GCM预测模式下黑河流域潜在蒸散发的演变分析

以Penman-Monteith模型为基准,通过参数修正从7个温度类模型中优选出适用于黑河流域潜在蒸散发（PET）估算的最优模型,再根据CMIP5中CSIRO-Mk3.6.0气候模式输出的研究区未来气候情景数据,对黑河流域历史时期（1961—2015年）和未来2021—2050年（T1）、 2051—2080年（T2）2个时段的PET值进行估算,并从时间和空间尺度2个方面分析其变化特征. 结果表明:1）研究区气象数据资料缺乏时（例如仅有气温数据）,参数修正后的Hargreaves-Samani模型可以作为Penman-Monteith的替代模型;2）黑河流域历史时期多年平均PET为1 102 mm,空间上由上游向下游逐渐增加,与多年平均气温的空间分布具有较强的一致性;3）流域未来多年平均PET空间分布特征基本不变. 受流域未来最高、最低气温增加的影响,流域多年平均PET在T1和T2时段较历史时期分别增加15%和20%. 不同空间位置处,PET变化存在差异:T1时段中游酒泉站较历史时期有所下降,而其余站点则有所上升,T2时段所有站点较历史时期则均有上升;且未来2个时段流域上游PET增幅均大于流域下游,这种空间差异性与流域未来最高、最低气温变幅的空间差异性较为一致.      

四种气温空间插值方法适用性分析

探讨不同地貌类型区各种气温空间插值方法的精度及其适用性,为环境科学、生态学和地理学等区域性研究提供气象要素空间插值方法选择依据。基于地面气象站点实测气温数据,采用Kriging、IDW、Spline和TPS四种空间插值方法对三江源区、横断山区、内蒙古草原和松嫩平原等热点研究区域进行气温空间插值精度对比分析。结果表明:①TPS插值法引入高程作为协变量提高了插值精度,适用于如青藏高原东南缘地形起伏较大、地域范围较广的区域,但在干热河谷等特殊地理环境中,插值精度有所下降且存在低估现象;②Kriging插值精度高于IDW和Spline,适用于地势平坦的松嫩平原等区域;③IDW和Spline插值法对气象站点分布和密度要求较高,适用于气象站点密度大且地形起伏较小的区域。4种气温插值方法中,TPS插值法精度最高,其次为Kriging插值法,IDW和Spline插值法精度相当。     

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.     

地统计方法在黑河上游气象分析中的应用比较

选取黑河上游研究区内的气象站,再逐渐增加其周围的站点,通过计算增加站点前后的误差效果,确定最优观测站点集为上游区域内的观测站点.应用3种不同的地统计方法对黑河上游气象要素进行插值,并比较其优劣.结果表明:无论是气温插值还是降水插值,改进的反距离倒数加权法的插值效果均比其他两种方法好;3种方法对气温数据的拟合效果较好,对山区降水事件的拟合能力均不理想.但当仅需要对降雨总量进行预测、计算时,改进的反距离倒数加权法效果较好.     

站点密度对复杂地形PRISM月降雨空间插值精度的影响

【目的】利用降雨和高程与坡向等地形因子之间关系,分析站点密度对于坡面回归方程模型(PRISM)插值精度的影响,探究该模型的适用范围。【方法】以北京西北山区为例,基于研究区数字高程模型(DEM)、山地自动气象站点数据和降雨数据计算插值结果,采用反距离加权法(IDW)、克里金法(Kriging)和样条函数法(Spline)等插值方法,以及交叉验证和实测数据验证等方法进行数据对比,分析站点密度对插值结果的影响。【结果】当站点密度从0.55×10^-2个/km²降低到0.18×10^-2个/km²时,各种插值方法的插值精度均随站点密度的减少而降低,PRISM模型的变化程度最大,Spline的变化程度最小; 同时当站点密度逐渐降低至0.18×10^-2个/km²时,PRISM模型的插值误差超越Kriging和IDW,但仍在Spline之上。【结论】当站点密度较低时,PRISM模型优势不明显,建议使用IDW和Kriging。     

雅鲁藏布江流域NDVI时空分布及与降水量的关系

对雅鲁藏布江流域归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)时空变化特征分析的同时,把流域站点降水量点数据插值成与流域NDVI相一致的空间Grid数据,并对流域NDVI与降水量的关系进行了分析.考虑到降水量插值误差的存在,分析了流域站点NDVI与降水量的关系.结果表明,流域与流域站点NDVI与降水量均具有较强的季节性与时间上的一致性.其线性相关系数与对数相关系数都在0.7以上.     

中国北方中部地区近五十年气温和降水的变化趋势

基于中国北方中部地区150个气象站点的气象数据,对该地区近50年来气温和降水量的倾向率及其空间分布运用线性趋势分析和空间插值等方法进行分析.结果表明:该地区气温在近50年呈现出整体上升趋势,且2月份的升温最为显著;气温变化趋势的分布格局上,东南部升温速率较西北部低;平均最低气温上升趋势明显,对气温升高的贡献率较大;降水量呈下降趋势,下降区域主要集中在35~40°N之间,且主要与7、8月份降水量减少有关.     

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.     

黑河上中游流域植被时空演变规律及其对水热条件的响应特征分析

基于黑河上中游流域1999—2010年SPOT NDVI旬数据及气温、降水旬数据,采用趋势分析和时滞互相关法,对研究区内植被的时空变化规律及其对水热条件的响应特征进行了分析.结果表明:1)1999—2010年,黑河流域上游植被覆盖状况优于中游,中游除张掖市及酒泉市存在人工植被外,其他区域基本不存在人工植被;2)在1999—2010年间黑河上游流域大部分地区的植被均表现出明显退化趋势,中游流域的植被整体表现为轻度退化;3)黑河上中游流域的植被受气温的影响大于降水,而对降水的响应更为迅速.不同类型的植被对气温、降水的响应速度不一.     

中国生物多样性研究中栅格大小的选择

研究矢量数据转换成栅格数据时选择合适的栅格大小,对研究大区域范围生物多样性具有指导意义.将中国县数据的矢量数据转换成栅格数据时,合适的栅格大小为0.1°×0.1°或10km×10km.中国壳斗科植物多样性研究从矢量数据转换成栅格数据时,选择栅格大小在0.1°×0.1°到0.4°×0.4°之间均可.经度差值(或纬度差值)与经向差值(或纬向差值)可互算,即0.1°相当于10km,1°相当于100km.在矢量数据转换栅格数据时,最好选择中心点法.