ArcGIS降水量空間插值方法

空間插值方法廣泛應(yīng)用于氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品的制作,其精度與氣象要素的空間變異特征、氣象觀測(cè)站分布和插值方法選擇有關(guān)。選擇美國(guó)得州599個(gè)地面觀測(cè)站30年平均降雨量記錄,設(shè)計(jì)了27個(gè)觀測(cè)站樣本方案,選擇全年、1月和8月數(shù)據(jù),利用空間統(tǒng)計(jì)、空間自相關(guān)、半變異函數(shù)等方法探索降雨量的空間變異特征,并采用5種常規(guī)方法進(jìn)行空間插值,比較和解釋插值結(jié)果,在此基礎(chǔ)上討論基于知識(shí)的氣象要素空間插值方法。案例研究發(fā)現(xiàn):①降雨量地面觀測(cè)數(shù)據(jù)通常具有明顯的空間趨勢(shì)、較強(qiáng)的空間自相關(guān)特征和較穩(wěn)定的空間變異規(guī)律,但針對(duì)不同時(shí)段或采樣方案,其空間自相關(guān)強(qiáng)度和半變異函數(shù)模型會(huì)有一定的差異。②增加氣象觀測(cè)站數(shù),空間插值誤差有減小的趨勢(shì);但觀測(cè)站數(shù)目達(dá)到一定數(shù)值后,增加觀測(cè)站數(shù),插值精度提高并不明顯。③在觀測(cè)站較少時(shí),不同插值方法間的精度差異較大,而在觀測(cè)站充足的情況下,其差異有減小的趨勢(shì)。④探討氣象要素與地理環(huán)境要素之間的關(guān)系,獲得定量化的先驗(yàn)知識(shí),開(kāi)發(fā)基于知識(shí)的空間插值模型,是高精度氣象要素插值的關(guān)鍵;線性加權(quán)回歸和地理加權(quán)回歸方法的初步試驗(yàn)驗(yàn)證了這一思路的有效性。

基于地理信息系統(tǒng)軟件arcmap的統(tǒng)計(jì)分析模塊,分別采用反距離權(quán)重法、樣條函數(shù)法和普通克里格法,對(duì)畢節(jié)市492個(gè)煙地樣本點(diǎn)進(jìn)行空間插值,并利用交叉驗(yàn)證方法對(duì)插值精度進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明:普通克里格法對(duì)耕深、犁底層、可耕層均具有最好的插值精度。對(duì)于耕深和可耕層,樣條函數(shù)法的插值精度優(yōu)于反距離權(quán)重法；而對(duì)于犁底層,反距離權(quán)重法的插值精度優(yōu)于樣條函數(shù)法。普通克里格法插值結(jié)果表明:赫章縣、威寧縣煙地各項(xiàng)土壤厚度均較大；七星關(guān)區(qū)、大方縣、黔西縣和大方縣交界處各項(xiàng)土壤厚度均較小。

為了給石頭口門(mén)水庫(kù)興利與調(diào)度提供可靠的依據(jù),利用小波分析法研究了該水庫(kù)年降水量的年際變化特征,構(gòu)建了年降水量自回歸模型,并對(duì)庫(kù)區(qū)未來(lái)的降水量趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明:建立的模型預(yù)測(cè)結(jié)果比較符合實(shí)際,但中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)效果較差。

通過(guò)降水過(guò)程中空間相鄰區(qū)域在氣象衛(wèi)星水汽通道的亮溫?cái)?shù)據(jù)相對(duì)差來(lái)描述水汽相對(duì)差,近似為降水量的相對(duì)差,使降水量的分布趨勢(shì)得到了較為細(xì)致的體現(xiàn)。利用它對(duì)插值算法進(jìn)行修正,提高點(diǎn)降水量的估算準(zhǔn)確度,從而使估算的面降水量更加接近實(shí)際面降水量。

為提高層狀地層空間數(shù)據(jù)插值的計(jì)算速度和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)載平衡,在采用動(dòng)態(tài)調(diào)整并行粒度策略的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)混合粒度的并行kriging插值算法.在此算法中,根據(jù)cpu與地層層數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系動(dòng)態(tài)調(diào)整并行計(jì)算的粒度,優(yōu)先使用粗粒度的并行計(jì)算策略,同時(shí)利用中粒度并行算法平衡負(fù)載.基于windows2000操作系統(tǒng)搭建了pc機(jī)群并行環(huán)境,大量的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明該方法具有良好的可擴(kuò)展性和并行計(jì)算效率.

為了提高區(qū)域降水量觀測(cè)的空間分辨率,提出了雷達(dá)-雨量計(jì)-粒子激光探測(cè)儀聯(lián)合校準(zhǔn)法。首先,利用粒子激光探測(cè)儀觀測(cè)到的滴譜資料建立實(shí)時(shí)的z-i關(guān)系,然后,利用變分法對(duì)同時(shí)有雷達(dá)回波和雨量計(jì)資料的點(diǎn)的實(shí)測(cè)校準(zhǔn)因子進(jìn)行校準(zhǔn),獲得最優(yōu)校準(zhǔn)因子分析場(chǎng),最后,對(duì)有雨量計(jì)的點(diǎn)取雨量計(jì)實(shí)際觀測(cè)值,沒(méi)有雨量計(jì)的點(diǎn)利用最優(yōu)校準(zhǔn)因子分析場(chǎng)估算降水。利用此方法對(duì)遼寧省2007年5月15日一次天氣過(guò)程進(jìn)行降水量估算,結(jié)果表明:雷達(dá)-雨量計(jì)-粒子激光探測(cè)儀聯(lián)合校準(zhǔn)法結(jié)合了雨量站觀測(cè)資料單點(diǎn)精度高和雷達(dá)資料時(shí)空分辨率高的優(yōu)點(diǎn),提高了降水量的估算精度,更好地反映了降水的空間分布。

《測(cè)繪通報(bào)》測(cè)繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇論文集1 利用gamit軟件反演北京大氣可降水量 的初步研究1 李昂晟 1 李小娟 1 張有全 1，2 陳蓓蓓 1 周環(huán) 1 （1.首都師范大學(xué),北京100037；2.中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,長(zhǎng)春130012） 摘要：大氣中的水汽對(duì)微波信號(hào)有著顯著影響，是制約高精度的insar研究應(yīng)用的主要因素之一。gps探測(cè)利用gps信號(hào)穿過(guò)大 氣受到大氣折射而產(chǎn)生的延遲來(lái)探測(cè)大氣中的水汽含量，探測(cè)精度高，分辯率高，全天候，觀測(cè)穩(wěn)定。本文利用gamit軟件選取了 十個(gè)igs站和兩個(gè)基準(zhǔn)站對(duì)2003年至2007年北京gps部分觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了解算，驗(yàn)證結(jié)算精度達(dá)到要求后反演出各測(cè)段內(nèi)時(shí)間分 辨率為1小時(shí)的大氣可降水量序列，并與無(wú)線電探空儀獲取的探測(cè)結(jié)果和氣象局解算的gps數(shù)據(jù)分別進(jìn)行比較，根據(jù)二者線性

根據(jù)最近鄰域法和反向距離法的基本原理,利用空間卷積算法,采用結(jié)合中國(guó)大陸氣象站點(diǎn)位置的截?cái)喔咚篂V波算子作為距離權(quán)重方程,給出一種適合中國(guó)陸地區(qū)域的地面氣溫插值方法,并以300多個(gè)地面站記錄的氣溫為例,使用交叉驗(yàn)證法分析了給定插值方法的誤差分布,結(jié)果表明該插值方法比其他插值方法所得誤差較小,能夠很好地用于氣象站點(diǎn)氣象觀測(cè)記錄缺失的插補(bǔ)及其空間尺度的擴(kuò)大化。

在鉆孔分布合理的條件下,利用鉆孔數(shù)據(jù)對(duì)地層進(jìn)行插值重構(gòu)是正確認(rèn)識(shí)地質(zhì)構(gòu)造的重要手段,選取合理、有效的插值方法是保證空間地質(zhì)建模質(zhì)量的根本。通過(guò)對(duì)最小二乘法、三角剖分法和克里金法等幾種常用插值重構(gòu)方法的闡述和數(shù)值實(shí)驗(yàn),對(duì)云南中部地區(qū)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理,在253個(gè)鉆孔中隨機(jī)抽取90余個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行了比較:三角剖分插值算法及最小二乘距離加權(quán)插值算法是全局插值擬合方法,當(dāng)增加、修改和刪除數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)均需重新計(jì)算權(quán)函數(shù)或線性方程組的解,算法的穩(wěn)定性和效率都明顯下降,可在不追求精度時(shí)選用;而克里金插值法是局部插值方法,適用于精度要求較高的場(chǎng)合。

以城市為單元模擬建立城市大氣覆蓋面模型,以小區(qū)為單元研究風(fēng)環(huán)境與空氣環(huán)境.獲取城市建筑物空間坐標(biāo),利用二次曲面方程建立城市覆蓋面模型.以新增建筑物為研究對(duì)象,對(duì)其空間位置進(jìn)行插值分析,將其納入城市小區(qū)建筑群構(gòu)成新的小區(qū)環(huán)境,籍此對(duì)其進(jìn)行風(fēng)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)分析,模擬建筑物的尺度、間距、空間組合與朝向定位等參數(shù),輔助城市小區(qū)風(fēng)環(huán)境規(guī)劃與優(yōu)化.圖5,表2,參10.

地礦工程體系化與品位計(jì)算中需要應(yīng)用空間插值方法。目前的插值方法有多種,但僅有少量適用于分布復(fù)雜的地礦工程,對(duì)此,根據(jù)空間數(shù)據(jù)插值的目的,指出了一般數(shù)學(xué)插值方法在地礦工程中應(yīng)用的局限性,對(duì)shepard法,四面體法和克立格法3種空間插值方法在地礦工程中應(yīng)用的適用性進(jìn)行了詳細(xì)分析,可為開(kāi)展地礦工程插值研究提供選擇的依據(jù)。

三峽大壩建成后庫(kù)區(qū)水位上升,常年水面面積也將大幅增加,庫(kù)區(qū)下墊面將發(fā)生變化,從而導(dǎo)致局地氣候特征的變化。為了解三峽大壩對(duì)庫(kù)區(qū)降水量的影響,基于三峽庫(kù)區(qū)37個(gè)雨量站點(diǎn)1958-01-01～2008-12-31逐日有效降水量資料,采用氣象診斷旋轉(zhuǎn)正交經(jīng)驗(yàn)函數(shù)(reof)方法計(jì)算并分析了三峽庫(kù)區(qū)和大壩南北部年均降水量、四季降水量的時(shí)空變化情況,并通過(guò)reof模態(tài)圖時(shí)間系數(shù)分析了建壩前后降水量的波動(dòng)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn),三峽水庫(kù)運(yùn)行后庫(kù)區(qū)降水量存在一定的波動(dòng),三峽大壩在運(yùn)行前45年與運(yùn)行后6年的時(shí)間內(nèi),年均、四季整個(gè)庫(kù)區(qū)與北部降水量差值波動(dòng)幅度并不明顯。

針對(duì)電動(dòng)空調(diào)功率模塊損耗計(jì)算困難,散熱設(shè)計(jì)依據(jù)不足的問(wèn)題,分析了其產(chǎn)熱和散熱的機(jī)理,提出了基于空間插值算法的實(shí)際損耗值計(jì)算方法,建立了熱量從功率模塊傳導(dǎo)至冷媒的數(shù)學(xué)模型,提出了降低熱阻的兩種途徑,通過(guò)有限元軟件對(duì)不同導(dǎo)熱系數(shù)和基座厚度條件下的功率模塊溫度分布狀況進(jìn)行了熱仿真分析,利用實(shí)驗(yàn)對(duì)理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明提出的兩種提高散熱效率的方法能夠改善功率模塊的散熱性能。

暴雨是我國(guó)大部分城市夏季常見(jiàn)的災(zāi)害性天氣,由于排水不暢,造成地鐵過(guò)渡段洞口、車(chē)站出入口積水倒灌,嚴(yán)重威脅地鐵運(yùn)營(yíng)安全.以北京為例,引入設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度公式,根據(jù)不同重現(xiàn)期下的降雨量和排水能力相匹配的原則,確定了"預(yù)警"、"報(bào)警"、"停運(yùn)"的三級(jí)臨界水位標(biāo)準(zhǔn),建議了不同重現(xiàn)期下保障地鐵安全的降雨量閾值及應(yīng)對(duì)措施,可供地鐵運(yùn)營(yíng)防災(zāi)參考.

空間預(yù)應(yīng)力束伸長(zhǎng)量的簡(jiǎn)化計(jì)算方法——結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)曲線形梁橋空間預(yù)應(yīng)力束的伸長(zhǎng)量計(jì)算進(jìn)行了探討，并針對(duì)目前空間預(yù)應(yīng)力束伸長(zhǎng)量計(jì)算中的不足之處，在同時(shí)考慮豎彎和平彎產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的基礎(chǔ)上，提出一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法，實(shí)踐證明該方法方便有效，計(jì)算精度...

本文針對(duì)數(shù)字地面模型(digitalterrainmodel)的建模問(wèn)題,將高程作為插值變量,通過(guò)建立采樣點(diǎn)的平面坐標(biāo)(x,y)及位置因子x2+y2作為輸入,對(duì)應(yīng)點(diǎn)的地面高程作為輸出的1種描述空間采樣數(shù)據(jù)的bp模型,用人工智能技術(shù)研究了1個(gè)小區(qū)域的高程插值問(wèn)題。結(jié)果表明:基于bp法的人工智能技術(shù)可用于dtm的最優(yōu)空間插值,插值結(jié)果可直接用于dtm數(shù)字建模,為數(shù)字地面模型的建立提供了1種新方法。

涌水量一般通過(guò)抽水試驗(yàn)取得,但在區(qū)域性地質(zhì)調(diào)查或選線中,由于場(chǎng)地條件及費(fèi)用限制,只能通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查,用降水入滲法預(yù)測(cè)隧道涌水量,可為選線或初步預(yù)測(cè)隧道施工涌水量。

地理現(xiàn)象三維空間場(chǎng)的分布具有各向異性特征,如何利用有限的采樣數(shù)據(jù)直接對(duì)具有各向異性特征的三維地理現(xiàn)象進(jìn)行可靠的三維空間場(chǎng)插值重建是三維空間分析的重要問(wèn)題。徑向基函數(shù)(radialbasisfunction,rbf)是一種精確性插值方法,具有形式簡(jiǎn)單和不受維度限制等優(yōu)點(diǎn),適合于地理現(xiàn)象三維空間場(chǎng)的重建。但rbf具

針對(duì)梯級(jí)水電系統(tǒng)中長(zhǎng)期發(fā)電調(diào)度問(wèn)題,從空間水量合理分布的角度提出聯(lián)合調(diào)度規(guī)則,包括表征系統(tǒng)可用水量與下游放水量函數(shù)關(guān)系的放水決策曲線,及描述庫(kù)群系統(tǒng)水量在各庫(kù)中理想分配的平衡曲線。以預(yù)設(shè)的分段線性函數(shù)節(jié)點(diǎn)為待優(yōu)化的決策變量,滿(mǎn)足保證率要求的發(fā)電量最大為目標(biāo),建立了迭代試算的模擬-優(yōu)化模型并采用混合進(jìn)化算法(shuffledcomplexevolution-universityofarizonamethod,sce-ua)求解。實(shí)例計(jì)算結(jié)果與常規(guī)聯(lián)合調(diào)度與判別式法相比,年均發(fā)電量和發(fā)電保證率均有較大程度的提升,更加接近理論最優(yōu)解;系統(tǒng)最大調(diào)蓄能力水庫(kù)較判別式法得到更有效利用,得到的平衡曲線指示了合理水庫(kù)蓄放水的優(yōu)先序和蓄放量。

針對(duì)梯級(jí)水電系統(tǒng)中長(zhǎng)期發(fā)電調(diào)度問(wèn)題，從空間水量合理分布的角度提出聯(lián)合調(diào)度規(guī)則，包括表征系統(tǒng)可用水量與下游放水量函數(shù)關(guān)系的放水決策曲線，及描述庫(kù)群系統(tǒng)水量在各庫(kù)中理想分配的平衡曲線。以預(yù)設(shè)的分段線性函數(shù)節(jié)點(diǎn)為待優(yōu)化的決策變基，滿(mǎn)足保證率要求的發(fā)電量最大為目標(biāo)，建立了迭代試算的模擬一優(yōu)化模型并采用混合進(jìn)化算法（shuffledcomplexevolution．universityofarizonamethod，sce—ua）求解。實(shí)例計(jì)算結(jié)果與常規(guī)聯(lián)合調(diào)度與判別式法相比，年均發(fā)電量和發(fā)電保證率均有較大程度的提升，更加接近理論最優(yōu)解；系統(tǒng)最大調(diào)蓄能力水庫(kù)較判別式法得到更有效利用，得到的平衡曲線指示了合理水庫(kù)蓄放水的優(yōu)先序和蓄放量。

礦井涌水量是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一,它直接影響到礦井水文地質(zhì)條件的復(fù)雜程度,關(guān)系到對(duì)礦床的經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià),因此有效的礦井涌水量預(yù)測(cè)成為了礦井安全生產(chǎn)的重要因素。為了更有效地預(yù)測(cè)礦井涌水量,針對(duì)降水充水類(lèi)型的礦井以古書(shū)院礦為例,通過(guò)分析近五年降水量和涌水量資料,利用回歸分析法推導(dǎo)出二者定量關(guān)系式,并對(duì)近20年的降水量采用水文頻率分析法分析得出平水年、豐水年的平均降水量,以此作為因變量,根據(jù)推導(dǎo)出的降水量和涌水量函數(shù)關(guān)系式,分別預(yù)測(cè)礦井的正常涌水量和最大涌水量,達(dá)到有效預(yù)測(cè)的目的。

土壤含水量測(cè)量方法 (1)稱(chēng)重法(gravimetric) 也稱(chēng)烘干法，這是唯一可以直接測(cè)量土壤水分方法，也是目前國(guó)際 上的標(biāo)準(zhǔn)方法。用土鉆采取土樣，用0.1g精度的天平稱(chēng)取土樣的重量，記 作土樣的濕重m，在105℃的烘箱內(nèi)將土樣烘6~8小時(shí)至恒重，然 后測(cè)定烘干土樣，記作土樣的干重ms 土壤含水量=(烘干前鋁盒及土樣質(zhì)量-烘干后鋁盒及土樣質(zhì) 量)/(烘干后鋁盒及土樣質(zhì)量-烘干空鋁盒質(zhì)量)*100% (2)張力計(jì)法(tensiometer) 也稱(chēng)負(fù)壓計(jì)法，它測(cè)量的是土壤水吸力測(cè)量原理如下：當(dāng)陶土頭插 入被測(cè)土壤后，管內(nèi)自由水通過(guò)多孔陶土壁與土壤水接觸，經(jīng)過(guò)交換后達(dá)到 水勢(shì)平衡，此時(shí)，從張力計(jì)讀到的數(shù)值就是土壤水(陶土頭處)的吸力值，也 即為忽略重力勢(shì)后的基質(zhì)勢(shì)的值，然后根據(jù)土壤含水率與基質(zhì)勢(shì)