气象空间插值技术的研究进展全解.ppt

气象空间插值技术的研究进展 王勇 南京信息工程大学 遥感学院 E-mail:wyong0210@163.com 气象空间插值技术的研究进展 1、引言 2、气象空间插值技术的研究进展 3、基于插值方法的气候资料重建 引言 随着现代社会需求与农业生态学、气候学等学科的发展，也迫切需要高时空分辨、空间栅格化的气象要素数据。 利用已知气象站点的观测数据对未知点进行插值预测是20 世纪以来地理科学研究的一个热点。 空间插值 通过填补样本点之间的数据空白，将空间上离散的测量数据转换为连续的曲面数据，以获取区域上任何一点变量的属性值。 气象空间插值技术的研究进展 传统的空间插值方法有反距离加权法、泰森多边形法、多项式回归法、克里金法等 这些插值方法均是建立在存在空间自相关或在空间上平滑连续的假设之上，并未考虑相关因素的影响，插值精度不高，插值模型的物理意义也不明确。 气象空间插值技术的研究进展 最近邻点法又叫泰森多边形方法。它采用一种极端的边界内插方法—只用最近的单个点进行区域插值（区域赋值）。 反距离加权法 反距离加权法最早由 Shepard 提出(1982)提出的，并逐步得到发展。每个采样对插值结果的影响随距离增加而减弱，亦即距目标点近的样点有较大的权重。 多项式回归 多项式趋势面随着N值的不同，其形态也不同。 一般地讲，N值越大，拟合精度越高。拟合精度C以下式表示，通常C为60％～70％时，该多项式就能够揭示空间趋势。 克里金插值(Kriging) 克里金插值由南非采矿工程师D.G.克里格（D. G. Krige）于1951年首次提出，故命名为“克里金”法，后经法国著名地理数学学家G. Matheron发展深化。 气象空间插值技术的研究进展 近年来出现了大量的插值模型和改进算法，从发展方向上看，大致可以分为三类： 一、数据上的改进，通过增加这些辅助信息以提高插值模型的精度。 二、数学模型上的改进，即在同样的数据源上，改进新的数学算法，以获取更优的插值模型，以提高插值精度。 三、根据特定区域的地形地貌特征而提出一种新的更适合该研究区域的插值方法。 气象空间插值技术的研究进展 ①增加相关的辅助地理信息 早在1984 年，Eleanor 等人运用多元回归法对气温和降水的空间分布进行插值时，就考虑到了地形变量对气温和降水的影响。Marquinez 等人则利用多元回归方法和GIS 技术，分析了降水和一系列地形变量的关系，并指出最好的插值模型是将五个影响降水的地形变量(高程、坡度、坡向、离海岸线的距离和离相对西边的距离)作为影响因子来考虑。将更多的可能会影响到插值分析结果的因素考虑进去，是插值方法发展的一个主要趋势和突破点。 案例：基于DEM的气温空间分布 采用的方法：三维二次趋势面+ 样条插值法 案例：基于DEM的气温空间分布 T= f (λ,φ, h) +ε 案例：基于DEM的气温空间分布 SPSS软件实现 案例：基于DEM的气温空间分布 求算实测值与模拟值的误差 模拟值 f(λ,φ,h) = 36.4+（-3.5*10^6）*hh+（-0.005）*oa 其中hh是dem的平方，oa是经度*纬度。 然后求算误差 ERR=实测值-模拟值 案例：基于DEM的气温空间分布 气象空间插值技术的研究进展 ②数学模型上的改进 Wong等人将神经元网络、自组织方法、以及模糊数学等三种方法同时应用到降水插值的模型之中，取得了比较理想的插值效果。Daly 等人建立了PRISM (parameter—elevation regressions on independent slopes model)插值模型。该模型可对不同时间尺度的降水和温度进行插值分析。属于多元回归法的一种。该模型适宜于地形起伏较大的地区。 气象空间插值技术的研究进展 ③新方法的提出 Hutchinsont针对气候要素插值的特点，基于经度、纬度和海拔高度的线性相关关系，提出了薄板局部光滑样条插值方法，经不断改进得到了广泛的应用，之后还发展了相应的空间插值软件(ANUSPLIN)。这一方法之后成为空间插值的主要方法之一，是一个突破。 气象空间插值技术的研究进展 ANUSPLlN使用方法如下： (1)安装ANUSPLIN (2)根据要求写批处理命令文件 (3)在ARCGIS中将输出表面ASCII文件转换成grid格式文件，进行可视化操作。 气象空间插值技术的研究进展 基于插值方法的气候资料重建 研究内容 科学重建余杭区西部山区（以现径山镇区域站代表站）和东部平原（以现临平区域站为代表站）2010年逐日或逐月气候资料序列。 重建要素 气温--逐日最高气温、最低气温和平均气温； 气压--逐日平均本站气压； 平均相对湿度--逐日相对湿度； 风--月平均风