合类模型DAYMET生成中国区域日降水场的能力进行了验证。交叉验证表明,DAYMET模型估计日降水累计得到的年降水量的绝对偏差11年平均为29.8%,年降水总量估计偏差低于20％的站点占48.3％。鉴于中国陆地区域降水深受季风的影响,不同方位气象站点对插值点的影响也有所不同,引入了站点不同方位对插值的影响权重,对DAYMET模型进行了改进,改进后年降水量的绝对偏差降为27%。与梯度距离平方反比法相比,该方法具有较高的区域降水插值精度。还以无定河流域降水插值为例,说明降水插值精度的高低与区域内雨量站点的多寡紧密相联。 相似文献