基于DEM的广东省平均气温空间插值Ⅰ——研究方法

以广东省为研究区域．利用地理信息系统软件ArcGIS9．3,分别运用样条函数法、反距离权重法、普通克里格法对广东省及周边的60个气象站点2003—20｜2年的月平均气温进行空间插值,并根据气温垂直变化规律利用数字高程模型对插值结果进行了修正．采用平均绝对误差和均方根误差对插值结果进行精度评估。试图探索最适合广东省气温空间插值的方法．并通过引入数字高程模型提高插值精度。     

新疆天山山区降水量插值方法比较

雨量站网通常采用插值法获取降水空间分布信息,但在气象站点分布不均,海拔落差大的复杂山区,普通插值法插值结果精度较低.针对复杂山区,应在普通插值方法的基础上加入高程等地形因素.以我国新疆天山山区及周边44个气象站点57年(1958～2015)的平均年降水量和平均季度降水数据为基础,采用克里金插值法、样条函数插值法、反距离权重插值法、考虑高程的反距离权重插值法以及考虑高程的协同克里金插值法5种方法进行空间降水插值,选用36个为插值站点,8个为检验站点,通过相对误差和均方根预测误差为指标对插值结果进行检验,研究不同插值方法对天山山区降水插值结果精度影响.结果表明:采用混合插值的考虑高程的反距离权重法与考虑地形因素的协同克里金法的插值结果与实际情况较为一致.     

复杂山地环境下气候要素的空间插值方法比较研究

复杂山地环境下气候要素的空间插值长期以来是地理科学研究的一大热点和难点问题.该文以中国康滇区为研究区域,以康滇区基准气象站点的分布图和1 km精度的数字高程模型为实验数据,借助传统的普通克里格法和反距离加权法以及将海拔高程引为变量的薄板光顺样条插值方法,对多年月平均温度和降水量进行空间插值方法的比较研究.结果表明,康滇区温度的空间分布呈现出明显的地带差异,而降水量的空间分布没有明显的地带差异;均方根误差等统计指标评价薄板光顺样条插值方法的插值精度最高.与普通克里格法和反距离加权法相比,薄板光顺样条插值方法更适宜用于复杂山地环境下气候要素的空间插值.     

基于矩阵分解的降水时空插值方法

为了提高基于雨量站网观测值估算降水空间分布的精度,同时考虑降水的时序发展趋势和站点空间分布,将传统的插值方法（反距离权重法、普通克里金法）和Funk矩阵分解（Funk SVD）模型结合,提出了一种基于矩阵分解的插值方法,并采用黄河流域小浪底到花园口区间2009—2012年多场降水的日观测数据进行了精度检验。结果表明,通过与Funk SVD模型结合,反距离权重法和普通克里金法在平均绝对误差、百分误差等评价指标上的精度提升均超过15%,改善效果在周围站点分布不均匀或降水量很大的情况下尤为明显,可以大幅度减少传统方法在降水插值过程中的估计误差,提升空间估算的精度。     

天津降水数据的空间插值分析

采用反距离加权法(IDW)、梯度距离平方反比法(GIDW)、普通克里格法(OK)、协同克里格法(COKRING)插值方法,对天津市及周边地区四种频率年平均最大一日暴雨量数据的空间插值精度进行对比研究.交叉验证表明:四种频率降水量的插值平均绝对误差(MAE)为:15.77mm、18.42 mm、11.71mm、11.72mm;平均均方根误差(RMISE)为:22.02 mm、33.29 mm、19.43mm、19.71 mm;插值精度排序为OK>COKING>IDW>GIDW;OK与COKRING差别并不明显,GIDW精度远低于IDW;降水频率的高低影响插值的误差,二者呈显著负相关关系.天津一日最大暴雨量的空间分布特征为:由北部山地和东南部沿海向中部地区逐渐减少.     

3种空间插值方法在道路尘中Pb监测数据统计处理中的应用比较

以福建省龙岩市道路扬尘监测分析中的Pb元素质量浓度为例, 选取地统计学中具有代表性的反距离权重法、 径向基函数法、 普通克里格法3种空间插值方法, 进行污染物浓度的空间插值, 通过对插值结果进行交叉验证和评价, 对这3种插值方法进行对比研究. 道路扬尘样本共56个, 其中44个样本用于空间插值, 其余12个样本用于结果验证. 结果表明, 普通克里格法的平均预测误差为-0.129 6, 均方根预测误差为24.19, 与其他两种方法相比, 在检验标准上有明显优势, 故普通克里格法对于描述污染物质量浓度的空间分布趋势效果最佳, 而其他两种方法对Pb元素的空间分布插值精度较差.     

基于地形的大气水汽插值方法比较

对于分辨率差别较大的MERIS水汽产品与ASAR数据,直接利用ONN地形模型进行大气空间插值对局部地形变化较大的区域插值精度不高。针对这一问题,在基于ONN地形水汽空间插值的基础上,提出应用普通Kriging和von Karman Kriging 2种插值模型对局部大气进行空间插值。为修正Kriging模型引起的局部过度平滑问题,运用这2种Kriging模型的基础上,提出运用Yamamoto修正的Kriging法对区域大气残差进行空间插值。将全局ONN插值结果与局部大气残差估计值相加,得到区域的大气分布状况。对3种不同的插值方法进行交叉验证比较发现:利用ONN地形模型+基于残差的von Karman Kriging方法空间组合插值方法精度,无论是均方根误差ERMSE、平均绝对误差EMAE、平均相对误差EMRE还是平均相位标准偏差都远低于ONN地形模型+基于残差OK的空间组合插值和简单的ONN地形模型的插值误差,而且ONN地形模型和基于残差的von Karman Kriging的空间组合插值方法能进一步克服ONN+基于残差OK模型的区域平滑问题,更符合大气的空间分布特征。     

基于Kriging模型的地面气温空间插值研究

基于中国气象局提供的全国192个气象观测站的日均地面气温(SAT)数据,利用Kriging模型对研究区域内任意位置SAT进行插值评估.为了使应用于Kriging模型的试验数据满足弱平稳性,首先使用傅立叶级数拟合并去除原数据中的年趋势;并根据各位置的地理坐标,包括海拔和经纬度,拟合出研究区域的空间趋势.反距离加权(IDW)插值法作为比较对象也被应用于试验中.采用交叉验证的方式,将192个观测站依次作为目标点进行插值并与该站的实际数据比较,计算各站插值评估的平均绝对误差(MAE)与均方根误差(RMSE),从而比较两种方法的精确度.结果表明Kriging模型在174个观测站得到的插值结果优于IDW插值法.并且,在Kriging过程中,去除时间趋势和空间趋势对准确获取研究区域内的空间相关性起到了重要作用.     

山西高原气温空间插值分析

基于山西高原及其周边区域共27个国家标准气象站1981—2005年的日气温资料,结合数字高程模型,利用反距离加权、全局多项式、局部多项式、径向基函数、样条函数、趋势面、普通克里金与协同克里金共8种空间内插方法对山西高原年均气温进行插值,然后用留一交叉验证法对各种插值方法进行精度对比,最后分析了山西高原多年平均气温的空间分布特征.结果表明:1)以高程为协同因子的协同克里金法精度最高,是适合山西高原气温插值的最优方法;2)基于地统计学的协同克里金和普通克里金比常规的插值方法精度要高;3)常规的插值方法按精度由高到低排序为径向基函数、局部多项式、反距离加权、全局多项式、趋势面、样条函数;4)山西高原气温在空间分布上具有明显的地域性特征,表现为从低纬度向高纬度递减的规律.     

公路气候区划的DEM综合插值法

温度插值方法的精度对于公路气候区划有重要的影响,以新疆天山地区为例,利用天山及其周边地区共52个气象站点在1971~2000年间的气温数据,采用数理统计方法中的多元线性回归法分析了天山地区累年年平均气温与经度、纬度和海拔的相关关系,在基于DEM(数字高程模型)一般插值方法的基础上,引入残差提出了基于DEM的综合插值法,与反距离权重法、普通Kriging法以及基于DEM的一般插值方法进行了插值效果对比和精度比较,在此基础上对4种插值方法得到的温度分布进行了分区,并对分区结果进行了分析。研究结果表明:插值精度越高,插值得到的气温分布与实际气温分布越接近,温度区划结果就越精确;基于DEM的2种插值方法较反距离权重法、普通Kriging法精度提高了1倍,更适用于地形复杂地区的公路气候区划需求;基于DEM的综合插值法相较于基于DEM的一般插值法在计算精度上提高了10%以上,在公路气侯区划数据有限时具有一定的优越性。     

湖南省年均降水量空间插值模拟方法比较研究

用反距离权重法、普通克里金法、协克里金法、径向基函数法、全局多项式法、局部多项式法对湖南省及其周边50个气象站点1971-2000年年均降水量进行空间插值,将插值估算结果与检验点作对比分析,结果表明,上述6种插值方法均能反映湖南省内平均降水量的空间分布特征,局部多项式法插值误差最小,精度最高.由于降水量是受多因素影响的复杂过程,还需要考虑更多的因素对现有插值模型的改进,进一步提高降水量空间插值的精度.     

不同空间插值方法对博斯腾湖水体矿化度的适应性评价研究

文章通过用GIS中常用的五种插值方法,反距离加权(IDW)、全局多项式(GP)、局部多项式(LP)、普通克里金(OK)和径向基函数(RBF)对博斯腾湖的矿化度进行了空间插值,利用均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)三个误差评定指标结和模拟值与实测值的相关系数R2对这五种不同插值方法精度进行了综合性评价。结果表明:全局多项式插值方法在博斯腾湖矿化度插值中取得的精度最高,其中均方根误差、平均绝度误差、平均相对误差和相关系数分别为0.03383、0.02525、0.01921和0.97763。最后利用全局多项式插值方法得到的结果对博斯腾湖矿化度空间分布状况进行了分析评价,博斯腾湖水体矿化度存在明显的空间梯度。矿化度的空间分布主要与流入和流出地表水及其水质息息相关,即在西北方向的矿化度最高在1.5-2.0g/L,博斯腾湖中央和东南方向上矿化度相对较低在1.0-1.5g/L,在西南角方向的矿化度最低在0.7-1.0g/L。这些研究成果对于博斯腾湖水资源的可持续管理和区域社会经济发展等领域具有重要的参考意义。     

基于空间插值方法的路面结构设计湿度指标精度研究

目的选取最优的空间插值方法求取年降水量,为沥青路面结构组合设计提供湿度参数,进而达到依据区域湿度特点规范设计道路结构参数的目的.方法采用4种半变异函数模型的普通克里格法等3种常见的空间插值方法对辽宁省年降水量空间要素进行插值研究,采用交叉验证法评价各方法的插值效果.结果就辽宁省年降水量而言,4种半变异函数模型中的环形模型精度最高.利用CM半变异模型的普通克里格法和其他两种插值方法计算所得平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差具有一致性,其中OK法精度最高.结论选取CM半变异模型的OK法求取年降水量可满足计算要求,进而为道路结构设计的湿度参数选取提供参考.     

福州市城区PM_(10)浓度空间插值方法对比研究

基于福州市城区空气自动监测站点的PM_(10)浓度数据,通过对其分布特征进行探究,采用反距离权重插值法、径向基函数法和普通克里金插值法等进行空间插值,利用交叉验证对插值结果进行误差分析。结果显示,普通克里金法的空间插值效果最为理想,其次是径向基函数法,反距离权重插值法则最差。PM_(10)的季节性分布特征对空间插值结果有显著影响,三种方法夏季插值结果均明显优于其他季节,夏季径向基函数法插值结果只略逊于普通克里金法,此时可选择径向基函数法插值。三种插值方法的PM_(10)浓度空间分布趋势是一致的。     

局部回归克里格在气温栅格化中的应用

气温是全球环境变化、农业、生态等研究领域的重要输入变量,气温栅格数据能有效地与其他空间数据进行叠加分析,目前主要通过空间插值获得.本文采用局部回归克里格(Local Regression Kriging)构建全国1981—2010年30年累年年均气温空间分布数据集,并与常规插值方法进行精度对比.插值结果与我国整体的气温分布趋势一致,同时也反映了典型区域气温的局部特征.西北地区受海拔高低起伏的影响,温度呈现出以青藏高原地区为中心,向外围逐渐升高的特点.交叉验证结果表明,充分考虑了气温空间异质性以及残差空间自相关性的邻域为50的局部回归克里格法插值精度相对最高,其均方根误差(RMSE)为1.788℃,平均绝对误差(MAE)为1.127℃,拟合优度R2为0.916 9.     

雨量数据空间探索与插值方法探讨

对降雨量资料中的样本数据用直方图和正态QQ分布图进行了空间分布规律的探究以及自相关性的趋势分析,并结合空间分辨率为30m的高程数据以及陕西省流域图离群值的合理性进行分析;对处理后的数据进行了空间插值分析,插值方法有确定性插值(全局多项式法、反距离权重法、样条函数法)以及克里金插值法(简单克里金法、普通克里金法)两大类;通过交叉验证和一般验证来获取不同插值方法的精度,进行比较得出精度值最高的插值方法,并通过精度值选择最合适的模型来分析陕西省的降雨量空间分布规律。主要得出以下结论:(1)通过热点分析,研究区域的高程值与雨量值呈现负相关;(2)地形地貌和河流对研究区域的降雨量有很大影响。(3)在确定性插值方法中,样条函数法的研究区整体精度高于全局多项式法和反距离权重法;(4)在克里金插值方法中,普通克里金法的研究区整体精度高于简单克里金法;(5)普通克里金法的研究区整体精度高于样条函数法。     

基于支持向量机的张掖市温度预报研究

基于21种常见的气象要素数据，利用支持向量机回归模型对张掖市的气温、最高气温、最低气温、24 h变温、露点温度和0 cm地温进行了预报。研究结果表明：支持向量机对张掖市温度有较强的预报能力，预报值与真实值十分接近，预报准确率都能达到90%以上；支持向量机对最低气温预报结果的平均绝对误差和均方根误差最小，为0.440℃和0.747℃，准确率达到了97.85%，对0 cm地温预报结果的平均绝对误差和均方根误差最大，为2.539℃和3.894℃，准确率为91.41%。     

基于DEM的甘肃降水空间分布

采用甘肃省内52个气象站点51年(1963-2013年)的逐日降水量观测资料和分辨率为100m×100m的甘肃省数字高程模型(DEM)数据为基础,结合GIS技术,偏相关法,应用多元回归法、克里格法、反距离权重法和径向基函数法等4种基于DEM空间的差值方法,对甘肃省46个气象站点51年(1963-2013年)平均降水量进行空间插值计算,用6个气象站点的降水资料对插值结果进行验证以及误差分析等。分析了甘肃省降水的影响因子和分布特征。结果表明:甘肃省的降水量主要受经纬度和海拔的影响;考虑地形等因素的多元回归法的插值结果的精度明显优于其他三种方法;甘肃河东属于半干旱气候,河西地区属干旱气候,而在甘肃河东南部的广大区域降水量较其他地区多,年降水量在500～700mm。     

基于GIS的毕节烟地土壤厚度空间插值方法比较研究

基于地理信息系统软件ArcMap的统计分析模块,分别采用反距离权重法、样条函数法和普通克里格法,对毕节市492个烟地样本点进行空间插值,并利用交叉验证方法对插值精度进行评估。结果表明:普通克里格法对耕深、犁底层、可耕层均具有最好的插值精度。对于耕深和可耕层,样条函数法的插值精度优于反距离权重法;而对于犁底层,反距离权重法的插值精度优于样条函数法。普通克里格法插值结果表明:赫章县、威宁县烟地各项土壤厚度均较大;七星关区、大方县、黔西县和大方县交界处各项土壤厚度均较小。     

权重对空间插值方法的影响分析

GIS软件中包含了一些通用的空间插值方法模板,用户在使用空间插值方法时由于参数选取不当可能带来误差,例如:IDW法的幂指数默认值为2,但实验证明幂指数为2并不一定是最佳的.以反距离加权平均法和样条函数为例进行研究,结果表明:IDW法权重的选择对插值结果有很大的影响,幂指数的选择要根据研究区域的具体情况确定;在插值点稀少或数据缺乏的地区,适当的提高IDW的幂指数值可以提高插值精度;相比IDW法,样条函数法更适合应用于表面逐渐变化的情况,如:温度、高程、地下水位温度、污染浓度等.