亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        區(qū)域大氣加權(quán)平均溫度模型構(gòu)建與適用性分析

        2018-09-06 09:58:12王朋遠(yuǎn)李飛鄭南山
        全球定位系統(tǒng) 2018年3期
        關(guān)鍵詞:因素模型

        王朋遠(yuǎn),李飛,鄭南山

        (1.珠海市測繪院,廣東 珠海 519015; 2.廣東省科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院 建筑工程學(xué)院,廣東 珠海 519090; 3.中國礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測繪學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

        0 引 言

        作為地球大氣的重要組成成分,水汽的三相變化對于地球上生命的重要意義不言而喻。各種天氣系統(tǒng)的演變、災(zāi)害性天氣的監(jiān)測和預(yù)報(bào)、區(qū)域乃至全球氣候變化等均與大氣中水汽含量有著十分密切的關(guān)系。傳統(tǒng)的大氣水汽探測手段受探測精度和時(shí)空分辨率的限制,不能滿足水汽復(fù)雜時(shí)空變化的監(jiān)測要求[1]。隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)技術(shù)的不斷發(fā)展,其在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,而利用地基GNSS反演大氣水汽發(fā)展成為一門新興技術(shù)。與傳統(tǒng)水汽探測方法相比,GNSS水汽反演技術(shù)具有精度高、成本低、全天候作業(yè)、時(shí)空分辨率高和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢,能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)探測手段的不足,為空間大氣水汽探測提供更及時(shí)、全面、可靠的信息資料。

        利用地基GNSS技術(shù)反演水汽,首先要從對流層天頂總延遲中分離出天頂靜力延遲,得到與水汽含量直接相關(guān)的天頂濕延遲量,通過轉(zhuǎn)換參數(shù)將天頂濕延遲量轉(zhuǎn)化為氣象學(xué)中的重要?dú)庀髤?shù)——大氣可降水量。轉(zhuǎn)換參數(shù)的準(zhǔn)確度直接影響大氣可降水量的反演精度,而轉(zhuǎn)換參數(shù)與大氣加權(quán)平均溫度直接相關(guān)。加權(quán)平均溫度由氣象探空站采集的氣象數(shù)據(jù)確定,由于探空觀測的時(shí)空分辨率較低,一般采用長期的氣象數(shù)據(jù)資料建立加權(quán)平均溫度經(jīng)驗(yàn)?zāi)P?。由于對流層存在區(qū)域性差異,不同區(qū)域不同時(shí)期的氣象參數(shù)差異較大。研究表明[2-9],根據(jù)不同區(qū)域的氣象參數(shù)建立適合本地區(qū)的加權(quán)平均溫度模型有利于提高轉(zhuǎn)換參數(shù)的準(zhǔn)確度,進(jìn)而提高GNSS水汽反演精度。本文旨在對區(qū)域加權(quán)平均溫度模型的建立、模型的精度和適用性進(jìn)行研究。

        1 加權(quán)平均溫度獲取

        文獻(xiàn)[10]提出利用探空資料觀測的溫、濕、壓資料計(jì)算加權(quán)平均溫度的方法,即由探空站上空水汽壓和絕對溫度沿天頂方向積分可得,其算式為

        (1)

        式中:e和h分別為測站天頂方向上水汽壓,hPa和絕對溫度(K);z為探空站上空的垂直高度(m)常規(guī)探空資料提供的大氣壓,位勢高度,氣溫,露點(diǎn)溫度,相對濕度等值均為分層測量得到,為不連續(xù)值,通常將上式離散化,采用數(shù)值積分的形式,即

        (2)

        式中:ei、Ti分別為第i層大氣的平均水汽壓和平均氣溫;Zi為第i層大氣層的厚度,單位均同上。這里,水汽壓值可以根據(jù)露點(diǎn)溫度td采用下式計(jì)算[11]:

        (3)

        (4)

        探空觀測數(shù)據(jù)可以從網(wǎng)站(http://weather.uwyo.edu/upperair/seasia.html)上獲取,由于香港Kings Park探空站(編號45004)的觀測資料層次豐富,低層數(shù)據(jù)間隔小,頂層數(shù)據(jù)高度能達(dá)到二十千米,整體數(shù)據(jù)質(zhì)量相對較高。因此,本文基于香港探空站2012-2015年總體探空數(shù)據(jù)對構(gòu)建區(qū)域化加權(quán)平均溫度模型進(jìn)行研究。利用Linux系統(tǒng)的文本傳輸命令curl按月份批量下載,并借助cat、awk、grep等相關(guān)指令將數(shù)據(jù)進(jìn)行合并和格式轉(zhuǎn)化。利用MATLAB對數(shù)據(jù)進(jìn)行提取預(yù)處理,通過編程實(shí)現(xiàn)建模、解算和分析。

        2 區(qū)域加權(quán)平均溫度建模

        2.1 加權(quán)平均溫度與地面氣象因素的關(guān)系

        由式(1)可知加權(quán)平均溫度Tm是水汽壓e和氣溫T的積分,可以推斷,加權(quán)平均溫度與地面氣象因素之間存在某種相關(guān)關(guān)系,利用2012-2015年香港探空數(shù)據(jù)對加權(quán)平均溫度Tm與地面各氣象因素的關(guān)系進(jìn)行簡要分析。圖1(a)、(b)、(c)表明,Tm與地面氣溫Ts、露點(diǎn)溫度Td和水汽壓e具有良好的正相關(guān),由圖1(d)可知Tm與地面大氣壓P呈較好的負(fù)相關(guān)。Tm與各氣象因素的相關(guān)系數(shù)如表1所示。

        因素Tm-TsTm-TdTm-eTm-P 相關(guān)系數(shù)0.8130.8030.722-0.690

        2.2 區(qū)域加權(quán)平均溫度模型建立

        基于Tm與各氣象因素的相關(guān)性分析,利用香港探空站2012-2015年共2896個樣本的數(shù)據(jù)建立香港地區(qū)加權(quán)平均溫度的單因素和多因素模型。

        2.2.1 單因素模型

        圖2是Tm與Ts的時(shí)間演變關(guān)系圖,可以看出,加權(quán)平均溫度與地面氣溫的變化趨勢和升降幅度保持同步,二者的峰值和谷值對應(yīng)得很好,加權(quán)平均溫度Tm普遍比地面氣溫Ts低。利用加權(quán)平均溫度Tm與測站地面溫度Ts之間的線性相關(guān)關(guān)系建立回歸公式,仍是獲取加權(quán)平均溫度本地化模型的重要手段。究其原因有:1)地面溫度Ts較其它地面氣象因子較易獲取,且與Tm線性關(guān)系明顯;2)諸如GAMIT、BERNESE等高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件采用的加權(quán)平均溫度公式為Tm與Ts的關(guān)系式,方便使用。

        基于以上分析,本文建立基于地面氣溫的本地化加權(quán)平均溫度單因素模型,其形式為

        Tm=a+b·Ts,

        (5)

        為探究最優(yōu)回歸方程系數(shù),這里采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的最小二乘原理,系數(shù)a,b須滿足:

        (6)

        (7)

        (8)

        解得

        (9)

        (10)

        由圖2可以看到,Tm與Ts呈現(xiàn)出以年為周期的變化規(guī)律,分別以單年份和多年份的觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立相應(yīng)年份的回歸模型,并將Bevis公式應(yīng)用于該地區(qū)進(jìn)行比較分析,結(jié)果如表2所示。

        表2 單因素Tm回歸模型統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        地基GNSS氣象學(xué)研究中,要求可降水量的反演精度達(dá)到mm級,而3.4 K的加權(quán)平均溫度Tm誤差引起的可降水量誤差約為1 mm[2].Bevis公式應(yīng)用于香港地區(qū)時(shí)Tm誤差均超過4 K,不能滿足精度要求。因此該公式不適用于香港地區(qū)水汽反演?;谙愀鄣貐^(qū)氣象數(shù)據(jù)建立的區(qū)域Tm模型回歸均方差小于2.5 K,模型精度比Bevis公式高,對比不同年份的統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn),本文建立的區(qū)域Tm模型誤差比Bevis減小了一半左右。以2012-2015年數(shù)據(jù)回歸建立的單因素模型的擬合殘差分布如圖3所示,可以發(fā)現(xiàn)殘差分布多集中在-2~2 K之間,少部分殘差偏大可能是由于觀測資料粗差引起的,總的來說本文建立的單因素模型精度較高。

        2.2.2 多因素模型

        相應(yīng)于單因素模型,基于相同的觀測數(shù)據(jù)采用多元回歸分析方法建立香港地區(qū)多因素模型,結(jié)果如表3所示。對比表2和表3所示,對應(yīng)年份的多因素模型的回歸均方根誤差均比單因素模型小,多因素模型精度略優(yōu)于單因素模型,但多因素模型要求獲取的氣象參數(shù)較多。

        回歸所用年份樣本數(shù)回歸模型回歸系數(shù)回歸均方根誤差/K 2012726Tm=92.769-0.098e+0.290Ts+0.376Td0.7262.048 2013728Tm=95.273-0.116e+0.286Ts+0.355Td0.6931.985 2014723Tm=99.186-0.135e+0.246Ts+0.401Td0.6212.109 2015719Tm=90.431-0.107e+0.389Ts+0.286Td0.7421.836 2012-20152 896Tm=92.804-0.124e+0.275Ts+0.393Td0.6891.991

        為了驗(yàn)證回歸模型的預(yù)測精度和適用范圍,用2012年數(shù)據(jù)建立的回歸模型來逐年預(yù)測2013-2015年Tm,預(yù)測結(jié)果如表4所示??梢钥吹?無論是單因素回歸模型還是多因素回歸模型,預(yù)測均方差與相應(yīng)年份的回歸均方差相差均小于0.4 K,預(yù)測精度很高,與基于相應(yīng)年份建立的區(qū)域Tm模型差異不大。因此,區(qū)域Tm模型一次建立可長期使用。相比之下,多因素回歸模型的預(yù)測精度略高于單因素模型的預(yù)測精度,在氣象參數(shù)獲取充分的情況下,可采用多因素Tm回歸模型。

        表4 回歸模型的預(yù)測誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        3 區(qū)域加權(quán)平均溫度模型的適用性分析

        由上節(jié)討論可知,Tm多因素模型比單因素模型精度略高。考慮到多因素模型要求獲取的氣象參數(shù)較多,而地面氣溫比其它氣象因素更容易獲取,實(shí)際應(yīng)用時(shí)多采用單因素Tm模型。單因素模型簡單,精度滿足要求,普遍應(yīng)用于目前的高精度GNSS數(shù)據(jù)處理軟件。

        為了驗(yàn)證本文建立的Tm單因素模型的適用性,與香港地區(qū)目前可用的Tm模型進(jìn)行對比分析。文獻(xiàn)[2]根據(jù)香港地區(qū)1996-1997年觀測資料首次建立了香港地區(qū)Tm回歸模型,這里記作Tm_l模型;文獻(xiàn)[8]利用2003-2009年香港探空站資料建立了Tm回歸模型,記作Tm_w模型;將本文建立的單因素回歸模型記作Tm_b模型。三個模型的比較結(jié)果如表5所示。

        由表5可以看出,Tm_b模型精度最高,Tm_w的模型精度和Tm_b相當(dāng),Tm_l模型精度較差,其原因可能是建立該模型采用的統(tǒng)計(jì)樣本年份過早,現(xiàn)在的氣候條件較當(dāng)時(shí)的氣候條件已發(fā)生了變化,而且Tm_l模型采用的樣本量較少。相比之下,Tm_w模型采用03至09年七年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),樣本更充分,且與現(xiàn)在的氣候條件更接近,其精度與Tm_b模型差異不大,該模型依然有較好的適用性。

        表5 香港地區(qū)不同Tm模型的比較

        4 結(jié)束語

        通過對香港探空站2012-2015年數(shù)據(jù)資料的分析處理,建立了香港區(qū)域加權(quán)平均溫度單因素和多因素模型,并對模型精度和適用性進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明,多因素模型精度優(yōu)于單因素模型,但顯著程度不高,而多因素模型需要的觀測量較多,實(shí)際應(yīng)用中可采用單因素模型;Bevis經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)用于香港地區(qū)時(shí)不滿足精度要求,而加權(quán)平均溫度模型一旦建立,可供較長時(shí)間內(nèi)使用。與香港地區(qū)目前可用模型的對比表明,本文建立的模型精度更高,在地基GNSS水汽反演中為獲取高精度大氣可降水量,可利用較近年份探空數(shù)據(jù)建立回歸模型。

        猜你喜歡
        因素模型
        一半模型
        腹部脹氣的飲食因素
        中老年保健(2022年5期)2022-08-24 02:36:04
        四大因素致牛肉價(jià)小幅回落
        食品安全的影響因素與保障措施探討
        群眾路線是百年大黨成功之內(nèi)核性制度因素的外在表達(dá)
        重要模型『一線三等角』
        重尾非線性自回歸模型自加權(quán)M-估計(jì)的漸近分布
        3D打印中的模型分割與打包
        短道速滑運(yùn)動員非智力因素的培養(yǎng)
        FLUKA幾何模型到CAD幾何模型轉(zhuǎn)換方法初步研究
        日韩五码一区二区三区地址| 996久久国产精品线观看| 欧美xxxx新一区二区三区| 亚洲国产精品一区二区第一| 国产精品人妻熟女男人的天堂| 艳妇臀荡乳欲伦69调教视频| 97无码人妻福利免费公开在线视频| 日韩精品无码一区二区三区四区| 亚洲一区二区三区尿失禁| 免费观看性欧美大片无片| 女性自慰网站免费看ww| av天堂手机一区在线| 在线播放av不卡国产日韩| 内射少妇36p亚洲区| 欧美三级免费网站| 国产一区二区三区免费小视频| 可免费观看的av毛片中日美韩 | 国产办公室沙发系列高清| 97久久精品人人妻人人| 久久精品国产亚洲av大全相关| 日本免费三片在线播放| 精品无码av无码专区| 丰满熟妇乱子伦| 国产亚洲美女精品久久| 狠狠综合久久av一区二区三区| 大陆国产乱人伦| 久久国产精久久精产国| 亚洲AV无码成人精品区H| 国产精品大片一区二区三区四区 | 日本黑人亚洲一区二区| 亚洲熟妇av日韩熟妇在线 | 无码啪啪人妻| 国产精品亚洲一级av第二区| 极品少妇一区二区三区四区| 国产精品女视频一区二区| 激情偷拍视频一区二区| 亚洲av无码日韩av无码网站冲| 国产精品免费久久久久影院| 日本一区二区三区啪啪| 中国人在线观看免费的视频播放 | 日韩极品视频在线观看免费|