基于GIS的金沙江流域(云南段)地形差异对降水空间分布影响研究

金沙江流域水资源丰富,流域径流补给以降水和雪山冰雪融水为主,降水量的多少直接影响区域水量的大小。本文以金沙江流域(云南段)为研究区域,利用气象观测站降水资料、2014—2018年月平均降水量数据,运用ArcGIS获得研究区年平均降水估算量,利用金沙江流域站点降水数据、DEM数据分析地形对降水量分布的影响和时空特征。研究表明:春季研究区降水分布呈现出西高东低的分布特征,受到地形影响,降水主要集中在流域上段区域,经纬度对降雨有促进作用。夏季研究区降雨显著增加,降雨量受季风影响较大,流域降水量整段都有上升趋势,经纬度和坡度对降雨量的影响较大。秋季研究区降雨量呈下降趋势,降雨量分布特征为西低东高。冬季研究区降雨有所减少。

高空西风急流东西向形态变化对梅雨期降水空间分布的影响

利用40年的NCEP/NCAR再分析候平均资料和同期长江中下游地区逐日降水资料,使用合成方法分析了梅雨期东亚副热带高空西风急流的东西位置和形态变化特征,探讨了高空西风急流对梅雨期降水空间分布的影响。分析结果表明,梅雨期东亚大陆上空西风急流强度减弱且持续维持、西太平洋上空西风急流核分裂减弱直至出梅后消失,这是梅雨期200hPa东亚高空西风急流东西向位置变化的主要特征。梅雨期,200hPa副热带西风急流中心呈现东西向位置变化和海陆分布形态差异,西风急流中心东西向位置变化对梅雨起讫有着较好的指示意义。梅雨期东亚副热带高空西风急流东西形态分布差异不仅影响到长江中下游地区降水空间集中区的位置而且还影响到降水中心强度。进一步分析表明,当东亚西风急流主体位于西太平洋上空时,在长江下游地区形成高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动加上充足的水汽条件供应,有利于在长江下游形成集中的强降水区域。当高空西风急流位于东亚大陆上空时,在长江中下游地区高低空急流无耦合形势存在,长江中下游地区也没有强的集中降水区域。因此,东亚副热带高空西风急流东西向形态变化对长江中下游地区的高低空环流结构、地面集中降水区域的空间分布具有重要的影响。

地理地形因子对长江中下游平原降水空间分布影响的估算和分析

以长江中下游平原为研究区,采用2001 ～2010十年的降水整编资料、NCEP风向资料以及DEM数据,利用偏最小二乘法（PLS）对长江中下游平原一月、四月、七月、十月的降水空间分布与地理地形因子及风向因子的关系进行分析、检验和讨论.结果表明：与普通克里格插值法对实测降水量进行降水空间分布估算结果相比,加上地理地形因子及风向因子后的PLS回归模型更能直观反映出该区降水空间分布受到局部地理地形因子及风向因子综合影响的特征,其结果能为该区实行因地制宜的工农业生产提供科学的指导.

山区降水空间分布的插值分析

降水空间分布信息是进行区域水资源管理的基础,同时也是区域防洪减灾中所需的重要信息。采用地质统计学方法克里金方法,建立了区域降水插值模型。并以黄河故县以上集水区域为例,进行多年平均月降水插值实验。由于研究区域为地形起伏的山区,因此降水空间分析中又建立了融合地形信息的人工神经网络模型。此外还选取泰森多边形法、距离平方反比法、线性回归法,采用交叉验证法对各方法的插值精度进行对比分析。研究显示,克里金方法和融合地形信息的人工神经网络模型插值精度较高。。

金沙江流域降水空间分布特征及变化趋势分析

依据金沙江流域25个气象站点1961-2010年的降水观测数据,采用Mann-Kendall非参数检验及经验模态（EMD）趋势拟合等方法,分析了流域降水时空分布特征及其近期变化趋势。结果表明,金沙江流域年季降水量存在明显的区域差异。高程4 000 m以上的区域降水总体呈显著增加趋势,面平均年降水量变幅达1.68 mm/a;高程4 000-3 000 m的区域降水量总体呈不显著增加趋势,面平均年降水量变幅为0.8 mm/a;高程3 000 m以下的区域降水量总体表现为不显著下降趋势,面平均年降水量降幅为-0.59 mm/a。年降水量变化主要体现在夏秋季降水量变化上;高程4 000 m以上和3 000 m以下两个区域降水集中性和降水强度存在增加趋势,其干旱现象也愈发严重;近期流域极端降水可能存在增加趋势。

乌鲁木齐市地理地形因素对降水空间分布的影响

提供了一个描述乌鲁木齐市年、季降水空间分布的估算模型。利用中国气象局整编的气象站点信息资料和位于研究区域的3个站点(乌鲁木齐、达坂城、蔡家湖)从建站到2000年的多年降水资料,采用多元逐步回归方法,分析和估算了3个地理、地形影响因子(即经度、纬度、海拔高度)对乌鲁木齐市降水空间分布的影响,并对回归方程和影响因子进行了显著性检验,得出了一些定性、定量的结果。本文模型估算的降水能够较好地再现该区的实际降水分布,具有一定的适用价值。

中国降水特征及拟合参数时空分布研究

为总结全国降水特征,并探究降水历时的分布,对中国698个气象站56年连续日降水数据,从降水的季节分布、极端特征、持续时间3个方面分析降水特征的空间分布和年际变化,并利用伽马分布对降水历时曲线进行拟合和参数估计,分析影响拟合参数的潜在物理因素。结果显示:(1)降水趋势总体呈现东南地区增加,中部下降,东部、西北、东北冬季降水量增加且分布范围较广,从中国东南地区到西北地区,降水百分位的变化趋势呈先升再减再升,99百分位降水阈值的分布更不均匀,临河站的降水百分位变化趋势下降最大,尤其是湿日降水百分位,湿期在西南和中部地区处于下降趋势,沿海和西北地区处于上升趋势,且流域旱涝持续时间分布特征在大部分地区表现出相反状态,湿期的年际变化相较于干期小;(2)伽马分布对降水量有较好的拟合效果,尺度参数β与降水量和降水百分位的相关性较高,且对强降水事件的极端降水阈值有更好的表现,这一发现能够为后续基于物理影响因素的降水过程研究提供理论支持。

融合时序特征的湖北省降水空间分布估算

以湖北省2006-2010年的降水量为基础数据源,通过对降水数据的分析,将省内75个站点的时间维降水序列变差函数值作为降水强度的影响因素,引入到降水量空间预测的多元地理统计中,使用时序协同克里格方法构建降水时序特征与降水量之间的数学关系模型,对湖北省月平均降水数据进行空间插值模拟。通过分析不同时间尺度下的交叉检验统计量,选择最优的时间维变差函数计算尺度。结果显示,融合时序特征的协同克里格法对降水量的空间插值较普通克里格法具有更好的插值效果,因而更适合历史资料丰富地区的降水空间分布估算。

吉林省年降水量空间分布及周期变化规律分析

研究吉林省降水空间分布及周期变化规律,对区域水资源利用、农业生产安排及旱涝灾害防治有重要意义。利用1958~2011年吉林省逐月降水序列资料,采用Kriging插值、距平和Morlet小波分析方法,分析吉林省降水空间分布及多时间尺度周期变化规律,并对吉林省近期降水状况进行预测。结果表明,在空间上,吉林省降水量整体呈现东南部山区少、西北部平原少和南部山区多的"一多两少"格局;吉林省降水量存在着区域性的多重时间尺度下的周期变化规律,并以此大致将吉林省划分为四个区域:西北部,年降水周期主要为5~6、10~20、25~30年;中部,主要为4~8、16~25年;南部,主要为7~8、13~17年;东南部,主要为5~10、12~17年;依据周期规律,推测2010年以后,吉林省在不同地区、不同时间周期下降水量呈现不同的丰枯形势。研究成果可为吉林省水资源变化特征研究及水资源管理提供数据支持。

淮河流域夏季极端降水频次空间分布的客观分类及其形成机理

本文基于1961~2016年淮河流域四省(江苏、安徽、河南、山东)逐日降水观测资料及全球大气再分析资料,利用K均值聚类、旋转经验正交函数分解对淮河流域夏季极端降水频次分布进行了客观分类,利用统计诊断和数值模拟的手段讨论了其相关环流异常和形成机理。结果表明:(1)淮河流域夏季极端降水频次的空间分布可客观分为以极端降水主要发生在淮河流域33°N以南地区的南部型,主要发生在32°~36°N之间的中部型,和主要发生在34°N以北的北部型这三种分布类型;(2)南部型极端降水频次分布与西北太平洋副热带高压异常偏西偏南有关,西北太平洋异常反气旋北侧的异常气旋性环流使得水汽输送停留在淮河流域南部,导致南部极端降水频次偏多。中部型对应淮河流域受鞍型场环流结构控制,导致中部极端降水频次偏多。北部型极端降水频次分布时,淮河流域处于反气旋性环流异常西南侧,偏南风将水汽输送至淮河流域北部,导致北部极端降水频次偏多;(3)南部型和北部型的极端降水频次分布相关环流异常分别受厄尔尼诺和拉尼娜相关海表温度异常所影响,而中部型极端降水频次分布的相关环流异常是巴伦支海/喀拉海海冰异常在欧亚大陆上空激发的自西北向东南传播的准定常罗斯贝波所导致的。

澜沧江流域降水量空间分布的克里格插值分析

澜沧江流域范围狭长,地形起伏较大,降水等气候信息复杂多变,获取困难。而使用地质统计学当中的克里格插值方法,可以对降水量的空间分布情况进行插值分析,获取流域内及周边地区的降水量空间分布特征。本文对地质统计学及克里格插值的基本理论进行了简单介绍,利用降水量空间分布的各向异性特征,对澜沧江流域多年平均降水量进行了空间插值处理,对试验误差进行了比较,并对流域内降水量的整体分布特征和其中部分地区降雨量异常的原因进行了初步的分析。

基于雷达探究复杂山区地形因子在降水空间插值中的作用

地形因子在降水空间插值中具有重要作用。复杂山区气象站主要分布在平坦地带,已有研究结果可能难以说明地形因子在复杂山区降水空间插值中的作用。本研究使用高分辨率雷达定量估测降水数据,分析地形对复杂山区降水空间分布的影响,探讨地形因子在复杂山区降水空间插值中的作用。结果表明:贵州高原山区降水量与高程显著相关,随高程增加而减少,与坡度无显著关系;雷达定量估测的降水数据能反映降水量在坡向上的空间差异,气象站的降水数据难以呈现降水量在坡向上的空间差异;通过Kriging插值法获得的降水插值误差最小,将地形因子作为协变量或预测变量均不能提高降水空间插值的精度。复杂山区气象站观测降水的空间代表性不足,加之其降水空间异质性强,进而削弱了地形因子在降水空间插值中的作用。

时序变差函数特征驱动下的月平均降水空间分布模拟

高精度降水场是水文、气象以及环境分析的重要数据支撑,直接影响相关服务的准确性。传统降水分布模拟大多依赖站点空间维的驱动因素,而忽略了降水时序变化特征对其空间分布的影响。使用2015—2017年中国湖北省83个国家气象观测站点和28个省级观测站点近3 a月平均累积降水资料,通过相关性分析,引入站点降水时序理论变差函数模型的拱高值(C)和块金值(C0)作为影响因素,使用地理加权回归(geographical⁃ly weighted regression,GWR)建立湖北省月平均降水分布模型。结果表明:(1)各站点降水的时序变差函数曲线与降水的季节性基本吻合。站点时序理论变差函数模型中,有25.3%能够在4个月内达到平稳,36.14%在6个月内达到平稳。(2)站点降水时序理论变差函数模型的C和C0与逐年12月平均累积降水在0.01水平(双侧)上显著相关,平均相关系数分别为0.745和0.526,大于地理位置和高程对降水的影响。(3)引入C和C0有助于提升GWR模型的整体拟合优度和插值精度。对比仅使用经纬度的GWR模型和引入时序理论变差函数特征的GWR模型,3 a平均整体拟合优度从0.852提升至0.912。验证集站点插值精度评价显示,3 a绝对误差、均方根误差和平均绝对百分误差下降幅度均大于60%。因此,引入时序理论变差函数特征的时空GWR模型能够获得较高精度的降水模拟结果,更适合具有丰富历史降水资料地区的降水空间分布估算。

GBGWR模型在降水量空间分布模拟中的应用

近年来,我国大部分地区屡遭洪涝与干旱两种自然灾害侵袭,对重洪涝干旱区域进行空间插值具有重要的意义。针对传统地理加权回归(GWR)模型建模过程中模型识别和参数估计易受观测值异常点影响的问题,本文提出了一种基于吉布斯采样的贝叶斯地理加权回归(GBGWR)方法。运用基于吉布斯采样的马尔可夫链蒙特卡罗贝叶斯方法,估计地理加权回归模型参数,通过平滑函数降低观测值中异常点位数据,最后对湖南省1985—2015年35个观测站点的降水观测数据进行了空间分布模拟。试验结果表明,本文提出的方法相较于GWR模型性能提高了19.8%,相较于BGWR模型性能提高了8.2%,该方法可以有效降低异常值和"弱数据"对回归结果的影响,能够更加真实地模拟湖南省降水量的空间分布。

中国区域地理、地形因子对降水分布影响的估算和分析

不同与以往基于最小二乘的多元线性回归方法,本文首次尝试将新型的第二代回归分析方法——偏最小二乘回归分析方法应用到中国区域的降水建模中.利用区域内394个气象观测站建站到2000年45年(及以上)的降水资料,建立了一个简单的年、季降水量和地理、地形因子(包括纬度、经度、地形高程、坡度、坡向和遮蔽度)的关系模型,估算了区域降水量中地理、地形的影响部分,并分析了这种影响的特征.结果表明,用此方法建立的模型能够解释70%以上的因变量的变异,相关系数基本都在0.84以上,经交叉有效性检验,模型的回归效果较显著.分析表明,在多元线性回归不适用的情况下,本文基于偏最小二乘法的简单模型能够比较准确地定性、定量地再现实际降水分布.

克立格插值法预测云南省降水量的空间分布研究

本文用云南省2011年2月125个气象观测站记录的降水量数据,结合地理统计的研究方法,在计算各滞后距的变差函数值后,采用球状模型进行拟合,得到球状模型拟合表达式,应用克立格空间插值法来预测区域内其他地点的降水量。结果表明:多雨区主要分布在省内腹地,少雨区主要分布在省内西北部,降水量从南向北逐渐减少。

云南省降水量空间分布的克立格插值分析

若降水量时空分布不均匀,就不利于区域可持续发展。本文以云南省2017年5月126个气象观测站记录的降水量为研究对象,运用地质统计学的分析方法,采用球状模型对降水量的实验变差函数进行了拟合,并应用普通克立格法对降水量的空间分布图进行了预测,直观分析了研究对象的空间分布规律。结果表明:多雨区主要分布在省内腹地(如昆明、玉溪),少雨区主要分布在省内西北部(如迪庆),降水量从南向北逐渐减少。

ArcGIS克里金插值法在凌河流域降水演变空间特征分析中的应用

为了能够从空间上反映降水演变规律,基于凌河流域44个观测站1968-2018年共51年的降水资料,利用ArcGIS克里金插值法分析该区域内降演变空间分布特征,结果表明:ArcGIS克里金插值法在一定程度上能够反映凌河流域的降水空间分布情况,凌河流域降水量年际变化较大,空间分布不均匀,年均降水量由北向南递增,南部降水较为丰富,可能是因为凌河流域南部暖湿气流、地理位置、地势结构等因素影响。

地理课堂教学对地理核心素养培养的落实——以降水的时空分布为例

本论文将以中国地理《中国气候》的“降水的时空分布特征”为教学设计方案,浅谈本人在地理课堂教学中对学生地理核心素养的培养。

雨量计与星载测雨雷达资料结合的降水估算方法

利用华东地区97个气象站点,1998—2012年逐月降水资料和TRMM卫星降水产品,基于卫星结合雨量计降水估算方法,并考虑海拔高度对降水的影响,对华东地区的降水进行估算,得到研究区域降水的时空分布情况。通过误差验证,发现估算值与站点实测值之间具有较好的一致性,并且1、4、10月的估算值要好于7月的估算值。总体而言,该方法能够对华东地区进行较好的降水估算,并且能够反映研究区域的降水空间分布情况。