基于DEM的广东省平均气温空间插值Ⅰ——研究方法-论文.pdf

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1、第32卷第2期佛山科学技术学院学报(自然科学版)Vo1．32N0．22Ol4年3月JournalofFoshanUniversity(NaturalScienceEdition)Mar．2O14文章编号：1008—0171(2014)02—0006—04基于DEM的广东省平均气温空间插值——研究方法周红艺，叶颖案，李辉霞(佛山科学技术学院空间信息与资源环境系．广东佛山528000)摘要：以广东省为研究区域．利用地理信息系统软件ArcGIS9．3，分别运用样条函数法、反距离权重法、普通克里格法对广东省及周边的6O个气象站点2003—2

2、0l2年的月平均气温进行空间插值，并根据气温垂直变化规律利用数字高程模型对插值结果进行了修正．采用平均绝对误差和均方根误差对插值结果进行精度评估。试图探索最适合广东省气温空间插值的方法．并通过引入数字高程模型提高插值精度。关键词：数字高程模型；空间插值；均方根误差中图分类号：P456．7文献标志码：A影响气温分布的因素是多种多样的。若用已知的数据去插值，结果必然会与实际存在一定的差别。在众多影响因数当中，海拔高度的影响尤为显著[1]。随海拔高度的上升，气温呈梯度下降趋势(气温的垂直递减率)。本文在不考虑海拔高度和考虑海拔高度的两种情

3、况下，分别运用样条函数法(Spline)、反距离权重法(IDW)、普通克里格法(OK)对广东省及周边60个气象站点的月平均气温进行空间插值，并利用交叉验证的方法对插值精度进行了评估。具体研究结果有待后续报道。1数据来源与处理1．1数据来源广东省行政区划矢量图源自国家基础地理信息系统网站(http：／／nfgis．nsdi．gov．cn／)，比例尺l：400。数字高程模型数据(DEM)来源于中国科学院计算机网络信息中心科学数据中心下属的国际科学数据服务平台(http：／／datamirror．csdB．en／)，空间分辨率精度90m。

4、气温数据来源于中国气象科学数据共享服务．网(http：／／cdc．cma．gov．cn)。选取广东省内及邻·点点近共6O个气象站的气温数据(2003—2012年)作为原始数据，其中54个站点(90)为插值点，6个站点(10)为验证点，如图1所示。验证点选取主图l气象站点分布收稿日期：2013-11—25基金项lgl：中国教育部人文社会科学研究规划基金资助项目(13YJAZH041)；国家自然科学基金资助项目(41371041)；中国科学院西部行动计划资助项目(KZCX2一XB3—10)；佛山科学技术学院科研资助项目作者简介：周红艺(

5、1977一)，男，湖北利川人。佛山科学技术学院副教授，博士。*通信作者：李辉霞(1978一)，女，广东新丰人，佛山科学技术学院副教授，博士。第2期周红艺等：基于DEM的广东省平均气温空间插值I7要考虑了站点的分布均匀性、附近站点的密集程度、站点的高程等3个因素。1．2数据预处理(1)在Excel中导入气象站2003～2012年月均气温数据，并根据台站说明文件添加经度、纬度、海拔高度等信息。(2)在ArcGIS9．3的支持下，将表格形式的气象站点、验证站点信息转化为点矢量图层，并投影到同一坐标系wGS一84。(3)对6幅SRTM数字高

6、程影像进行拼接与裁剪，并将其投影为Albers等积投影，基准面为WGS一84，两条标准纬线分别为25。N和47。N，中央经线为105。E，椭球体为克拉索夫斯基(Krasovsky)。2研究方法2．1插值方法分别选用样条函数法、反距离权重法和普通克里格法对广东省的月均气温数据进行插值，并通过均值统计得到年均气温栅格图。插值方法原理如下。2．1．1样条函数法(Spline)样条插值法是用一种数学函数，对一些限定的点值，通过控制估计方差，利用一些特征节点，用多项式拟合的方法来产生平滑的插值曲线，该方法属于精确插值方法。这种方法适用于有逐渐

7、性变化的表面，如温度、高程、地下水位高度或污染浓度等，其计算公式为Z一Ad~logd，+日+bx+cy，(1)=1式(1)中，Z为要估计的气温栅格值，d，为插值点到第个气象站点的距离；a+bar+为气温的局部趋势函数；、Y为插值点的地理坐标；Ad~logd是一个基础函数，通过它可以获得最小化表面的曲率；￡1A⋯ab和c为方程系数；，z为用于插值的气象站点的数目。样条插值法又分为张力样条插值法(SplinewithTension)和规则样条插值法(RegularizedSpline)。为了避免产生极值现象，本文选择张力样条插值法。2．

8、1．2反距离权重法(InverseDistanceWeighting，IDW)反距离权重插值法是一种精确插值方法，它假设未知值的点受近距离控制点的影响比远距离控制点的影响更大。反距离权重法的通用方程式为[3]∑—～上Z一，(2)d=-