氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空特征分析與建模研究.pdf

1、氣象數(shù)據(jù)如氣溫觀測值等是典型的時空數(shù)據(jù)，既具有規(guī)則的時序特征，又具有明顯的空間性。對數(shù)據(jù)的時空特征進(jìn)行分析和建模是氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。由于綜合反映氣候的時間和空間關(guān)系所依據(jù)的氣象數(shù)據(jù)來自空間離散分布的氣象臺站，僅反映氣候條件在特定地點隨時間的過度，所以在氣候動態(tài)表達(dá)方法上常不得不有所側(cè)重。有的偏重于區(qū)域的空間分布描述，有的局限于某個站點的時間序列分析。缺少時間或空間屬性的方法都具有片面性，單獨面向空間或時間的氣候分析結(jié)果都會導(dǎo)致大量有價

2、值信息的缺矢。因此有必要對氣象數(shù)據(jù)時空特征進(jìn)行深入分析研究。 目前來講，單獨的時間和空間分析方法都很成熟。如時間分析方法有自回歸模型、自回歸移動平均模型或廣義線性模型等。局限性在于只能對已知監(jiān)測站點的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬預(yù)測。在空間域，數(shù)據(jù)的模擬預(yù)測方法有很多種，如倒距離加權(quán)平均方法(IDW)，克里格插值方法(Kriging)，樣條函數(shù)方法(Splines)等。但他們只能對以特定的時間點上的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析和模擬?？臻g和時間域的數(shù)據(jù)

3、分析方法都日益成熟，但整合時間和空間信息的時空分析方法卻相對匱乏。 本文嘗試在前人工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)用統(tǒng)計分析方法，對氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空特征進(jìn)行分析，并建立模型對氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬。在文獻(xiàn)回顧的基礎(chǔ)上，確定研究內(nèi)容。然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行時空特征的探索性分析，并建立時空模型。時空模型的參數(shù)都來自于同一個時空隨機過程，在空間上具有一定的空間相關(guān)關(guān)系。把參數(shù)進(jìn)行空間插值可以得到研究區(qū)域內(nèi)所有站點的時間趨勢即時空趨勢。 通過分析參數(shù)的

4、空間自相關(guān)特征和統(tǒng)計特征，可知參數(shù)在空間上分布平均，傾向于隨機分布，即月均最低氣溫在空間上分布平穩(wěn)，氣溫值隨著空間位置的推移變化不大。用參數(shù)的均值代替變量，建立一個統(tǒng)一的模型來模擬研究區(qū)域內(nèi)所有氣象臺站的月均最低氣溫。93％的模擬效果說明無參數(shù)模型能夠很好的模擬該區(qū)域的效果。 本文主要分為以下四個部分： 第一部分為緒論，體現(xiàn)在第一章。闡述了本文的選題背景和氣象數(shù)據(jù)時特征分析的研究意義，然后介紹本文的研究目標(biāo)和內(nèi)容。

5、 第二部分為本文的理論研究。體現(xiàn)在第二章和第三章。對時間域和空間域的數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行回顧，并總結(jié)時空數(shù)據(jù)特征分析和時空插值的研究方法。在此基礎(chǔ)上，闡述本文的研究思路、數(shù)據(jù)建模方法和技術(shù)線路。 第三部分為案例研究。體現(xiàn)在第四、第五章，也是本文的重點。選取愛荷華州50年的月均最低氣溫為研究對象。在分析月均最低氣溫在時間和空間上的分布特征后，建立一個統(tǒng)一的非線性回歸模型，并通過模型參數(shù)的分析，確定氣溫序列在空間上分布的平穩(wěn)性特征。