基于多重网格法求解的高精度曲面建模模型

以曲面论为理论基础的高精度曲面建模模型(HASM)从理论上解决了曲面模拟的误差问题,但是计算量大,存储要求高。为了解决这一问题,应用多重网格法(MG法)来求解HASM模型离散得到的线性方程组。数值试验结果表明,MG法在保持求解精度的前提下大幅度提高了HASM模型的模拟速度,同时解决了HASM模型存储要求高等问题。

生态环境曲面建模基本定理及其应用

在高精度曲面建模方法和地球表层系统建模基本定理研究结果基础上,演绎提出了生态环境曲面建模基本定理.以京津冀地区为案例,对基于生态环境曲面建模基本定理的空间升尺度、空间降尺度、空间插值、数据融合和模型-数据同化等算法进行了实证研究,与传统算法精度进行了比较分析.结果表明,由于基于生态环境曲面建模基本定理的各种算法综合了外蕴量信息和内蕴量信息,同时运用了理论上完善的信息综合方法,使海拔高度曲面的升尺度均方根误差至少降低了9m,年平均气温未来情景的降尺度精度至少提高16%,年平均气温过去变化趋势的数据融合精度至少提高70%,年平均降雨量过去变化趋势的空间插值精度至少提高0.2%,碳储量的模型-数据同化精度提高了40%.文章最后讨论了生态曲面建模基本定理亟待解决的五大理论问题和四大应用基础问题.

基于多重网格求解的土壤属性高精度曲面建模

高精度曲面建模(HASM)是近几年发展起来的可用于地理信息系统和生态建模的一种较高精度的曲面建模方法。本研究选择南方红壤丘陵区江西省吉安市辖区、吉安县和泰和县为研究区,采集150个表层土壤(0～20cm)样品,分别随机选取60、90和120个点作为模拟数据集,90、60和30个点作为验证数据集,基于多重网格(MG)作为土壤属性高精度曲面建模的求解方法(HASM-MG),比较HASM-MG、Kriging、IDW和Spline四种方法的插值精度,检验HASM-MG在土壤pH的插值效果,并分析土壤pH在典型南方红壤丘陵区的空间分异规律。结果表明:HASM-MG的模拟结果与测定值最为接近;与其他三种方法相比,其模拟结果在三组数据集中均具有最小的平均绝对误差、均方根误差和与测定值之间最高的相关系数;研究区水稻土分布较多的中部和东南部地区的土壤pH明显高于红壤分布较多的地区。多重网格求解的高精度曲面建模(HASM-MG)在提高了求解速度的前提下,保证了土壤属性的插值精度,将土壤属性的高精度曲面建模向实用性方面向前推进了一步。

基于YUE-HASM方法的气温与降水时空变化趋势

气温和降水作为最主要的气候要素,其时空变化趋势将直接影响着各种生态系统的结构、服务功能及空间分布变化。经验证,YUE-HASM方法较普通Kriging方法模拟精度高。根据江西省及其邻域范围内1961-2000年的100个气象观测站点每天的气温和降水的基础观测数据、DEM数据,运用YUE-HASM方法分别对江西省20世纪60、70、80和90年代平均气温和平均降水的时空变化趋势进行数字模拟分析。研究结果表明：在1961-2000年的40年间,江西省平均气温和平均降水在时空分布上存在显著变化,60年代为相对暖干时段、70和80年代为相对冷湿时段,而90年代则为暖湿时段。