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首页时空Kriging插值提升气温预测精度:37年黑龙江省月均气温案例
本文主要探讨了利用时空Kriging技术对黑龙江省近37年的月均气温数据进行插值研究。时空Kriging是一种扩展自空间Kriging的方法,它考虑了空间和时间两个维度的相关性,这对于处理像气温这种具有明显季节性变化的变量非常适用。研究者首先对月均气温数据进行了季节性调整,以消除季节效应,然后构建了一类积分式时空协方差(或变异)函数模型,这有助于捕捉气温在时间和空间上的变异模式。 传统的空间Kriging仅考虑了空间邻近站点的数据,而忽略了时间序列中的相关性。为了提高插值精度,该研究引入了时空维度的插值,这意味着在预测未知站点的气温时,既考虑了站点之间的空间距离,也考虑了随时间推移的演变趋势。通过比较时空Kriging与空间Kriging的结果,发现时空插值方法能够提供更精确的气温估计,因为它能更好地融合时空信息。 在全球气候变化研究中,气温数据的准确性和完整性至关重要。作者列举了一些其他研究者的工作,比如Willmott和Robeson利用高分辨率站点数据和空间插值技术改进气温数据处理,Koil町等人应用神经网络与Kriging方法研究温度分布,以及Nalder和Wein提出的梯度距离平方反比法用于气候数据插值。这些都反映了对气温数据处理的不断探索和技术创新。 本文的研究对于提升气候变化和环境科学研究中气温数据的插值精度具有重要意义,为今后在时空尺度上分析和预测气温提供了新的方法论支持。通过这种方法,科研人员可以更深入地理解气候变化的时空动态,从而为政策制定和环境保护提供更为精细的数据依据。
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第
37
卷第
2
期
2012
年
2
月
武汉大学学报·信息科学版
Geomatics and Information Science of Wuhan University
Vo
l.
37
No.2
Feb.
2012
文章编号:
1671-8860(2012)02-0237"05
文献标志码
:A
利用时空
Kriging
进行气温插值研究
李莎
1.2
舒红
l
徐正全
I
(J
武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,武汉市珞喻路
129
号.
430079)
(2
湖北第二师范学院机械与电气工程系,武汉市光谷二路
29
号
.430205)
摘
要:以黑龙江省近
37
a
的月均气温数据为研究对象,介绍了一类积分式时空协方差(变异)函数模型进行
时空
Kriging
插值。针对月均气温呈现出的明显季节变化,对各站点的气温进行去季节项处理,并在此基础
上建立时空变异函数。将空间维的普通
Kriging
插值扩展至时空维,同时考虑空间和时间相关性对研究变量
进行时空估计,并将估计结果与空间
Kriging
插值效果进行了比较。结果表明,时空插值效果理想,插值精度
较空间
Kriging
更高。
关键词:
Kriging
插值;时空相关;协方差;变异函数;气温
中图法分类号
:P208
全球气候变暖给人类及生态系统带来了显著
的影响,如极端天气、冰川消融、永久冻土层融化、
海平面上升、生态系统改变等。因此国内外许多
研究人员对气温数据进行了大量的研究,如
Will
mott
和
Robeson
利用高分辨率气候站点生成的
气温数据,并结合空间插值的年均气温偏差提出
了气候辅助反距离权重插值方法
[1];
Koil
町等将
神经网络的
Kriging
方法应用于温度空间分布的
研究分析中山;
Nalder
和
Wein
在进行气候数据
插值研究时提出了梯度距离平方反比法
(GIDS)[3J;
陈华等利用
Mann-Kendall
检验方法
和空间插值方法分析了汉江流域
53
a
的年和四
季气温的时空变化趋势
[IJ
。
Kriging
估计法
[5.6J
是一种常用的空间插值
方法,源自于地统计学
l7.8J
它以建立变量的协方
差(变异)函数为前提,根据变量的空间自相关性
对待估点进行插值。然而气温是时空分布的变
量,它不仅具有空间相关性,在时间分布上也同样
具有相关性。如果只采用空间相关性及空间邻近
点进行插值估计,而忽略变量在时间分布上的有
效信息,将不利于插值精度的提高。将
Kriging
法应用于时空变量的插值研究中,一方面需要将
Kriging
法进行时空扩展,另一方面,应该首先建
收稿日期
:2011-12-15
0
立有效的时空协方差(变异)函数模型。目前,关
于时空协方差函数模型的研究主要可分为两大
类:可分离型
[9.IOJ
和不可分离型
[1
卜
16J
。前者主要
通过将空间协方差函数与时间协方差函数相加或
相乘得到,构建简易,但分割了时空间的相关信
息,主要应用于早期的时空变量插值中;而后者虽
然构建相对复杂,但更有效地描述了变量的时空
变异结构,因此,不可分离型模型愈来愈频繁地应
用于时空统计研究中。本文以黑龙江省
32
个气
象站点
1972~2008
年的月均气温数据为例,采用
了一类积分变异函数模型来拟合变量的时空变异
结构,将原本空间维的普通
Kriging
法扩展至时
空维,考虑气温的时空相关性,进行时空插值研
究。
1
研究区域概况
黑龙江省位于东经
121
011' ~ 135
0
05'
,
~t
纬
43
0
25'
~53033\
是我国最东北部。北部、东部以
黑龙江、乌苏里江为界,与俄罗斯相望,西部毗邻
内蒙古自治区,南部与吉林省接壤,面积约
46
万
km
2
。该省地形复杂,西北部有大兴安岭山地,北
部有小兴安岭山地,东南部有张广才岭、老爷岭、
项目来源
z
半干旱气候变化教育部重点实验室(兰州大学)开放基金资助项目;国家
973
计划资助项目
(2011CB707103)
;国家自然科
学基金委员会优秀国家重点实验室研究基金资助项目
(4102300
1)
;国家自然科学基金资助项目
(41171313)
。
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weixin_38625448
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