04观测降水量空间插值制图_以习水县降雨量空间数据插值制图为例
降雨量地面观测数据空间探索与插值方法探讨
第27卷 第5期2008年9月地 理 研 究GEOGRAPH ICAL RESEARCH V o l 27,N o 5Sept ,2008 收稿日期:2007 05 19;修订日期:2007 12 04基金项目:河南省高等学校创新人才基金(2004 09年度)资助。
作者简介:孔云峰(1967 ),男,河南新安人,博士,教授,博导。
主要从事GIS 应用研究与教学。
E mail:Yfkong@h enu edu cn 降雨量地面观测数据空间探索与插值方法探讨孔云峰1,仝文伟2(1 河南大学中澳地理信息分析与应用研究所,开封475004; 2 河南省气象局,郑州450003)摘要:空间插值方法广泛应用于气象数据产品的制作,其精度与气象要素的空间变异特征、气象观测站分布和插值方法选择有关。
选择美国得州599个地面观测站30年平均降雨量记录,设计了27个观测站样本方案,选择全年、1月和8月数据,利用空间统计、空间自相关、半变异函数等方法探索降雨量的空间变异特征,并采用5种常规方法进行空间插值,比较和解释插值结果,在此基础上讨论基于知识的气象要素空间插值方法。
案例研究发现: 降雨量地面观测数据通常具有明显的空间趋势、较强的空间自相关特征和较稳定的空间变异规律,但针对不同时段或采样方案,其空间自相关强度和半变异函数模型会有一定的差异。
增加气象观测站数,空间插值误差有减小的趋势;但观测站数目达到一定数值后,增加观测站数,插值精度提高并不明显。
!在观测站较少时,不同插值方法间的精度差异较大,而在观测站充足的情况下,其差异有减小的趋势。
∀探讨气象要素与地理环境要素之间的关系,获得定量化的先验知识,开发基于知识的空间插值模型,是高精度气象要素插值的关键;线性加权回归和地理加权回归方法的初步试验验证了这一思路的有效性。
关键词:降雨量;探索性空间数据分析;空间插值;先验知识文章编号:1000 0585(2008)05 1097 121 引言利用地面气象观测站的观测数据进行空间插值是制作气象地图产品的主要方法。
中国流域降水数据的空间插值方法评估
中国流域降水数据的空间插值方法评估陈雅婷; 刘奥博【期刊名称】《《人民长江》》【年(卷),期】2019(050)004【总页数】6页(P100-105)【关键词】降水量; 空间插值; Kriging插值法; 长江流域; 黄河流域; 珠江流域; 中国【作者】陈雅婷; 刘奥博【作者单位】北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875【正文语种】中文【中图分类】TV125区域降水数据对生态评价、灾害风险管理、水文建模、植被分布和生态演变等研究领域具有重要价值[1-3]。
气象站通过长期观测积累了大量的降水数据，但这些数据仅代表站点所在地区的降水状况，进行大范围降水研究时仍有所不足。
对气象站的降水观测数据进行空间插值处理是获得降水空间分布特征最直接有效的方法，其精度和分辨率一般优于遥感反演和模式模拟[4-6]。
空间插值效果受站点数量和分布的影响[7-8]，但由于技术和社会经济条件的限制，观测站点的数量有限且空间分布不均匀，地形复杂的偏远地区观测数据难以获取。
所以当研究区域降水分布时，需要对空间插值方法进行评估，选择合适的插值方法将有限的站点数据快速、准确地转换为面状的区域降水信息[9]。
在目前的研究中，空间插值方法可被分为确定性方法和地统计法[10]。
确定性方法是基于已知点的信息及其相似程度，采用曲面对样本空间分布进行拟合，常用方法包括多项式法、反距离权重法、样条函数法等[11-12]；地统计方法利用样本点的统计规律，将样本点间的空间自相关性定量化分析，从而在未知区域构建空间结构预测模型，最具代表性的方法为克里金插值法及其变种[13]。
上述空间插值方法各具优缺点，但目前关于这些方法在不同应用领域和不同研究区域的适应性分析还有所欠缺。
对于不同应用领域和研究区域，同一降水插值模型的应用效果可能表现不一，不存在全部适用的最优插值方法。
因此，根据研究区域的气象站点分布情况和地形流域特征选择最优的插值方法具有实际研究价值[14]。
降水空间插值技术的研究进展
降水空间插值技术的研究进展一、本文概述随着地理信息系统（GIS）和遥感技术的快速发展，降水空间插值技术在气象学、水文学、生态学等领域的应用越来越广泛。
降水空间插值技术旨在通过已知的气象观测站点数据，预测和推断未知区域的降水量，以实现对降水空间分布的准确描述。
本文将对降水空间插值技术的研究进展进行综述，重点分析不同插值方法的优缺点、适用条件以及在实际应用中的效果评估。
通过对相关文献的梳理和评价，本文旨在为读者提供一个全面、系统的降水空间插值技术知识框架，以期为该领域的深入研究和实践应用提供参考和借鉴。
二、降水空间插值技术概述降水空间插值技术是一种地理信息系统（GIS）和遥感技术的关键应用，其核心目标是根据已知的气象站点降水数据，通过数学和统计方法，预测和推算出未知区域的降水情况。
这种技术广泛应用于气候研究、洪水预警、水资源管理、农业规划等多个领域。
降水空间插值技术的核心在于构建一个能够准确反映降水空间分布的数学模型。
这个模型需要充分考虑到地理、气候、地形等多种因素的影响。
目前，常用的降水空间插值方法主要包括反距离权重法（IDW）、克里格插值法（Kriging）、样条函数法（Spline）以及基于机器学习的插值方法等。
反距离权重法（IDW）是一种基于距离的插值方法，其基本思想是离已知点越近的位置，其值越接近已知点的值。
克里格插值法（Kriging）则是一种基于统计学的插值方法，它考虑到了数据的空间自相关性，因此能够得到更精确的插值结果。
样条函数法（Spline）则是一种数学方法，通过构建一个平滑的曲线或曲面来拟合已知数据点，从而推算出未知区域的降水情况。
近年来，随着机器学习技术的发展，基于机器学习的插值方法也开始在降水空间插值领域得到应用。
这些方法，如神经网络、支持向量机、随机森林等，能够通过学习大量的已知数据，自动提取出其中的复杂规律和模式，从而实现对未知区域的准确预测。
然而，降水空间插值技术也面临着一些挑战。
实验指导书-降水量制作
ArcGIS数据生产与精细化制图之中国年降水量分布图的制作第一部分:底图的制作.这一部分介绍衬托专题图的底图的制作,这一部分的结果还可以作为其它专题图的底图；第二部分：中国年降水量插值.这一部分介绍用ArcGIS的空间插值方法将气象站点的降水量数据插值得到全国范围内的降水分布;第三部分：地图整饰。
这一部分介绍添加地图要素和美化及最后出图.第一部分：底图的制作Step 1—1：数据准备总共包含五个文件:bou2_4l.shp：中国政区的线文件，在这个线文件里包含了南海的九段线bou2_4p。
shp:中国政区的面文件（或者“中国政区.shp”)rivers。
shp：世界主要河流cntry02。
shp：世界国家面文件省会城市。
shp：中国省会城市点文件在下载到的站点信息中提供了每个站点的经纬度坐标（中国地面气候资料国际交换站数据集台站信息。
xlsx），这样我们可以利用ArcMap->File(文件)->Add Data（添加数据）—〉Add XY Data（添加XY数据）将站点导入ArcMap中,注意导入时设置坐标系为WGS84。
在这里事先导入的原因是后面导入可能会发生投影问题，使得站点位置与中国政区图不一致, 注意：需要先在Catalog中将这两个文件(rivers。
shp和cntry02.shp）的地理坐标系设为WGS84。
台站信息如果不能导入，可转换为.xls格式后再导入.Step 1-2:设置投影打开ArcMap将这些文件添加进去，接下来我们要给Dataframe设置一个投影坐标系。
由于我们要做的是中国全国的降水量分布，我们使用等面积的Albers投影。
右击Layers（图层)—〉Properties（属性）—>Coordinate System(坐标系统)选项卡—〉new（新建) Project System （投影坐标系)，选择Albers,设置中央经线105,标准纬线25度,47度，在地理坐标系中选择WGS84。
吉林省气温与降水数据空间插值与分布研究
员的工作待遇，当然相应的从业条件也必须提高，同时增加林业资源经济发展的途径，该转型的地区进行产业转型，根据当地具体情况制定出合适的策略和方案指导工作的开展，人工种植面积需要扩大和加强。
我国林业产业的分布和结构都存在不合理情况，加大人力资源投入也是为了工作开展更加高效有力，我国在发展过程中多年来大量砍伐森林，导致木材大量减少，人工林种类单一，应当相应增加。
3.2加大在林业经济发展中的科技投入在当今时代，随着科技水平的不断提高，现代科技已经被运用到各行各业中，要加大在林业经济发展中的科技投入，需要加强科技技术工作，并重视科技对林业区域经济发展的重要性，积极开发和应用新设备、新技术，将理论与实际相结合，让科学技术融入到具体的林业经济发展工作中，提高林业经济效应和生产力，并通过网络和信息技术进行宣传和推广，当国家有重点工程需要开展时，应用科技力量能够增加工程开展的效率，做到科研和实际工作两不误，也能为林业资源提供相应的保护作用。
加强科技技术的投入和信息化建设是优化管理的必要手段和途径。
3.3制定科学合理的政策一是政府对林业经济的管理和控制，近几年，我国林业管理与以前相比，基础设施建设已经有了很大改善，但由于发展较晚，基础建设较为薄弱，森林资源监测等工作在政策上还有待完善，破坏森林资源的案件和火灾等情况还在加剧，从这一点来说，完善监督制度体系就尤为重要，要控制破坏，更好的保护森林资源就需要政府加大工作投入；二是经济上的政策支持，提供充足资金开展扶持工作，大力推广造林活动，增加造林面积和绿化建设工作，科学合理的政策能对林业经济区域发展起到相当大的作用。
4结语森林在生态环境中的作用不容小觑，林业经济可持续发展也十分重要，我国森林资源还在不断减少，重视生态环境，合理发展林业经济势在必行，虽然目前还存在一些问题，但只要制定出合理的方案，并有效解决，未来的林业经济发展一定会越来越好。
同时在看待林业经济区域差异性的问题上，需要平衡产业结构，协调林业经济发展，推动改革林业管理体制，合理利用林业资源，保护环境，坚持开展生态建设工作，走正确的林业经济可持续发展道路。
用插值法对雨量预报方法的评价
用插值法对雨量预报方法的评价攀枝花学院实验报告实验课程：数学实验及模型实验项目：用插值法对雨量预报方法的评价院系：计算机学院班级：姓名:学号实验日期 2010-12-30摘要:首先，通过对给定的大量数据（预报数据和实测数据）进行统计画图分析，得出了散点图。
然后分别对两种预报的 41 天中每天 4 个时段各等距网格点的雨量数据进行处理和分析。
第一问，模型一：先把对应的91个观测站经纬度精确到小数点后一位，这样就可以把观测站和数据中的经纬度进行对比。
从而可以得到91个观测站中有41个观测站在预报方法中能找到。
将41个对应点的预测雨量与实测雨量求偏差的平方和。
作为评价准确性的指数，可以得到第一种方案的最小二乘和为16983.2969，第二种方案最小二乘和为36446.4633。
由此可以看出第一种方预测比较正确。
模型二：根据预测提供的每天每个时段的数据进行实测数据点的插值。
将91个对应点的预测雨量与实测雨量求偏差的平方和。
可以得到第一种观测方案最小二乘和为168345，第二种预测方案的和为186246。
进而说明第一种方案的合理性。
第二问：利用给出的预测数据算出41天中不同类型雨的次数与实际的41天下划分成7个等级，然后进行比较算出预测的正确率和不正确率，和1，2两种方法的误差值，来选民众所期望的方法。
本文利用数学软件Matlab 很好地实现了编程模拟计算，并结合实际测得的数据得出了雨量预报方法的同级率，很好地指导了人们的生活与工作。
关键词：预报、实测、经纬度、准确率、雨量、最小二乘法一、问题重述雨量预报对农业生产和城市工作和生活有重要作用，但准确、及时地对雨量作出预报是一个十分困难的问题，广受世界各国关注。
我国某地气象台和气象研究所正在研究6小时雨量预报方法，即每天晚上20点预报从21点开始的4个时段（21点至次日3点，次日3点至9点，9点至15点，15点至21点）在某些位置的雨量，这些位置位于东经120度、北纬32度附近的53×47的等距网格点上。
《降水量的测量》课件
05
降水量的研究展望
降水量的研究现状
降水量的测量技术
目前，降水量的测量主要依赖于 气象站和雨量计等设备，这些设 备能够较为准确地测量降水量。
降水量的预测精度
02
ห้องสมุดไป่ตู้
目前，降水量的预测精度还有待提高，特别是在精细化预报方
面。
降水与环境、生态的相互作用
03
降水对环境、生态的影响是一个复杂的过程，需要更深入的研
究。
感谢观看
THANKS
用的信息。
数据可视化
将处理后的数据以图表、图像 等形式呈现，便于理解和展示
。
数据误差的来源与控制
测量误差
由于测量设备的不准确或误差传 递导致的数据误差。控制方法包 括选用高精度测量设备、定期校
准设备等。
记录误差
由于记录人员疏忽或错误导致的数 据误差。控制方法包括加强培训、 实施复核制度等。
环境干扰
在缺水地区，准确的降水量测量对于保障居民生活用水和 农业灌溉用水具有重要意义。通过合理的水资源配置，可 以减少浪费和过度开采，保护生态环境和人类生存的可持 续性。
农业种植
农业种植是降水量测量的又一重要应用领域。降水量是影响农作物生长的重要因 素之一，准确的降水量测量可以帮助农民了解作物需水情况，合理安排灌溉计划 ，提高农作物的产量和质量。
降水量的分类
按照降水形成的方式 ，降水量可分为降雨 量、降雪量、冰雹量 等。
按照降水强度，降水 量可分为小雨、中雨 、大雨、暴雨等。
雨量数据空间探索与插值方法探讨
甘肃科技Gansu Science and Technology第35卷第16期2019年8月Vol.35 No.16Aug.2019雨量数据空间探索与插值方法探讨刘潘（西安科技大学测绘科学与技术学院，陕西 西安710054）摘 要：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*关键词：地统计分析；自相关;确定性插值;克里金插值法 中图分类号:P221概述在我国时常出现干旱与洪水并存的现象，社会自 了 」来，我国几乎年年发生南涝北旱，方会，而研究降雨量的空间分布以及插值方法，以为 据*因此对降雨量的空间插值 有了高 ，本：文究某一区域通插值方法得到高精度的降雨趋势图*探索性分析是一种无先验假设的条件下，而且规避了一般统计方法时，提出先验条件的 I 影响，之后对样本数据的分布特性进行了研究分 析，并以此来全的 数据内在关系，如数据的特点、分布以及模式，从很客观、有依据的 给数据分析者的方法叫在19世纪80年代，Marquinez 等人将地形因子 作为影响降雨量的子考虑，分析了降水和一系列地形变量的关系叫Sergio 等人对西班牙东北 部埃布罗河谷中部地区的降雨量，通过全局法，克里金法进行了精度对比，发现使用地统计方法和由4个地理变量和地形变量形成的回归模型获得了最佳结果；使用基于回归的方法获得温映射的最佳结果叫士凯等人将内蒙古作为研究区域，通过确定；性插值（反距离插值、样条函数插值）以及克里金插值，对究区域的牧草生育期平均气温的空间分布进行推算，再运用内蒙古高程数据进行对比分析，最 终得出适宜天然牧草生育期的平均气温；经过对比，克里金插值方法的插值结果 最高的叫李娟丽等人对1990-1997年无定河流域67个雨量 站进行了插值分析，运用普通克里金方法，结果发现，用此方法得的插值结果非常符合降雨空间 分布特性叫李新等人通过对几种插值方法的对比，没有最好的插值方法，只有对个研究区域言，有最优的方法问*空间插值方法在自身模上，已很难发生突破*目前，对插值方法的研究，主通过对传统方法的参数进行优化，以提高插值精度*总之，选择合适的插值方法和参数需要考虑自己所研究的区域以及研究的目的*对于众多的空间插值方法而言，没有绝对最佳的方法，只有在特定的 条件下，对某个地区实施所对应的插值方法A7-8B *2研究区域概况陕西省的经度在105。
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设计图例
规范制图以及美 观视觉设计
ห้องสมุดไป่ตู้
通过以上设计，最终得出完美的习水县 年降雨量空间分布地图
总结
通过这一次实验课程教学，我们又将学习 到一门实用的技术，在本次的实验的课程 中，需要注意一下几点：1.在将数据与气 象数据值进行连接的时候需要提前检查 Excel数据的正确性，必须是数值型，不 可以是文本，2.在进行插值与生成等值线 的同时需要注意细节，稍有不慎，便无法 成功，3.在最后出图中，需要注重图幅的 美观，切不可让其他的要数抢了主题要素。 我相信我们每一次实验课程都是值得的， 不管我们付出多少，收获多少，至少我们 努力过，付出过，在今后的学习中，我希 望同学们一定要多花时间，不懂就问，养 成不耻下问的学习态度，在今后的学习生 活中，你才会是真正的赢家。 再一次感谢周旭老师对我们的精心辅导， 2015级土地资源管理班谢谢您。
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(一)：数据连接
(二) 数据插值
（4）将成功插值数据--生成等值线
LOREM
生成等值线
（5）运用ARCGIS进行专题制图--出图
一 二 三 四
运用ARCGIS进行 图幅设计
习水县降雨量空间分布数据插值教程与总结
课程导师：周旭老师
课程制作人：陈建军 制作时间：2016年6月6日
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制 图 数 据 来 源 观 测 站 记 录
制 图 数 据 整 理 通 过 表 格
数 据 连 接 与 插 值 运 用
将 成 功 插 值 数 据 生 成 等 值 线
运 用
ARCGIS
进 行 专 题 制 图 出 图
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Excel
ARCGIS
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（1）制图数据来源-观测站记录
1：习水县分布 各个观测点
2：各观测点记 录该年降雨量
3：将年降雨量 进行汇总 4：统计出习水 县年降雨量资料
（2）制图数据整理--通过Excel表格
将习水县年降雨量输入 Excel表格中进行数据基本 处理
（3）数据连接与插值--运用ARCGIS
谢谢大家