Bias estimation and correction for triangle-based surface area calculations     

Shuqiang Xue  Jiping Liu  Jinzhong Mi  Chun Dong  Yingyan Cheng 《International journal of geographical information science》2016,30(11):2155-2170

The calculation of surface area is meaningful for a variety of space-filling phenomena, e.g., the packing of plants or animals within an area of land. With Digital Elevation Model (DEM) data we can calculate the surface area by using a continuous surface model, such as by the Triangulated Irregular Network (TIN). However, just as the triangle-based surface area discussed in this paper, the surface area is generally biased because it is a nonlinear mapping about the DEM data which contain measurement errors. To reduce the bias in the surface area, we propose a second-order bias correction by applying nonlinear error propagation to the triangle-based surface area. This process reveals that the random errors in the DEM data result in a bias in the triangle-based surface area while the systematic errors in the DEM data can be reduced by using the height differences. The bias is theoretically given by a probability integral which can be approximated by numerical approaches including the numerical integral and the Monte Carlo method; but these approaches need a theoretical distribution assumption about the DEM measurement errors, and have a very high computational cost. In most cases, we only have variance information on the measurement errors; thus, a bias estimation based on nonlinear error propagation is proposed. Based on the second-order bias estimation proposed, the variance of the surface area can be improved immediately by removing the bias from the original variance estimation. The main results are verified by the Monte Carlo method and by the numerical integral. They show that an unbiased surface area can be obtained by removing the proposed bias estimation from the triangle-based surface area originally calculated from the DEM data.  相似文献   

中国地区集合预报产品自适应递减平均偏差订正法的改进研究     

肖瑶  史一丛  王耸  王新伟 《气象与环境学报》2019,(2):9-14

基于中国地区T213集合预报产品2 m温度预报数据,采用卡尔曼滤波类型的自适应递减平均法进行偏差订正处理,原方案在剧烈降温天气订正效果表现不理想。通过对递减平均参数w的重新构建得到改进的订正方案w(i,p)(i为站点信息,p为天气过程信息),在此基础上进一步优化对历史信息的有效提取,得到改进的方案w(i,p)相似法和w(i,p)统计法,并进行效果检验。结果表明:改进为包含空间和天气过程信息的函数w(i,p)后方案的订正效果得到不同程度的提高,其中24 h剧烈降温预报各成员预报均方根误差平均减小了0. 15℃;而进一步改进的w(i,p)统计法在当前几种剧烈降温预报中订正效果最优,其集合平均偏差与w(i,p)方案相比减小2. 54℃。  相似文献   

气候系统模式FGOALS模拟的南亚夏季风：偏差和原因分析     

黄昕  周天军  吴波  陈晓龙 《大气科学》2019,43(2):437-455

本文通过与观测和再分析资料的对比,评估了LASG/IAP发展的气候系统模式FGOALS的两个版本FGOALS-g2和FGOALS-s2对南亚夏季风的气候态和年际变率的模拟能力,并使用水汽收支方程诊断,研究了造成降水模拟偏差的原因。结果表明,两个模式夏季气候态降水均在陆地季风槽内偏少,印度半岛附近海域偏多,在降水年循环中表现为夏季北侧辐合带北推范围不足。FGOALS-g2中赤道印度洋"东西型"海温偏差导致模拟的东赤道印度洋海上辐合带偏弱,而FGOALS-s2中印度洋"南北型"海温偏差导致模拟的海上辐合带偏向西南。水汽收支分析表明,两个模式中气候态夏季风降水的模拟偏差主要来自于整层积分的水汽通量,尤其是垂直动力平流项的模拟偏差。一方面,夏季阿拉伯海和孟加拉湾的海温偏冷而赤道西印度洋海温偏暖,造成向印度半岛的水汽输送偏少;另一方面,对流层温度偏冷,冷中心位于印度半岛北部对流层上层,同时季风槽内总云量偏少,云长波辐射效应偏弱,对流层经向温度梯度偏弱以及大气湿静力稳定度偏强引起的下沉异常造成陆地季风槽内降水偏少。在年际变率上,观测中南亚夏季风环流和降水指数与Ni?o3.4指数存在负相关关系,但FGOALS两个版本模式均存在较大偏差。两个模式中与ENSO暖事件相关的沃克环流异常下沉支和对应的负降水异常西移至赤道以南的热带中西印度洋,沿赤道非对称的加热异常令两个模式中越赤道环流季风增强,导致印度半岛南部产生正降水异常。ENSO相关的沃克环流异常下沉支及其对应的负降水异常偏西与两个模式对热带南印度洋气候态降水的模拟偏差有关。研究结果表明,若要提高FGOALS两个版本模式对南亚夏季风气候态模拟技巧,需减小耦合模式对印度洋海温、对流层温度及云的模拟偏差;若要提高南亚夏季风和ENSO相关性模拟技巧需要提高模式对热带印度洋气候态降水以及与ENSO相关的环流异常的模拟能力。  相似文献   

四川地区多模式2m温度预报性能分析及集成方法研究          下载免费PDF全文

冯良敏  周秋雪  陈朝平  范江琳 《高原山地气象研究》2019,39(2):30-36

本文通过分析2017年9~12月四川地区ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting)细网格模式、GRAPES_GFS(Global and Regional Assimilation and Prediction System)全球模式和西南区域模式(South West Center-WRF ADAS Real-time Modeling System, SWCWARMS)2m温度168h预报时效内的系统性偏差特征,采用滑动双权重平均法分别对三种模式温度预报产品进行偏差订正,并集成得到各时效2m温度的订正场,结果表明:(1)三种模式的预报存在明显的日变化,整体上EC模式的预报最优。(2)三种模式对于低温和高温的预报,在全省均大致呈现负的系统性误差,特别在高原及过渡区表现的尤为明显。(3)订正后三种模式的预报准确率显著提高,均方根误差减小1.4~2.5℃,大部分地区平均误差维持在±0.5℃之间,在系统性偏差较大的地区,订正效果更好。(4)两种集成方案预报结果接近,且均优于三种模式的订正预报。  相似文献   

Latitudinal and Scan-dependent Biases of Microwave Humidity Sounder Measurements and Their Dependences on Cloud Ice Water Path     

Anqi CAI  Xiaolei ZOU 《大气科学进展》2019,36(5):557-569

The relationship between differences in microwave humidity sounder(MHS)–channel biases which represent measured brightness temperatures and model-simulated brightness temperatures, and cloud ice water path(IWP) as well as the influence of the cloud liquid water path(LWP) on the relationship is examined. Seven years(2011–17) of NOAA-18 MHS-derived measured brightness temperatures and IWP/LWP data generated by the NOAA Comprehensive Large Array-data Stewardship System Microwave Surface and Precipitation Products System are used. The Community Radiative Transfer Model, version2.2.4, is used to simulate model-simulated brightness temperatures using European Center for Medium-Range Weather Forecasts reanalysis data as background fields. Scan-angle deviations of the MHS window channel biases range from-1.7 K to1.0 K. The relationships between channels 2, 4, and 5 biases and scan angle are symmetrical about the nadir. The latitudedependent deviations of MHS window channel biases are positive and range from 0–7 K. For MHS non-window channels,the latitudinal deviations between measured brightness temperatures and model-simulated brightness temperatures are larger when the detection height is higher. No systematic warm or cold deviations are found in the global spatial distribution of difference between measured brightness temperatures and model-simulated brightness temperatures over oceans after removing scan-angle and latitudinal deviations. The corrected biases of five different MHS channels decrease differently with respect to the increase in IWP. This decrease is stronger when LWP values are higher.  相似文献   

CWRF模式在中国夏季极端降水模拟的误差订正          下载免费PDF全文

董晓云  余锦华  梁信忠  马圆 《应用气象学报》2019,30(2):223-232

利用1980—2015年6—8月我国逐日降水观测数据评估CWRF模式（Climate-Weather Research and Forecasting model）多种参数化方案对我国夏季日降水的模拟能力,并考察累积概率变换偏差订正法（CDFt）的订正效果。通过将广义帕累托分布（GPD）引入到偏差订正模型中,提出针对极端降水的累积概率变换偏差订正法（XCDFt）,检验和评估其对极端降水订正的适用性。结果显示:CWRF模式微物理过程选用Morrison-aerosol参数化方案组合对我国降水场的模拟较好,CDFt订正效果良好;XCDFt偏差订正模型能够较好地提取模式建模与验证时期变化信号,订正后相比订正前与观测极端降水的概率分布更为接近;经过XCDFt订正后华南、华中和华北地区20年一遇的极端降水重现水平较模拟值更接近观测值,可为CWRF模式提高极端降水的业务预测水平提供参考。  相似文献   

NEX-GDDP和CMIP5对青藏高原地区近地面气象场历史和未来模拟的评估与偏差校正     

陈说  叶涛  刘苇航  王爱慧 《高原气象》2021,(2):257-271

青藏高原是全球变化研究的热点区域,气候模式模拟是研究该区域气候变化的重要数据来源.本文使用基于中国地面台站的插值格点数据集(CN05.1),对国际气候耦合模式第5次比较计划(CMIP5)及其高分辨率统计降尺度数据集(NEX-GDDP)中15个模式1966-2005年间的逐日最高/最低气温、降水和平均风速在青藏高原区域的...  相似文献   

北斗星地双向时频传递与广广播钟差精度分析     

巩秀强  陈俊平  周善石  吴斌 《天文学进展》2019,(2):178-186

与其他卫星导航系统不同,北斗卫星导航系统采用星地双向时间比对技术,直接测量卫星钟相对于地面保持的系统时间的钟差,并用于广播电文钟差参数的建模。讨论了电离层延迟误差、卫星相位中心误差等不同误差源对不同类型卫星双向时间同步卫星钟差精度的影响。实测数据分析结果表明,星地双向卫星钟差内符合精度(RMS)优于0.15 ns。利用双向卫星钟差序列,对广播星历钟差参数预报精度进行了分析,统计结果显示广播电文钟差参数预报1 h,精度在2 ns以内,移动卫星刚入境时,钟差参数预报6 h误差可达10 ns。  相似文献   

GPS静态精密单点定位算法精度分析   总被引：1，自引：0，他引：1  

符华年  张旭东  胡玉坤 《测绘通报》2019,(2):95-98

采用精密轨道和钟差,利用Bernese软件解算得到亚洲地区13个IGS跟踪站的站坐标、对流层ZTD和接收机钟差,将解算的结果与CODE发布的结果对比发现：静态PPP算法解算的N方向收敛精度明显优于E方向和U方向,4~6 h后,坐标偏差在1 cm左右;NEU RMS均值分别为0.45、0.29、0.69 cm,ZTD RMS均值为0.85 cm,接收机钟差RMS均值为0.14 ns。试验表明：精密单点定位算法具有较高的精度和可靠性,可为实际工程测量及相关地球物理信号研究提供理论依据。  相似文献   

一种基于灰色神经网络的卫星钟差预报策略     

闵扬海  王潜心  丛丽娟 《测绘科学》2019,44(8):190-198

针对钟差预报中灰色神经网络模型种类较多、性质和适用范围尚未具体分析的问题,根据其预报特点,该文提出了一种基于灰色神经网络的自适应钟差预报策略。基于MGEX精密钟差数据进行预报实验,采用不同建模钟差数据量进行相同时间段钟差预报,对3种不同的灰色神经网络模型钟差预报效果进行对比,总结了几种预报模型的性质与适用范围。该文提出的自适应预报策略较好地平衡了几种灰色神经网络模型的特点,提升了钟差预报效果。基于该文策略的实验结果表明:所提策略能够有效利用不同灰色神经网络模型特点,提高钟差预报精度。在1d预报中,该策略较本文提及的其他可靠方法精度提升1%~3%;6h预报中,该策略较较灰色模型等精度提高0.02~0.09ns。  相似文献