基于氣溫垂直遞減率的氣溫空間擴(kuò)展模型精度分析(共13頁(yè))

1、16/16基于(jy)氣溫垂直遞減率的氣溫(qwn)空間擴(kuò)展(kuzhn)模型精度分析張帥帥(河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院河南開封 475004)摘要：基于氣溫與海拔高度的相關(guān)性，利用中原經(jīng)濟(jì)區(qū)各地氣象站點(diǎn)氣象觀測(cè)月值數(shù)據(jù)與氣溫垂直遞減率原理，對(duì)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)氣溫的空間分布特點(diǎn)進(jìn)行分析，同時(shí)展開對(duì)依據(jù)氣溫垂直遞減原理建立中原經(jīng)濟(jì)區(qū)氣溫空間擴(kuò)展預(yù)測(cè)模型的嘗試。通過將模型估測(cè)值與站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出：模型精度隨月份季節(jié)發(fā)生變化，7月份模型平均誤差為0.45，4月模型誤差為0.81，10月份模型誤差為0.85，1月份模型誤差達(dá)到1.2，模型精度由冬季向夏季逐漸升高，春秋兩季過渡；模型精度在不同海拔高度范圍

2、也存在差異，同時(shí)段同高度范圍內(nèi)氣象站點(diǎn)間模型擬合程度更好。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)分析認(rèn)為氣溫分布的變化是地表植被、特殊天氣系統(tǒng)發(fā)生頻率及特定地形等因素的綜合影響引起的。關(guān)鍵詞：DEM；氣溫垂直遞減率；空間擴(kuò)展1 引言：氣候是指地球上某一地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間大氣的一般狀態(tài)，是該時(shí)段各種天氣過程的綜合表征。氣候變化對(duì)人類有著重要的影響。李國(guó)棟等1通過對(duì)豫東地區(qū)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析認(rèn)為豫東農(nóng)區(qū)近20年冬小麥生長(zhǎng)期內(nèi)的暖濕化趨勢(shì)對(duì)越冬作物產(chǎn)量造成了影響。譚方穎等2通過分析華北平原地區(qū)逐日均溫，溫度極值及降水資料，發(fā)現(xiàn)氣候變暖加劇了華北地區(qū)高溫、低溫、旱澇及暴雨等氣象災(zāi)害的發(fā)生，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人類生活造成的損失加大。田喆

3、3通過分析熱島效應(yīng)與城市建筑空調(diào)采暖能耗的關(guān)系認(rèn)為該效應(yīng)增加了辦公建筑的能耗。這些研究都說明了氣候變化從農(nóng)業(yè)、環(huán)境、生活的各個(gè)方面影響著人類。很多學(xué)者對(duì)于氣候變化進(jìn)行了多方面研究。周偉東等4結(jié)合了NECP/NCAR再分析資料、NINO3-4區(qū)海溫資料、歐亞緯向風(fēng)指數(shù)和南方濤動(dòng)指數(shù)，利用中國(guó)東部近55年的冬季氣溫降水資料，采用氣候統(tǒng)計(jì)診斷法，得到了中國(guó)東部熱帶亞熱帶和溫帶冬季氣溫降水變化特征及其與大氣環(huán)流和海溫的關(guān)系。馬柱國(guó)等5分析了中國(guó)北方干旱半干旱地區(qū)近50年極端溫度發(fā)生頻率強(qiáng)度的變化趨勢(shì)，得出了年極端溫度的變化趨勢(shì)及區(qū)域差異，討論了中國(guó)北方區(qū)域極端溫度的時(shí)空特征和區(qū)域增暖的關(guān)系。孫蘭東等6

4、運(yùn)用了EOF，REOF等分析方法得到了甘肅省極端高溫的年際變化特征。張核真等7對(duì)喜馬拉雅山脈氣象站點(diǎn)35年逐月氣溫降水資料進(jìn)行了分析，獲得了該地區(qū)氣候變化趨勢(shì)及突變特征。孫嫻等8用EMD（經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解）方法對(duì)中國(guó)近50年月均溫進(jìn)行了分析，通過提取空間變化趨勢(shì)特征值，做空間分型并計(jì)算站點(diǎn)氣溫變化率，利用ArcGIS及DEM得到了中國(guó)平均氣溫空間分型和變化率精度分布圖。這些研究從區(qū)域到整體對(duì)中國(guó)氣候變化特征有了一個(gè)較全面的反映。氣溫是氣候的主要表現(xiàn)因素之一，因此有必要對(duì)氣溫變化及其分布情況進(jìn)行深入的研究，但是(dnsh)氣溫的時(shí)空變化受多種因素的影響：魯坦9結(jié)合(jih)2010年氣象(qxing

5、)數(shù)據(jù)、NCEP再分析資料及EOS/MODIS 衛(wèi)星遙感資料河南北部西部地區(qū)晚霜凍害進(jìn)行了分析，認(rèn)為超極地路徑冷空氣活動(dòng)導(dǎo)致了河南省春季強(qiáng)降溫天氣發(fā)生。李曉娜等10探討了北極濤動(dòng)可能對(duì)河南省冷暖變化的影響。唐國(guó)利等11通過對(duì)比南京、滁縣與溧陽，分析了城市規(guī)模與溫度變化的關(guān)系，同時(shí)認(rèn)為大氣環(huán)流系統(tǒng)的變異和調(diào)整可能是溫度顯著升高的直接原因。氣溫變化的影響因素還包括了海拔高度、地形等。對(duì)于氣溫的研究可以從時(shí)間變化和空間分布兩方面著手，由于現(xiàn)在多數(shù)研究集中在多時(shí)間尺度趨勢(shì)分析上，因此我們考慮從空間分布方面開展一些工作。廖順寶12對(duì)中國(guó)1960年500多個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行了直接內(nèi)插法、氣溫垂直遞減法和多元回歸方

6、法的柵格化分析，認(rèn)為氣溫垂直遞減法和多元回歸方法在氣溫?cái)?shù)據(jù)柵格化方面都有較高的精度。李軍13對(duì)中國(guó)氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了6種插值方法的處理，分析了各種插值方法的優(yōu)缺點(diǎn)。甄計(jì)國(guó)14對(duì)甘肅省區(qū)域積溫插值進(jìn)行了GIS方法的改進(jìn)探究并成功結(jié)合積溫期分解提高了插值相對(duì)精度。這些研究為本文探索氣溫空間分布規(guī)律以及對(duì)氣溫進(jìn)行空間擴(kuò)展提供了有效的技術(shù)手段及參考方法。因此，本研究利用中原經(jīng)濟(jì)區(qū)17個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)2012年氣溫觀測(cè)月平均值數(shù)據(jù)，基于氣溫垂直遞減原理，考慮海拔單一要素，建立氣溫空間擴(kuò)展估測(cè)模型并對(duì)其進(jìn)行探討和分析，并通過對(duì)比分析得出了模型在時(shí)空分布上的有效性差異。2 數(shù)據(jù)與方法2.1研究區(qū)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的范圍包

7、括河南全省、山東省西南部、安徽省西北部、山西省東南部以及河北省南部，共30個(gè)省轄市，2個(gè)縣。河南省有鄭州、洛陽、開封、新鄉(xiāng)、南陽、許昌、濟(jì)源、焦作、安陽、鶴壁、濮陽、商丘、漯河、平頂山、周口、信陽、駐馬店、三門峽，河北省有邯鄲市、邢臺(tái)市，山東省有菏澤市、聊城市、泰安市東平縣，山西省有運(yùn)城市，晉城市，長(zhǎng)治市，安徽省有宿州市、淮北市、亳州市、蚌埠市、阜陽市、淮南市鳳臺(tái)縣和淮南市潘集區(qū)。中原經(jīng)濟(jì)區(qū)總面積約28.9萬平方公里、總?cè)丝诩s1.5億，經(jīng)濟(jì)總量?jī)H次于長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲和京津冀經(jīng)濟(jì)區(qū)，居于全國(guó)第四位。是國(guó)家重要的糧食生產(chǎn)基地和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)基地，全國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、信息化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化協(xié)調(diào)發(fā)展示范區(qū)

8、，全國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)板塊，全國(guó)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略支點(diǎn)和重要的現(xiàn)代綜合交通樞紐，華夏歷史文明傳承創(chuàng)新區(qū)。152.2數(shù)據(jù)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)主體位于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬冷夏熱。1、4、7、10月分別處于冬、春、夏、秋四季的中間，1、7兩個(gè)月也是大陸氣溫極值月，氣溫上最能代表四季氣候特征，因此本文選取1、4、7、10四個(gè)代表月份的月均溫?cái)?shù)據(jù)來進(jìn)行模型檢驗(yàn)及規(guī)律分析。以下為中原經(jīng)濟(jì)區(qū)17個(gè)氣象站點(diǎn)2012年代表月份氣溫觀測(cè)月均值數(shù)據(jù)（表1）。表1中原經(jīng)濟(jì)區(qū)17站點(diǎn)2012年代表月氣溫觀測(cè)月均值數(shù)據(jù)區(qū)站號(hào)臺(tái)站名稱海拔高度/m1月平均氣溫/4月平均氣溫/7月平均氣溫/10月平均氣溫/53898安陽6

9、2.9-1.916.827.91653986新鄉(xiāng)73.2-0.517.828.517.257051三門峽409.9-116.726.715.157067盧氏568.8-1.515.725.613.257071孟津333.3-0.717.327.416.857077欒川750.3-1.31524.713.457083鄭州110.40.318.528.917.357089許昌66.80.517.528.217.757091開封73.70.217.628.418.157156西峽250.31.517.627.81757178南陽129.2118.128.418.257181寶豐136.4-0.117

10、.12816.757193西華52.60.817.228.417.757290駐馬店82.71.11828.818.657297信陽114.51.418.629.21858005尚丘50.1017.228.116.858208固始42.91.917.92917.5注：數(shù)據(jù)(shj)來源為中國(guó)氣象局科學(xué)(kxu)數(shù)據(jù)共享中心。中原(zhngyun)經(jīng)濟(jì)區(qū)1千米分辨率DEM文件（圖1），數(shù)據(jù)來源：中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心。圖1中原經(jīng)濟(jì)區(qū)1km分辨率DEM2.3方法（模型構(gòu)建）氣溫變化受很多因素影響，主要影響因素有緯度位置、海拔高度、地形、天氣等。中原經(jīng)濟(jì)區(qū)地處中國(guó)中部地區(qū)，氣候以暖溫帶大陸性季風(fēng)

11、氣候?yàn)橹鳌５匦晤愋投鄻?，北有黃土高原，南有秦嶺山脈，東有黃淮海平原，地勢(shì)西北南三面高，中部東部低平。地勢(shì)上的起伏高差成為影響氣溫分布的一個(gè)重要因素。本文嘗試在僅考慮海拔高度這一氣溫影響(yngxing)因素的前提下構(gòu)建(u jin)氣溫空間分布(fnb)模型。研究表明，在一般情況下氣溫會(huì)隨海拔高度升高而降低，氣溫垂直遞減率約為0.6/100m。依據(jù)氣溫垂直遞減率，可以構(gòu)建以下模型:X=x-H-h0.6/100其中：X為參照站點(diǎn)DEM估測(cè)溫度；x為基準(zhǔn)站點(diǎn)特定時(shí)間氣溫觀測(cè)均值；H為參照點(diǎn)海拔高度；h為基準(zhǔn)站點(diǎn)海拔高度。本文把參照氣象站月氣溫觀測(cè)均值與估測(cè)氣溫之間的差值叫做模型估測(cè)精度值，單位。通

12、過分析1、4、7、10四個(gè)代表月份的模型精度矩陣來檢驗(yàn)氣溫空間估測(cè)模型的擬合程度。由于所規(guī)定的精度代表著估測(cè)值與觀測(cè)值的差值，所以分析時(shí)可以采用精度值的絕對(duì)值來代表擬合程度。模型計(jì)算精度值越小，表示模型精度越高，模型對(duì)站點(diǎn)適用性越好，對(duì)區(qū)域的擬合程度越好。依據(jù)模型，可以分別將中原經(jīng)濟(jì)區(qū)選取的的17個(gè)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)代入計(jì)算，會(huì)得出對(duì)每個(gè)氣象站點(diǎn)進(jìn)行模型構(gòu)建后的估測(cè)精度。計(jì)算流程如圖2：圖2模型精度計(jì)算流程圖如以安陽為基準(zhǔn)站點(diǎn)，欒川為參照站點(diǎn)，月份為4月，則有數(shù)據(jù)安陽（海拔62.9米，月均溫16.8），欒川（海拔750.3米，月均溫15）。欒川相對(duì)于安陽海拔高差是750.3-62.9=687.4米，

13、按照模型站點(diǎn)間溫差應(yīng)該是687.4*0.006=4.1244，模型估測(cè)欒川溫度為16.8-4.1244=12.6756，模型估測(cè)精度為15-12.6756=2.3244。依次將17個(gè)站點(diǎn)作為基準(zhǔn)站點(diǎn)對(duì)其他參照站點(diǎn)進(jìn)行模型求值。最終會(huì)分別得到1、4、7、10四個(gè)代表月份的模型精度矩陣，見附表1-附表4。3結(jié)果與分析3.1 站點(diǎn)分類由于文章數(shù)據(jù)(shj)源自中原經(jīng)濟(jì)區(qū)17個(gè)氣象站點(diǎn)，這些(zhxi)站點(diǎn)在海拔高度及空間位置上有一定分布規(guī)律，可以對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)分類，并選擇更有代表性的站點(diǎn)來降低(jingd)數(shù)據(jù)計(jì)算量。依據(jù)海拔高度對(duì)氣象站點(diǎn)進(jìn)行分類，可以分成以下三類：表2站點(diǎn)海拔高度分類海拔高度氣象站

14、點(diǎn)100200（高高度）西峽、孟津、三門峽、盧氏、欒川依照空間位置上平均分布的原則可以將站點(diǎn)分成五類：表3站點(diǎn)空間位置分類空間位置氣象站點(diǎn)東部尚丘西部孟津、三門峽、盧氏、欒川、西峽南部南陽、駐馬店、信陽、固始北部安陽中部寶豐、許昌、鄭州、開封、西華、新鄉(xiāng)在兼顧海拔高度及空間地域分布的情況下，為了讓樣本具有最佳代表性，本文選取安陽、許昌、寶豐、欒川、固始、尚丘六個(gè)站點(diǎn)精度數(shù)據(jù)對(duì)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)氣候模型適應(yīng)性進(jìn)行細(xì)致分析。本文選取的代表站點(diǎn)空間位置分布見圖3：圖3代表站點(diǎn)空間位置分布3.2不同代表時(shí)間的站點(diǎn)精度分析3.2.1單站點(diǎn)不同代表月份的精度數(shù)值分析首先(shuxin)對(duì)這6個(gè)代表(dibio)站

15、點(diǎn)1、4、7、10四個(gè)代表月份的模型精度繪制折線圖，由折線圖可以(ky)比較代表站點(diǎn)在不同代表月份估測(cè)精度大小。由精度值波動(dòng)情況，可以看出模型在不同代表站點(diǎn)及不同月份上的適用性即擬合程度。安陽是北部及低高度站點(diǎn)的代表。由圖4可以看出以安陽為基準(zhǔn)站點(diǎn)時(shí)，最佳精度為10月份對(duì)西華、7月份對(duì)尚丘及4月份對(duì)盧氏，最差精度超過4，是1月份對(duì)欒川和1月份對(duì)西峽。在整體波動(dòng)性上，7月份波動(dòng)最小，數(shù)值最小，精度最好。1月份精度值波動(dòng)最大，數(shù)值最大，模型擬合度最差。許昌位于研究區(qū)中部，是低高度站點(diǎn)代表。以許昌為基準(zhǔn)站點(diǎn)，圖5最佳精度發(fā)生在1月份對(duì)鄭州、4月份對(duì)寶豐及10月份對(duì)西華，最差精度發(fā)生在1月份對(duì)欒川和西

16、峽，數(shù)值超過2。在許昌，模型波動(dòng)性最小，數(shù)值最低的是7月和10月，波動(dòng)性最大且數(shù)值最大的是1月份。圖4 安陽模型精度折線圖 圖5許昌模型精度折線圖寶豐位于研究區(qū)中部偏西，是中高度站點(diǎn)代表。以寶豐為基準(zhǔn)站點(diǎn)，最佳精度發(fā)生在7月份對(duì)新鄉(xiāng)、開封、西華，4月份對(duì)許昌、開封，10月份對(duì)新鄉(xiāng)、三門峽。最差精度發(fā)生在1月份對(duì)欒川和西峽。整體上波動(dòng)性最小數(shù)值最小的是7月份，波動(dòng)性最大數(shù)值最大的是1、4、10月。欒川位于研究區(qū)西部山區(qū)，是高海拔站點(diǎn)代表。在欒川，模型精度最佳發(fā)生在7月份，波動(dòng)性最小，數(shù)值普遍最低。精度最差發(fā)生在1月份對(duì)安陽，波動(dòng)最大數(shù)值最大的也是1月份。圖6寶豐模型精度折線圖 圖7欒川模型精度折

17、線圖固始位于研究(ynji)區(qū)南部，是低高度站點(diǎn)代表。其最佳精度發(fā)生在7月份(yufn)的大部分站點(diǎn)，4月份(yufn)對(duì)新鄉(xiāng)、開封，10月份對(duì)新鄉(xiāng)、欒川，1月份對(duì)信陽。最差精度發(fā)生在1月份對(duì)安陽。波動(dòng)性最小平均數(shù)值最小的是在7月，波動(dòng)性最大的是1月，平均數(shù)值較大的是1月、4月、10月。尚丘是東部低高度站點(diǎn)的代表。以商丘為基準(zhǔn)站點(diǎn)，最佳精度發(fā)生在7月份對(duì)安陽、許昌，4月份對(duì)西華。最差精度發(fā)生在1月份對(duì)欒川，數(shù)值接近3。整體波動(dòng)性及數(shù)值最小的是7月份，波動(dòng)性及數(shù)值都較大的是1、4、10月份。圖8 固始模型精度折線圖 圖9尚丘模型精度折線圖綜合以上，可以發(fā)現(xiàn)整體上模型在7月份精度最高，擬合程度最好

18、。而1月份最差，4月份和10月份介于兩者中間。同時(shí)計(jì)算可得7月份模型平均誤差為0.45，4月模型誤差為0.81，10月份模型誤差為0.85，1月份模型誤差達(dá)到1.2。由于1、4、7、10月分別是冬、春、夏、秋四季的代表月份，所以可以說模型在夏季擬合效果最好，冬季最差，而且從冬季到夏季精度逐漸提高，從夏季到冬季，擬合程度降低。3.2.2單站點(diǎn)的不同代表月份精度空間插值分布變化模型在月份季節(jié)上的精度變化可以通過ArcGIS空間插值分析功能進(jìn)行驗(yàn)證。由于氣溫垂直遞減率是0.6/100m，所以可以對(duì)精度設(shè)定三個(gè)限度，規(guī)定精度在0.3以內(nèi)為高精度，0.30.6為一般精度，大于0.6為低精度，這樣在海拔上

19、的誤差以50m、100m為界限。通過空間插值12對(duì)模型擬合程度進(jìn)行比較分析（IDW插值方法，像元大小1000，冪指數(shù)2）。安陽站點(diǎn)1月模型精度空間插值高精度及一般精度范圍僅以站點(diǎn)為中心點(diǎn)呈小范圍同心圓分布，4月插值結(jié)果顯示在安陽東南尚丘站點(diǎn)模型精度達(dá)到一般精度，7月份模型在中原經(jīng)濟(jì)區(qū)東北部較大范圍達(dá)到一般精度要求，在安陽和尚丘站點(diǎn)呈同心圓范圍達(dá)到高精度要求，10月份模型精度在安陽及欒川達(dá)到高精度要求，但是范圍很小。許昌為基準(zhǔn)站點(diǎn)，1月份模型精度分布以許昌為中心點(diǎn)在中原經(jīng)濟(jì)區(qū)中部1/4范圍達(dá)到一般精度要求，在4月份模型精度達(dá)到一般精度要求的范圍超過區(qū)域總面積1/2，在7月份模型精度達(dá)到一般精度要

20、求的范圍超過全區(qū)域總面積75%，以許昌為西起點(diǎn)向東延伸形成一個(gè)高精度走廊，10月份模型進(jìn)度依然呈同心圓狀分布，一般精度范圍在50%左右。（圖10）圖10安陽許昌模型(mxng)空間IDW插值寶豐為基準(zhǔn)(jzhn)站點(diǎn)，1月模型精度(jn d)達(dá)到一般精度標(biāo)準(zhǔn)的范圍達(dá)到全區(qū)域25%，在許昌寶豐形成兩個(gè)高精度中心，4月份模型精度達(dá)到一般精度的范圍達(dá)到整體50%，而7月份模型精度達(dá)到一般精度要求的范圍接近全區(qū)域100%，高精度與一般精度區(qū)域分布呈現(xiàn)同心圓形狀，10月份模型精度分布規(guī)律不明顯，分布分散。欒川為基準(zhǔn)站點(diǎn)，1月份模型精度在欒川西峽形成兩個(gè)高精度中心，而一般精度范圍在全圖分布低于10%，4月

21、一般精度范圍在區(qū)域西部稍顯擴(kuò)大，7月份模型精度高精度區(qū)域覆蓋了整個(gè)西部地區(qū)，南部也形成一個(gè)高精度中心，一般精度范圍達(dá)到全區(qū)域范圍的90%，10月份精度分布呈現(xiàn)和許昌相同特點(diǎn)。圖11寶豐欒川模型空間IDW插值固始為基準(zhǔn)站點(diǎn)，1月份模型精度在固始等南部站點(diǎn)形成兩個(gè)高精度中心，一般精度以上范圍僅包括南部小范圍區(qū)域，4月模型精度達(dá)到一般精度要求的范圍覆蓋中部東部南部地區(qū)，占到全區(qū)域總面積的60%以上，7月、10月模型精度分布呈現(xiàn)和欒川站點(diǎn)相似特點(diǎn)。尚丘為基準(zhǔn)站點(diǎn)，1月模型精度高精度范圍以尚丘為中心形成高精度中心，一般精度范圍在區(qū)域東部形成一個(gè)東西走向小范圍走廊，4月模型精度到達(dá)一般精度的范圍分布在東部

22、中部和部分北部地區(qū)，7月模型精度達(dá)到一般精度要求的范圍達(dá)到全區(qū)域50%，在尚丘安陽兩站點(diǎn)附近形成兩個(gè)高精度中心，10月份模型精度達(dá)到一般精度要求及以上的區(qū)域范圍迅速縮小，局限于尚丘站點(diǎn)附近。圖12固始尚丘模型(mxng)空間IDW插值綜合以上(yshng)分析可知，模型(mxng)精度到高精度及一般精度要求的范圍從1月到7月逐漸擴(kuò)大，而后逐漸縮小，模型擬合效果也隨時(shí)間變化，在冬季最差，夏季最好，春秋兩季呈現(xiàn)過渡特征。3.3 不同海拔高度的站點(diǎn)精度分析從模型精度矩陣可以提取到一些不同高度間站點(diǎn)相互估測(cè)精度值分布情況。分別對(duì)1月、4月、7月、10月份各基準(zhǔn)站點(diǎn)相互估測(cè)精度值進(jìn)行細(xì)致比較，會(huì)對(duì)模型空

23、間適用性有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。3.3.1 單站點(diǎn)模型精度數(shù)據(jù)特征值分析通過將17個(gè)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)代入模型計(jì)算，得到了單站點(diǎn)模型精度矩陣。文章需要分析一下模型精度情況是否與海拔高度存在一定相關(guān)性。上文已經(jīng)將氣象站點(diǎn)按照海拔高度進(jìn)行了分類，那么通過統(tǒng)計(jì)各海拔范圍內(nèi)站點(diǎn)間模型精度值可以分析這種相關(guān)性。本文把海拔高度100m以下站點(diǎn)簡(jiǎn)稱低，海拔高度在100m200m的站點(diǎn)簡(jiǎn)稱中，海拔高度在200m以上的站點(diǎn)簡(jiǎn)稱高。提取相應(yīng)高度范圍站點(diǎn)模型精度矩陣的極大值叫做最低精度，極小值叫做最高精度，并計(jì)算相應(yīng)平均值叫做平均精度。表4 1月模型精度矩陣特征數(shù)據(jù)提取最高精度最低精度平均精度低&低0.213.681.15中&

24、低0.063.611.08中&中0.241.370.61高&低0.144.521.65高&中0.172.481.03高&高0.161.900.861月份（表4）：從極值來看，可以發(fā)現(xiàn)模型最高精度發(fā)生在中高度站點(diǎn)和低高度站點(diǎn)之間，最小值為0.06，模型最差精度發(fā)生在高海拔站點(diǎn)和低高度站點(diǎn)之間，數(shù)值為4.52。從平均值來看，精度值最小發(fā)生在高海拔站點(diǎn)之間，最大值產(chǎn)生在高海拔站點(diǎn)與低高度站點(diǎn)之間。另外可以發(fā)現(xiàn)同一高度范圍內(nèi)站點(diǎn)之間模型估測(cè)精度最好，而不同海拔范圍內(nèi)氣象站點(diǎn)之間模型精度較差。表5 4月模型精度矩陣(j zhn)特征數(shù)據(jù)提取最高精度最低精度平均精度低&低0.02 1.32 0.47 中&

25、低0.02 2.11 1.01 中&中0.12 1.37 0.55 高&低0.61 2.32 1.36 高&中0.01 1.58 0.48 高&高0.01 0.40 0.16 4月份(yufn)（表5）：從極值來看，模型最高精度(jn d)產(chǎn)生在高海拔站點(diǎn)之間和高海拔站點(diǎn)與中高度站點(diǎn)間，精度值為0.01，精度最差發(fā)生在高海拔站點(diǎn)與低高度站點(diǎn)之間，精度值為2.32。從平均值看，精度值最小為0.16，發(fā)生在高海拔站點(diǎn)之間，最大值為1.36，發(fā)生在高海拔站點(diǎn)與低高度站點(diǎn)之間。在同一高度范圍內(nèi)的站點(diǎn)之間模型精度普遍較高，模型擬合程度更好。表6 7月模型精度矩陣特征數(shù)據(jù)提取最高精度最低精度平均精度低&低

26、0.04 1.02 0.39 中&低0.02 1.61 0.65 中&中0.32 1.07 0.45 高&低0.01 1.12 0.47 高&中0.02 0.87 0.38 高&高0.04 0.39 0.15 7月份（表6）：從極值來看，可以發(fā)現(xiàn)模型最高精度發(fā)生在高海拔站點(diǎn)和低高度站點(diǎn)之間，最小值為0.01，模型最差精度發(fā)生在中高度站點(diǎn)和低高度站點(diǎn)之間，數(shù)值為1.61。從平均值來看，精度值最小發(fā)生在高海拔站點(diǎn)之間，數(shù)值為0.15，最大值產(chǎn)生在中高度站點(diǎn)與低高度站點(diǎn)之間，數(shù)值為0.65?？梢园l(fā)現(xiàn)同一高度范圍內(nèi)站點(diǎn)之間模型估測(cè)精度值更低，精度更好，而不同海拔范圍內(nèi)氣象站點(diǎn)之間模型精度較差。但是7月

27、份模型精度值普遍較低，均值大多0.6。與其他季節(jié)相比，夏季模型擬合程度顯然更好。表7 10月模型精度矩陣特征數(shù)據(jù)提取最高精度最低精度平均精度低&低0.09 2.72 0.87 中&低0.05 2.60 0.86 中&中0.29 1.46 0.64 高&低0.04 2.48 0.89 高&中0.04 2.36 0.83 高&高0.30 2.19 0.85 7月份（表7）：從極值來看，可以發(fā)現(xiàn)模型最高精度發(fā)生在高海拔站點(diǎn)與低高度站點(diǎn)和高海拔站點(diǎn)與中高度站點(diǎn)之間，最小值為0.04，模型最差精度發(fā)生在低高度站點(diǎn)之間，數(shù)值為2.72。從平均值來看，精度值最小發(fā)生在中高度站點(diǎn)之間，最大值產(chǎn)生在高海拔站點(diǎn)與

28、低高度站點(diǎn)之間。在10月份從均值上看不出模型在同海拔高度范圍內(nèi)模型精度更好，均值大多在0.80.9。綜合(zngh)以上，可以(ky)知道，在1、4、7月份均表現(xiàn)出同高度范圍內(nèi)站點(diǎn)模型精度高于不同高度范圍站點(diǎn)間的模型精度，同時(shí)(tngsh)在數(shù)值上也說明了模型在7月份即夏季的精度更高，擬合程度更好。3.3.2 單站點(diǎn)模型精度數(shù)據(jù)空間差異分析1月：六個(gè)代表站點(diǎn)模型精度插值結(jié)果顯示出海拔高度在100m以下及100m200m范圍內(nèi)的氣象站點(diǎn)依據(jù)模型估測(cè)所得高精度及一般精度范圍更大，200m以上站點(diǎn)范圍更小。也就是說在同樣面積下要對(duì)氣溫達(dá)到相同監(jiān)測(cè)精度，低海拔地區(qū)所需氣象站點(diǎn)數(shù)量要比高海拔地區(qū)少。同時(shí)

29、估測(cè)精度呈現(xiàn)以參照站點(diǎn)為圓心的同心圓分布。圖13 1月單站點(diǎn)模型精度空間分布4月：插值結(jié)果依然顯示出海拔高度在100m以下及100m200m范圍內(nèi)的氣象站點(diǎn)依據(jù)模型估測(cè)所得高精度及一般精度的范圍更大，200m以上站點(diǎn)所覆蓋范圍更小。在擬合程度上，中低海拔高度站點(diǎn)對(duì)于模型的適用性更好。圖14 1月單站點(diǎn)模型精度空間分布7月：插值結(jié)果顯示200m以上氣象站點(diǎn)對(duì)模型的適用性較好，而100m以下氣象站點(diǎn)對(duì)于模型適用性存在差異，固始表現(xiàn)較高模型精度，而尚丘與安陽表現(xiàn)較差。圖15 1月單站點(diǎn)模型精度(jn d)空間分布10月：可以看到模型在固始、許昌、欒川站點(diǎn)表現(xiàn)出更好地?cái)M合(n h)程度，在安陽和尚丘表

30、現(xiàn)(bioxin)出較差的擬合程度，其中安陽最差。模型在10月份表現(xiàn)不出不同高度站點(diǎn)適用性的差異。圖16 1月單站點(diǎn)模型精度空間分布綜合以上，可以知道模型在1月、4月表現(xiàn)出對(duì)低海拔高度范圍內(nèi)站點(diǎn)更好的適用性，7月份即夏季模型對(duì)各高度范圍站點(diǎn)均表現(xiàn)出較好適用性，10月份顯示模型精度適用性與海拔高度相關(guān)性微弱。3結(jié)論：在時(shí)間上，7月份模型平均誤差為0.45，4月模型平均誤差為0.81，10月份模型平均誤差為0.85，1月份模型平均誤差達(dá)到1.2。由于1、4、7、10月分別是冬、春、夏、秋四季的代表月份，因此可以說模型在夏季擬合效果最好，冬季最差，而且從冬季到夏季精度逐漸提高，從夏季到冬季，擬合程度

31、降低。模型擬合精度在不同月份的高低變化說明了氣象站點(diǎn)氣溫觀測(cè)月值數(shù)據(jù)受氣溫垂直遞減率的影響程度。在夏季，由于太陽直射點(diǎn)更接近北回歸線，北半球普遍晝長(zhǎng)夜短，日照時(shí)長(zhǎng)的條件彌補(bǔ)了輻射強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)，所以北半球中緯度地區(qū)普遍高溫，冷鋒等天氣系統(tǒng)影響小，此時(shí)海拔高度成為影響氣溫高低的更重要因素。在冬季，由于太陽輻射條件的差異拉大，北半球氣溫分布和緯度位置相關(guān)性增強(qiáng)，同時(shí)冷鋒寒潮等天氣系統(tǒng)頻繁，對(duì)氣溫觀測(cè)值影響加大，此時(shí)海拔高度對(duì)氣溫分布的影響力就會(huì)相應(yīng)減弱。另外不同季節(jié)植被覆蓋度不同導(dǎo)致地表對(duì)于太陽輻射的反射率不同16，特殊地形會(huì)加深特定地區(qū)受某些天氣系統(tǒng)的影響。在空間(kngjin)上，可以發(fā)現(xiàn)(f

32、xin)在1月份(yufn)及4月份，模型在海拔低于200m的站點(diǎn)適用性更好，在高于200m的氣象站點(diǎn)適用性較差。即模型在1月、4月表現(xiàn)出對(duì)低海拔高度范圍內(nèi)站點(diǎn)更好的適用性，7月份即模型對(duì)各高度范圍站點(diǎn)均表現(xiàn)出較好適用性，10月份顯示模型適用性與海拔高度相關(guān)性不明顯。同時(shí)模型精度在個(gè)別站點(diǎn)表現(xiàn)異常，例如安陽、尚丘、欒川等氣象觀測(cè)站點(diǎn)。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知影響因素有很多，有小地形特定天氣系統(tǒng)的影響，有氣象觀測(cè)方面的數(shù)據(jù)誤差，氣象站點(diǎn)周圍環(huán)境的影響也不容忽視。氣溫空間擴(kuò)展模型基于區(qū)域海拔高度上的差異，是一種理想化的狀態(tài)。隨著水平距離的增加，緯度位置、海陸位置、地形因素、輻射條件等多種因素對(duì)氣溫空間變化的影響比重逐漸增加，模型隨空間尺度的擴(kuò)大所需要考慮的干擾因素在數(shù)量及比重上都需要隨之調(diào)整。根據(jù)地形單元差異逐漸加入相應(yīng)干擾因素權(quán)重系數(shù)，在保證一定模型精度的前提下確定模型的空間有效范圍是今后本文努力的方向。參考文獻(xiàn)：1 李國(guó)棟,田海峰,劉亞茹,等.豫東農(nóng)區(qū)冬小麥生育期氣候變化的多時(shí)間尺度分析(fnx)J.中國(guó)農(nóng)學(xué)(nngxu)通報(bào),2013,29(23):180-193.2