日降水量空间插值方法研究.pdf

第18卷5期应用气象学报Vo1．18。NO．5
2007年10月J0URNALOFAPPLIEDMETEOROLOGICALSCIENCEOctober2007

日降水量空间插值方法研究

高歌¨龚乐冰2赵珊珊张强1)
(国家气候中心中国气象局气候研究开放实验室，北京100081)’(乌普萨拉大学地球科学中心，瑞典)

摘要

采用反距离权重法和普通克里格方法对26。～34。N，103。～115。E范围内2004年逐日降水量进行空间插值试验分
析，分辨率为1km×1km。采用交叉检验方法和准确率方法对两种方法插值的总体效果及不同等级的降水插值效果
进行综合对比。结果表明：两种方法插值效果近似，插值结果与实测值相关系数分别为0．83和0．82。但对日雨量较
大的情况，两种方法插值效果均有所降低，相关系数为0．66和0．67。两种方法的实测值与插值结果的相关系数在不
同季节非常接近，并且均以春季最大，其次为冬、秋季，夏季相关系数最小；通过采用平均误差、平均绝对误差和均方
根3个指标衡量及不同等级雨量的插值准确率统计比较，普通克里格方法插值效果略好于反距离权重法。
关键词：日降水量；插值；反距离权重法；普通克里格方法

值及相关应用研究。本文通过对比这两种方法
引言的插值效果，确定合适的方法，用于业务运行，为进

一步开展地质灾害评估提供气候背景资料。
我国南方地区地形复杂，夏季降水频繁，暴雨多，
常常引发较严重的泥石流、滑坡等地质灾害，给当地1资料和方法
的人民生活和经济发展造成较大威胁。降水为泥石
流和滑坡灾害的主要诱因之一，如果能了解较小尺度1．1气象资料
上的降水情况，则对局地泥石流、滑坡防御减灾具有研究采用26。～34。N，103。～l15。E范围内2004
重大的意义。然而，由于气象观测站点有限，难以获年逐日降水资料作为空间插值的基础。逐日降水资
得较高空间分辨率的气象信息。人们常采用降尺度料取自国家气象信息中心实时资料库，并经过初步
的方法，以便获得高分辨率的降水空间分布。降尺度的质量检查。
方法一般包括动力和统计降尺度方法，采用中小尺度1，2网格
动力模式方法进行降尺度，结果较为合理，但因模式采用经纬度格式表示等距网格，分辨率为1km
模拟范围有限，而且计算量大，耗时长。统计降尺度×1km。
方法，则具有效果好，速度快的特点。这里采用降水1．3地图投影
空间插值方法，试图获取高空间分辨率的降水分布。由于两种算法中，均需要计算距离，本研究采用
关于站点气候资料插值的方法已有许多研以该区域中心为投影原点的多圆锥投影。相对于其
究【1-11~。降水具有间断性和空间不连续性，而且日他投影方法，该方法投影产生的平面距离与实际球
降水量零值较多，因此降水的空间插值与其他要素面大圆弧距离的相关系数高，大于0．999。轴为
相比具有更大的困难_12l。本研究主要采用两种方东西向，Y轴为南北向。
法——反距离权重法和地统计学中常用的普通克里1．4方法
格方法进行细网格插值研究。目前地统计学原理和采用两种常用方法进行插值并对比：反距离权
方法已在物理、地质、生态、土壤等领域得到了广泛重插值法和普通克里格方法。程序编写采用Matlab
的应用，气象领域也有涉及，主要用于气候要素的插语言，执行程序可与实时资料连接，进行逐日插值计

*国土资源部“三峡库区地质灾害强降水诱发因子的监测、预警研究”项目资助。
2006．0420收到，2007．01．11收到再改稿。

5期高歌等：日降水量空间插值方法研究733

算。的最佳效果。
反距离权重插值方法：周围站点数的选取是在其合理取值范围内，试
验不同站点数所产生的交叉检验结果，采用产生最
Z=(∑(z(z)／d))／(∑(1／d))(1)
i=l：1好结果对应的那个站点数。
式(1)中，z为插值网格上估计的降水量；Z()为I．5检验方法及指标
站点观测降水量；d为插值点与站点的距离；，z为通常采用交叉验证法来验证插值的效果。首
气象站点的数目。此方法中有两个参数可以优化，先，假设每一站点的气象要素未知，用其他周围站点
距离幂指数P(本研究中取1到4之间，步长为0．5的值来估算，然后计算所有站点实际观测值与估算
的数值)和插值采用的周围站点数。在P和采用的值的误差，并采用平均误差(反映系统偏差)、平均绝
周围站点数的合理取值范围内，试验它们的各种组对误差和均方根误差做为评估各种方法插值效果的
合所产生的交叉检验结果，然后选取得到最好结果指标ll，值越小，表示插值效果越好。
的那一组P和采用的周围站点数的组合。
普通克里格方法是地统计学中最常用的插值方2结果与讨论
法。该方法主要利用区域化变量的原始数据和变异
函数的结构特点，对插值点区域化变量的取值进行2．I交叉检验
线性无偏最优