地面气温监测站点空间布局优化研究
发布时间：2021-09-23 04:19
气象服务广泛地应用于社会的方方面面,地面气象观测资料的好坏直接影响气象服务的质量,而地面气象站是地面气象观测资料的主要来源之一。布局合理的地面气象站能够保证在一定插值精度的情况下,尽量避免浪费过多的财力物力。因此,本文在现有地面气温监测站点分布的基础上,从用最少的站点数目保留最多的气温信息的角度,进行了一系列的地面气温监测站点空间布局优化研究,主要内容如下:采用莫兰指数对地面气温数据进行空间相关性分析,为使用地统计学中的克里金插值方法奠定理论基础。针对研究区域内地面气温监测站点的间距问题,本文从结构函数入手,利用结构函数推算日均温的内插精度与站点间距的关系,估算研究区域内地面气温监测站点的最大容许距离;考虑到现有站点分布导致空间大尺度区域边缘气温监控能力弱的问题,在最大容许距离的情况下,通过地统计学的方法,利用克里金方差寻找研究区域中优先添加站点的区域,结合遗传算法的寻优能力,提出一种基于遗传算法和克里金的地面气温监测站点拓展方法;针对未来中小尺度区域地面气温监测站点密度的提高,结合克里金插值带来的残差,利用研究区域内各站点长时间尺度中的残差情况,提出了一种基于残差分布的地面气温监测站...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地面气象观测站点分布图
崭鞯仄骄??陆橛?3～16℃，属于温带向亚热带的过渡性气候。湖南省介于北纬24°38′～30°08′，东经108°47′～114°15′之间，总面积21.18万平方千米。地貌类型多样，有半高山、低山、丘陵、岗地、盆地和平原[33]。湖南各地年平均气温一般为16～19℃，属于大陆性亚热带季风湿润气候。选取的气温观测资料的时间集中于2012年至2016年地面气温数据，数据为每日分时数据，即每日02时、08时、14时、20时的数据。由于有部分站点因为数据的缺失，所以利用江苏省境内56个地面气象监测站，湖南94个地面气象监测站作为研究对象。图2.2为江苏、湖南两省的站点分布图。湖南省的面积近似江苏的两倍，因此从密度上来看，江苏的站点密度高于湖南。江苏省站点分布图如下图2.2（a）所示，江苏的站点分布整体较为均匀，但边缘区域站点略显不足，边界区域气象监控能力需要加强；湖南省站点分布图如下图2.2（b）所示，湖南省边缘站点也不足，但是内部站点呈现聚集的现象。造成江苏和湖南的地面站点分布区别的原因主要为江苏全省地处平原地区，绝大部分地区的海拔在50米以下，气温监测站点的建设较为容易；而湖南地貌类型多种多样，因此这对湖南省站点布设带来了挑战点，然而复杂地形的气温监控也很重要。本文涉及的地面气象观测数据均来自国家气象信息中心。观测资料经过“台站—省级—国家级”三级质量控制[34]，数据可靠，数据的正确率均接近100%。图2.2研究区域的气象观测站点分布图：（a）江苏；（b）湖南2.2空间相关性分析地面气温数据在空间上是连续且平稳的，并且呈现了空间上的相关性。空间相关性是指地面气温在同一分布区域内气温数据之间相互依赖性，通俗点说就是“近处的东西
第二章资料收集及空间相关性分析9图2.3江苏省地面气温莫兰散点图：（a）2012-2016年均温；（b）2016年均温；（c）2016年12月均温；（d）2016年12月31日均温从图2.3可见，4个时间段的气温数据的莫兰指数分别为0.804，0.811，0.848，0.717。从莫兰散点图的分布上看，散点基本分布在一三象限，从趋势线上看，4张图的趋势线均处在一三象限，并且斜率均较高，这表明江苏省内气温数据存在极高的空间正相关性。对湖南省2012-2016年均温、2016年均温、2016年12月均温、2016年12月31日均温分别做莫兰散点图，如图2.4所示。图2.4湖南省地面气温莫兰散点图：（a）2012-2016年均温；（b）2016年均温；（c）2016年12月均温；（d）2016年12月31日均温
【参考文献】：
期刊论文
[1]晋中盆地典型耕地厚度、土壤养分空间变异[J]. 乔磊,黄明镜,张吴平,王国芳,任健. 中国农学通报. 2020(01)
[2]湖南省年均降水量空间插值比较分析[J]. 王泽辉,岳林峰. 北京测绘. 2019(11)
[3]美国气候基准站网建设及启示[J]. 任国玉,初子莹. 气象科技进展. 2019(04)
[4]基于半变异函数的重庆市地表温度空间异质性建模及多尺度特征分析[J]. 陈昭,罗小波,高阳华,叶勤玉,王书敏. 地球信息科学学报. 2019(07)
[5]粒子群优化协同克里金法在确定山地斜坡土层厚度中的应用[J]. 王桂林,向林川,孙帆. 土木建筑与环境工程. 2018(06)
[6]不同雨量次降雨空间插值对比——以四川省南充市降雨为例[J]. 蒲阳,王汝兰,罗明良,徐亚莉,林叶彬. 水文. 2018(04)
[7]区域气象观测站迁址对气象测报的影响[J]. 杨雷,张奎东,刘占昌,王昊. 吉林农业. 2017(18)
[8]基于模拟与观测资料的北京地区气溶胶观测站点分布策略研究[J]. 宋丽潞,梁旭东,赵秀娟. 暴雨灾害. 2017(04)
[9]基于空间观测差异的地面气温资料质量控制算法研究[J]. 熊雄,叶小岭,张颖超,孙宁,邓华,姜忠宝. 地球物理学报. 2017 (03)
[10]贺兰山沿山气象站网密度设计[J]. 黄玉学,黄艳红,张红英,孙嘉楠. 中国科技信息. 2016(20)
硕士论文
[1]水上交通气象灾害风险评估模型的研究[D]. 李玲.湖南师范大学 2019
[2]基于空间维度分析的地面气温观测资料质量控制方法研究[D]. 杨帅.南京信息工程大学 2019
[3]1865-1949年江苏气象台站研究[D]. 杜颖.南京信息工程大学 2017
[4]宁夏自动气象站观测资料分析应用系统的设计与实现[D]. 贺彦玲.电子科技大学 2016
[5]自动气象站布局密度优化的研究[D]. 范海娟.南京信息工程大学 2013
[6]中小尺度自动气象站通讯系统设计[D]. 康凡.南昌大学 2011
[7]基于遗传算法的自动排课系统的设计与实现[D]. 陈莎敏.东北师范大学 2011
[8]基于GPRS的多要素自动气象站的设计与实现[D]. 刘兴丽.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3405025
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地面气象观测站点分布图
崭鞯仄骄??陆橛?3～16℃，属于温带向亚热带的过渡性气候。湖南省介于北纬24°38′～30°08′，东经108°47′～114°15′之间，总面积21.18万平方千米。地貌类型多样，有半高山、低山、丘陵、岗地、盆地和平原[33]。湖南各地年平均气温一般为16～19℃，属于大陆性亚热带季风湿润气候。选取的气温观测资料的时间集中于2012年至2016年地面气温数据，数据为每日分时数据，即每日02时、08时、14时、20时的数据。由于有部分站点因为数据的缺失，所以利用江苏省境内56个地面气象监测站，湖南94个地面气象监测站作为研究对象。图2.2为江苏、湖南两省的站点分布图。湖南省的面积近似江苏的两倍，因此从密度上来看，江苏的站点密度高于湖南。江苏省站点分布图如下图2.2（a）所示，江苏的站点分布整体较为均匀，但边缘区域站点略显不足，边界区域气象监控能力需要加强；湖南省站点分布图如下图2.2（b）所示，湖南省边缘站点也不足，但是内部站点呈现聚集的现象。造成江苏和湖南的地面站点分布区别的原因主要为江苏全省地处平原地区，绝大部分地区的海拔在50米以下，气温监测站点的建设较为容易；而湖南地貌类型多种多样，因此这对湖南省站点布设带来了挑战点，然而复杂地形的气温监控也很重要。本文涉及的地面气象观测数据均来自国家气象信息中心。观测资料经过“台站—省级—国家级”三级质量控制[34]，数据可靠，数据的正确率均接近100%。图2.2研究区域的气象观测站点分布图：（a）江苏；（b）湖南2.2空间相关性分析地面气温数据在空间上是连续且平稳的，并且呈现了空间上的相关性。空间相关性是指地面气温在同一分布区域内气温数据之间相互依赖性，通俗点说就是“近处的东西
第二章资料收集及空间相关性分析9图2.3江苏省地面气温莫兰散点图：（a）2012-2016年均温；（b）2016年均温；（c）2016年12月均温；（d）2016年12月31日均温从图2.3可见，4个时间段的气温数据的莫兰指数分别为0.804，0.811，0.848，0.717。从莫兰散点图的分布上看，散点基本分布在一三象限，从趋势线上看，4张图的趋势线均处在一三象限，并且斜率均较高，这表明江苏省内气温数据存在极高的空间正相关性。对湖南省2012-2016年均温、2016年均温、2016年12月均温、2016年12月31日均温分别做莫兰散点图，如图2.4所示。图2.4湖南省地面气温莫兰散点图：（a）2012-2016年均温；（b）2016年均温；（c）2016年12月均温；（d）2016年12月31日均温
【参考文献】：
期刊论文
[1]晋中盆地典型耕地厚度、土壤养分空间变异[J]. 乔磊,黄明镜,张吴平,王国芳,任健. 中国农学通报. 2020(01)
[2]湖南省年均降水量空间插值比较分析[J]. 王泽辉,岳林峰. 北京测绘. 2019(11)
[3]美国气候基准站网建设及启示[J]. 任国玉,初子莹. 气象科技进展. 2019(04)
[4]基于半变异函数的重庆市地表温度空间异质性建模及多尺度特征分析[J]. 陈昭,罗小波,高阳华,叶勤玉,王书敏. 地球信息科学学报. 2019(07)
[5]粒子群优化协同克里金法在确定山地斜坡土层厚度中的应用[J]. 王桂林,向林川,孙帆. 土木建筑与环境工程. 2018(06)
[6]不同雨量次降雨空间插值对比——以四川省南充市降雨为例[J]. 蒲阳,王汝兰,罗明良,徐亚莉,林叶彬. 水文. 2018(04)
[7]区域气象观测站迁址对气象测报的影响[J]. 杨雷,张奎东,刘占昌,王昊. 吉林农业. 2017(18)
[8]基于模拟与观测资料的北京地区气溶胶观测站点分布策略研究[J]. 宋丽潞,梁旭东,赵秀娟. 暴雨灾害. 2017(04)
[9]基于空间观测差异的地面气温资料质量控制算法研究[J]. 熊雄,叶小岭,张颖超,孙宁,邓华,姜忠宝. 地球物理学报. 2017 (03)
[10]贺兰山沿山气象站网密度设计[J]. 黄玉学,黄艳红,张红英,孙嘉楠. 中国科技信息. 2016(20)
硕士论文
[1]水上交通气象灾害风险评估模型的研究[D]. 李玲.湖南师范大学 2019
[2]基于空间维度分析的地面气温观测资料质量控制方法研究[D]. 杨帅.南京信息工程大学 2019
[3]1865-1949年江苏气象台站研究[D]. 杜颖.南京信息工程大学 2017
[4]宁夏自动气象站观测资料分析应用系统的设计与实现[D]. 贺彦玲.电子科技大学 2016
[5]自动气象站布局密度优化的研究[D]. 范海娟.南京信息工程大学 2013
[6]中小尺度自动气象站通讯系统设计[D]. 康凡.南昌大学 2011
[7]基于遗传算法的自动排课系统的设计与实现[D]. 陈莎敏.东北师范大学 2011
[8]基于GPRS的多要素自动气象站的设计与实现[D]. 刘兴丽.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3405025
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