EASE-Grid投影风云卫星产品地理信息写入方法

风云卫星遥感数据服务网的卫星遥感产品数据集中,风云三系列气象卫星遥感产品数据集中很多采用的是等面积可伸缩地球网格(EASE-Grid)投影方式进行处理,实际应用中对使用者具有较高的数据处理能力要求,不利于遥感产品数据集的省级应用。基于数据集使用中的这些问题,该文以FY3D雪水当量数据集产品为例,采用程序化方法对EASE-Grid投影产品数据集的地理信息进行写入,通过构建地理坐标系参考对象和地理信息目录,将数据矩阵中写入地理信息并以GeoTiff格式文件输出。结果表明,经过该方法处理过的产品数据可与矢量文件实现准确的经纬度信息的匹配,降低了数据分析处理的难度。该方法具有较好的适用性,对于EASE-Grid的三种不同的投影方式均适用,可在一定程度上提高卫星遥感产品数据集的省级科研与应用水平。

Evaluation of CHIRPS Satellite Gridded Dataset as an Alternative Rainfall Estimate for Localized Modelling over Uganda

The Ugandan economy is largely dependent on rural-based and rain-fed agriculture. This creates a critical need to understand the rainfall dynamics at the local scale. However, the country has a sternly sparse and unreliable rain gauge network. This research, therefore, sets out to evaluate the use of the CHIRPS satellite gridded dataset as an alternative rainfall estimate for local modelling of rainfall in Uganda. Complete, continuous and reliable in situ station observations for the period between 2012 and 2020 were used for the comparison with CHIRPS satellite data models in the same epoch. Rainfall values within the minimum 5 km and maximum 20 km radii from the in situ stations were extracted at a 5 km interval from the interpolated in situ station surface and the CHIRPS satellite data model for comparison. Results of the 5 km radius were adopted for the evaluation as it’s closer to the optimal rain gauge coverage of 25 km2. They show the R2 = 0.91, NSE = 0.88, PBias = -0.24 and RSR = 0.35. This attests that the CHIRPS satellite gridded datasets provide a good approximation and simulation of in situ station data with high collinearity and minimum deviation. This tallies with related studies in other regions that have found CHIRPS datasets superior to interpolation surfaces and sparse rain gauge data in the comprehensive estimation of rainfall. With a 0.05° * 0.05° (Latitude, longitude) spatial resolution, CHIRPS satellite gridded rainfall estimates are therefore able to provide a comprehensive rainfall estimation at a local scale. Essentially these results reward research science in regions like Uganda that have sparse rain gauges networks characterized by incomplete, inconsistent and unreliable data with an empirically researched alternative source of rainfall estimation data. It further provides a platform to scientifically interrogate the rainfall dynamics at a local scale in order to infuse local policy with evidence-based formulation and application.

基于降水量距平百分率的1961—2020年鄂尔多斯气象干旱趋势

鄂尔多斯由于干旱事件频发,严重影响到当地的经济发展。研究鄂尔多斯的干旱时空演变特征对抗旱减灾工作的开展十分必要。本文采用1961—2020年鄂尔多斯85个格点的逐月降水数据,利用游程理论分析了标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)和降水量距平百分率指数(Precipitation Anomaly Percentage,Pa)在该地区的适用性,并进一步采用反距离插值等方法分析干旱时空演变特征,结果表明:(1)Pa指数对鄂尔多斯干旱的描述具有很强的敏感性和准确性。(2)干旱年际变化频率高,夏旱发生频率最高,为16.7%,冬旱发生频率最低,为13.3%,其中,干旱发生率随干旱等级升高而逐渐降低。(3)鄂尔多斯西部比东部更易发生严重干旱,不受旱灾影响的概率逐渐由42%增大为75%。(4)春夏两季的干旱情况对整年的干旱情况影响最大,秋冬两季的干旱形势有所好转,并且冬季好转更明显。

扇形格网高程特征图像的车载LiDAR点云道路提取方法

针对传统高程特征图像道路点提取方法中格网分辨率需手动设定和存储资源冗余问题,本文提出了扇形格网高程特征图像的车载LiDAR点云道路提取方法。该方法采用自适应扇形格网投影,根据激光雷达(LiDAR)设备参数,自动建立可缩放的扇形格网,有效优化了传统方形格网分辨率手动设置,解决了存储资源冗余问题。在该方法的具体实施过程中,首先,依据LiDAR设备参数进行自适应扇形格网投影;其次,获取每个格网内点的高程,运用反距离加权法(IDW)建立高程特征图像;最后,基于高程特征图像设定高程阈值,实施道路点提取。为验证本文方法的有效性,从KITTI数据集中选取不同道路类型的6组数据进行实验。结果表明,道路点提取的最高质量为87.1%,平均质量为80.2%。与传统高程特征图像道路点提取方法相比,本文方法的平均质量高出近3个百分点。

干旱地区“代表性人口格网数据集”精度研究——以甘宁青地区为例

高精度的人口格网数据集在风险评价、灾害应急、生态环境保护、区域发展与规划等领域具有重要价值。输入数据精度和模型选择的不同导致其具有不同的特点与优势,因此评价代表性数据集的精度,分析数据集的适用条件意义重大。研究评估了世界人口(WorldPop)数据集和世界第四版网格化人口(GPWv4)数据集在中国西北干旱地区甘肃省、宁夏回族自治区和青海省的精度;以中国人口普查数据的最佳可用单位(乡镇行政区划)为研究单元,将WorldPop和GPWv4数据集与2020年第七次人口普查数据进行相关性分析,计算统计误差和相对误差的空间分布,定量地评价各个数据集的精度;通过目视估计定性地分析数据集的映射性能,最后讨论了数据集的误差来源。统计误差结果表明:WorldPop数据集的精度更高,其相关系数(r)、均方根误(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别达到0.76、23016、0.73和0.60,而GPWv4数据集的上述统计结果分别为0.70、22297、0.75和0.58。同时,由相对误差的空间分布可知,WorldPop数据集准确估计的区域更多。目视估计结果表明:2种人口格网数据集的映射性能类似,都具有东部人口稠密、西部人口稀疏的特点。针对干旱地区人口格网数据集精度的评价研究,有利于分析数据集的误差来源,指导数据集的合理使用。在未来研究中,使用人类生活的辅助数据,生成干旱地区特有的人口分布模式,从而提高西北干旱区域人口数据集的精度。

基于梯度依赖OI的全球多参数Argo数据集的构建与验证

利用Argo资料,基于梯度依赖最优插值客观分析系统,重构2004—2020年空间分辨率为1°×1°的全球多参数Argo网格化数据集,并通过置信区间估计、实测数据检验、与其他数据集对比等方式,对该数据集进行一系列的验证。结果表明:重构的Argo数据集在95%的统计概率下,90%以上的温度、盐度重构结果可信,且与实测数据的温度、盐度最大偏差不超过±1.0℃、±0.02。该数据集所反映的大尺度信号与现有数据集一致,并且可以保留较多中小尺度信号,分析结果与实际观测更接近。

HBV模型在玛纳斯河流域的适用性

新疆天山北坡山区流域水文气象资料稀缺,融雪径流模拟比较困难。为研究HBV模型在新疆天山北坡玛纳斯河流域径流模拟的适用性,通过分析流域积雪覆盖率与径流的相关性,并基于中国地面降水与气温日值0.5°×0.5°格点数据集,经空间插值得到研究区多年平均降水和气温的空间分布,运用HBV模型模拟了玛纳斯河流域2000—2013年日尺度和月尺度径流过程,与SRM的模拟效果进行对比分析。结果表明:①多年月平均积雪覆盖率与多年月平均流量呈负相关,相关系数R^(2)=0.67,流域内积雪融水对径流的补给作用明显;②数据集经空间插值得到研究区多年平均降水和气温的空间分布能基本反映流域的垂直气候差异性,数据集可作为玛纳斯河流域缺乏气象资料的高山区径流模拟的输入数据;③HBV模型与SRM在玛纳斯河流域日尺度和月尺度的径流模拟效果评价等级均为良好,且HBV模型对洪峰流量模拟效果更好,整体的模拟值与实测值偏差更小,HBV模型在玛纳斯河流域具有较好的适用性。

提高机器人识别机率的线性推动策略

针对机器人工业抓取场景中,堆叠的工件相互遮挡,难以识别的问题,提出一种基于聚类网格法的自适应线性推动策略AC-Grid。融合二维图像与点云高度渲染信息,根据抓取场景内工件的散乱堆叠情况分析出可靠的几何特征,为机器人优化出一条合理有效的工件推动路线。在V-REP仿真环境中制作80组“PushTD”系列的模拟场景数据集,对比实验结果表明,AC-Grid推动策略在仿真场景下最高能使平均目标匹配识别度提高至39.6%,在实际场景中能达到16.4%,在不同场景中均能起到显著分离和目标识别度提升的作用。

近50a中国降水格点数据集的建立及质量评估

基于2012年6月更新的高质量2 400个台站降水资料,采用薄盘样条法,制定了采用3个自变量(经度、纬度、海拔高度)、降水量开平方预处理、3次样条的插值方案,并引入数字高程资料,以减弱中国独特地形条件下高程对降水空间插值精度的影响,并对1961—2010年中国区域地面降水站点资料进行了空间内插,得到了中国地面降水0.5°×0.5°格点数据集。经数据集的质量评估结果表明:分析值与站点观测值均方根误差平均为0.49 mm,相关系数平均达0.93(通过0.01的显著性检验),夏季插值误差高于冬季,东南地区误差普遍高于其他地区。冬、春、夏、秋季绝大多数台站绝对误差在±10 mm/月以内。冬、春、夏、秋季分别有60%、82%、54%、77%的台站相对误差在±10%之间。插值后的格点化降水资料能够比较细致、准确地描述中国大陆年平均降水场的东南多、西北少的主要空间特征,但也平滑掉了范围很小的降水极值中心。台站分布越密集的地方,插值效果越好,并且最近距离小于40 km的台站插值精度较高,大于40 km插值精度衰减较快。

全球海洋Argo网格资料集及其验证

简要介绍了全球海洋Argo网格资料集的制作过程,并着重探讨了该数据集与历史观测资料集(如WOA09和TAO),以及同类型的Argo网格数据集等进行的比较与验证结果,发现利用逐步订正法构建的Argo网格资料与其他数据集相比,除了相互间吻合程度较高,能较客观地呈现出全球海洋中的一些大、中尺度海洋特征外,由Argo资料揭示的一些重要物理海洋特征的结构显得更细致,更能反映这些现象的演变过程和变化规律;加上Argo资料严格的质量控制过程,确保了重构的网格数据集的质量和可靠性。该资料集不仅可以作为研究全球海洋状况或揭示物理海洋现象的基础资料,还可为海洋数值模式的开边界和初始场提供参考依据。

中国55年来地面水汽压网格数据集的建立及精度评价

对气象要素网格化是气候变化研究中避免空间抽样误差的有效方法之一。文中采用薄盘光滑样条插值法(ANUS-PLIN),在考虑站点经度、纬度和海拔高度的基础上,对中国55年来地面水汽压站点资料进行空间插值,得到了中国陆地水汽压年和月平均值1°×1°网格数据集。精度检验表明:中国年水汽压插值误差普遍小于0.3hPa;而月水汽压的插值误差由于受水汽压周期变化的影响,表现出周期性变化的特点。一般夏季较大,最大误差在0.5hPa左右,冬季较小,约为0.2hPa。在考虑站点海拔与对应网格DEM差值大小的基础上,建立实测水汽压值与对应网格水汽压值年序列,并进一步分析二者的相关关系,表明:(1)二者具有很好的相关性,相关系数为0.88—0.96;(2)能很好地模拟地形影响,得到的网格水汽压可以较好地代表实测水汽压的变化趋势。由此建立了中国近55年来地面水汽压的年序列。其趋势表明:近55年来中国年平均水汽压呈增加趋势,其线性趋势为0.52hPa/(100a),其中西部增加趋势大于东部,且以夏季的增大趋势最为显著。结合近50年来气温的变化趋势说明:在中国,气温每增加1℃,大气中年平均水汽含量约增加3.15%。

1951-2012年中国大陆0.025°×0.025°高分辨率月气温和降水量格点数据集的建立及其初步应用

鉴于中国缺少高空间分辨率且时间跨度较长的格点气候数据集,基于国家气象局气象信息中心发布的中国753个台站地面气候月值数据集,使用国际常用的ANUSPLIN软件进行空间插值,建立了1951-2012年中国月值气温和降水量的空间超高分辨率(0.025°×0.025°,约2.8 km×2.8 km)格点数据集(简称LZU0025).该数据集与较高分辨率(0.5°×0.5°)的University of Delaware(UDEL),Climate Prediction Center(CPC)全球格点数据集在刻画中国温度和降水时空变化上具有一致性.所建立的格点数据集还可以更好地刻画中国复杂地形下的气温和降水量的时空特征,具有超高空间分辨率和较长时间序列的优点.依据本文建立的高分辨率格点数据集,发现1951-1980年间中国大陆气温最低且以波动为主,20世纪80年代开始气温快速升高,近10年来气温最高但增温趋缓.全国年平均降水量变化无明显趋势,但受西风环流控制的我国西北干旱区降水有增加趋势,而受东亚季风环流控制的华北地区降水有明显减少趋势.

近50年中国降水格点日值数据集精度及评估

利用高质量的2472个气象台站逐日降水资料和薄盘样条法,对1961 2010年中国大陆降水资料进行了空间内插,得到了中国地面降水0.5°×0.5°格点日值数据集。对该数据集的评估结果表明:夏季误差明显大于其他季节,冬、春、夏、秋季分别有96.7%,91.8%,63.2%和94.0%的台站绝对误差在±1 mm·d-1之间;冬、春、夏、秋季分别有53%,68%,72%和70%的台站相对误差在±10%之间。基于台风"碧利斯"等3个强降水事件的分析和插值试验表明,格点化降水可以较好地描述一定范围内的面雨量。对比CP和APHRO两套格点资料表明,APHRO格点资料在刻画长江以南的年降水量气候态空间特征方面与观测值较一致;CP格点资料对青藏高原、天山山脉和塔里木盆地等大地形附近的降水空间特征描述较准确。另外,CP和APHRO格点资料都可以再现江淮梅雨日变化特征。当出现大雨和中雨日时,两套网格化降水资料同等程度地弱化了降水强度,而出现小雨日时,CP格点资料更接近实测降水。

基于均一化格点资料的全球变暖趋缓期中国气温变化特征分析

利用1961—2014年水平分辨率为0.5°×0.5°的均一化气温网格数据,分析全球变暖趋缓期(1998—2014年)中国气温的变化特征。结果显示:1998—2014年中国气温上升趋缓明显,与增暖期(1985—1997年)相比,年平均气温和年平均最高气温由升温趋势转为降温趋势,分别为-0.05℃/10a和-0.11℃/10a,而年平均最低气温仍保持弱的上升趋势(0.06℃/10a)。全球变暖趋缓期中国的增暖型发生了显著变化:北方地区由增温趋势转为降温趋势,青藏高原和西南地区则呈现出相对强的增温趋势;从季节来看,冬季降温最强、夏季增温较其他季节偏强,而冬季(强降温)正是中国增暖趋缓的主要贡献季节。增温最强的要素仍然是最低气温。

近半个世纪中国区域历史气温网格数据集的建立

气候序列长度不一致以及由此导致的空间抽样误差在气候变化检测研究中常常产生影响,因此往往需要把全球或者区域尺度气候数据转化为格点气候数据集。文中分别采用修改后的一级差分方法和普通Kriging方法,把中国大陆(共约728个站,不含港、澳、台地区)气象台站1951年1月—2004年12月经过质量控制和均一化的历史气温数据转化为2.5°×2.5°经纬度网格化数据集。对比分析表明:应用上述两种方法,(1)格点化带来的空间抽样误差较小;(2)格点化后的格点气温序列和站点序列相关程度很高;(3)不同的方法建立的格点数据集在序列的相关性、距平场的相似性描述方面均非常一致。二者的相关性和相似性也表明文中所建立的格点数据集是比较合理的。最后利用格点化后的气温数据集,分别采取距平平均方法和一级差分方法,对近54年中国气温变化趋势进行了更为准确的估计。不同的计算方法对中国区域气温增暖幅度的研究表明,整个中国区域内近50年气温表现出一致的增暖特点,其中以北方地区(西北、东北)气温增暖幅度最大,个别地区达到近0.6℃/(10a),而最低的长江中、上游地区,年均气温增暖幅度较小,还不到0.1℃/(10a),全国平均的年平均气温近54年来增暖速率约为0.23—0.25℃/(10a),这和其他专家得出的结论是基本一致的,而由于文中对数据集进行了较为系统的质量控制,使得估计结果更为精确、可信。

基于高分辨率格点数据的2008-2013年青藏高原面雨量特征

基于中国自动气象站与CMORPH降水产品融合的0.1°×0.1°高分辨率逐时降水量网格数据集以及气象站点日降水的实测资料,对青藏高原面雨量的空间分布做了研究,并运用线性分析法对青藏高原季节面雨量和逐时面雨量的年际变化做了分析。结果表明:(1)0.1°×0.1°高分辨率格点降水数据能够准确地反映青藏高原面雨量的空间分布特征,东南缘的降雨量远大于西北部。格点数据与站点数据之间偏差率小于20%的站点占到站点总数(84个)的65.48%,相关系数大于0.9的站点有48个。(2)2008-2013年青藏高原总面雨量的年均值为133.42×10^(10)m^3,夏季面雨量最大,占到全年面雨量的51.48%。四季面雨量均呈增长趋势,春、夏、秋、冬的线性倾向率分别为0.40×10^(10)m^3·a^(-1)、3.11×10^(10)m^3·a^(-1)、1.30×10^(10)m^3·a^(-1)和0.92×10^(10)m^3·a^(-1)。(3)面雨量峰值出现在19:00-20:00(北京时间,下同),面雨量增多的时间出现在17:00-02:00。

基于GIS栅格数据的叶尔羌河灌区洪水风险动态模拟与识别

【目的】加强叶尔羌河灌区防洪规划与管理。【方法】根据1959-2015年叶尔羌河灌区洪水事件,以叶尔羌河喀群渠首至艾力克塔木之间的区域为研究对象,应用GIS工具生成数字高程(DEM)栅格数据,构建了FloodArea洪水淹没模型,计算了高情景和低情景2种典型历史洪水量级下的淹没范围、水深、流速等风险要素,绘制了研究区的洪水风险图。【结果】叶尔羌河洪水淹没风险区主要限于灌区河段附近,重现期为20a洪水风险较高,卡群水文站以下河段多处被洪水冲毁部分河段河堤,洪水漫溢淹没区主要分布在沿河道两侧灌区的地势低洼区,洪水淹没范围较大;重现期为5 a洪水的流程强度和洪水淹没区比重现期为20 a洪水有所减少,危险性等级降低,灌区以及居民点基本未受到影响。【结论】通过反演高情景和低情景2种典型洪水,生成的洪水风险灾害指示图能够科学地模拟、预测洪水淹没范围,防洪工程的重点是在平原灌区莎车县、麦盖提县、巴楚县河段。

国家级格点实况分析产品在江苏地区的适用性评估分析

利用国家级格点实况分析资料与地面气象站实况数据,采用误差分析、技巧评分等方法评估了2017年7月至2018年6月逐时的格点实况产品在江苏地区的地面2 m气温、2 m相对湿度、10 m风和降水要素的一致性和准确性,同时采用MODE检验方法对格点降水产品空间分布偏差进行了分析。结果表明:2 m气温格点实况与自动站观测基本一致,平均绝对误差在0.5~0.8℃,均方根误差在0.8℃左右,其中日最高气温误差较小。格点实况和自动站2 m相对湿度之间的平均绝对误差在5%左右,均方根误差在6%~7%,表现出较高的准确性和稳定性。格点实况10 m风向准确率达到70%左右,而风速准确率仅为56%,与气象站点观测相比有明显差异。格点降水产品的全年有无降水准确率为90%~98%,对于晴雨检验存在带来较大影响的可能。格点实况产品对小雨级别降水的准确率最高,随着降水量级增大,格点实况降水场相比站点观测存在较多的降水漏报,因此,对于降水分量级检验还不适合用格点实况场来替代气象站点观测。设计了一种基于空间形态的降水准确率评分方法对降水空间落区进行检验,格点实况降水场的空间形态准确率评分在0.9左右,较准确地反映了实际降水空间分布。因而,格点实况数据在江苏平原地区都有较高的精度,误差在可接受的范围内,基本可以代替自动站观测作为预报和模式检验的真实实况场,但也存在以下几个方面的问题:(1)格点2 m气温、2 m相对湿度产品在江苏的丘陵地带误差较大,降水产品在海岛气象站准确性较低;(2)格点降水产品一定程度地弱化了大雨以上量级降水强度;(3)格点实况风速产品误差较大,与业务服务需求有一定差距。

基于网格和密度的海量数据增量式离群点挖掘算法

处理海量和高维数据已经成为设计离群点算法面临的重要任务和挑战,针对海量数据的特点提出一种基于网格和密度的增量式离群点挖掘算法IGDLOF,算法的基本思想为:采用网格的七元组信息减少数据维数和数量,利用增量更新减少内存需求.通过代表点过滤相应的主体数据,先判断再进行近似密度计算的方法减少计算量,降低算法的复杂度.通过在真实和仿真数据集的测试表明,IGDLOF增量算法可与LOF算法保持相同的精确度,而执行效率得到显著的提高.

CRU数据集在黑龙江省ET_0计算中的应用

针对我国参考作物蒸发蒸腾量(ET0)计算中存在的气象数据不易获取、现有作物需水量数据空间分辨率较低等问题,以黑龙江省为例,基于10 min分辨率的CRU CL 2.0数据集,采用FAO Penman-Monteith公式建立了适于计算区域ET0的栅格模型,并应用黑龙江省14个气象站的实测气象数据对该模型计算成果进行了验证。结果表明:采用CRU CL 2.0数据计算区域ET0是可行的,其计算结果与应用实测气象数据计算所得的ET0符合较好,不仅可以细化我国ET0和作物需水量研究成果,也为气象资料缺乏情况下的ET0计算供了一种新的计算模式。