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基于空间维度分析的地面气温观测资料质量控制方法研究

2020-12-08阅读(173)

基于空间维度分析的地面气温观测资料质量控制方法研究

论文摘要

在信息化的时代背景下,数值天气预报(NWP)已经成为气象预报的重要手段,对地面气温观测资料进行质量控制是资料同化的基础,有助于提高数值天气预报的准确性。基于此,本文在分析气温观测资料的空间分布特征、空间相关性和协同相关性的基础上,针对模型有效性、模型运行时间成本、协同预测三个角度建立了一系列的地面气温空间质量控制方法,并进行案例分析,主要内容如下:采用Hubbard教授提出的假设检验方法,在原始气温数据中随机添加人工误差,选择最佳质控参数甄别疑误数据,为质量控制模型提供评估指标;针对模型有效性,在分析各区域地面气温观测资料的空间相关性的基础上,考虑到各参考站和中心站气温数据的观测差异,提出了一种基于B样条拟合的地面气温质量控制方法(BSF_QC);针对站点密度较高的地区,为减小BSF_QC方法的运行时间成本,应用空间回归检验筛选相关性最高的邻近参考站,提出了一种基于空间回归检验的B样条拟合地面气温质量控制方法(SRT_BSF_QC);针对邻站稀少或者历史气温观测资料缺失的地区,考虑到温度和湿度之间的强耦合性,将湿度数据作为气温数据的补充,提出了一种基于协同预测的B样条拟合地面气温质量控制方法(CCA_BSF_QC)。多组试验分析结果表明,作为一种局部无偏估计方法,BSF_QC方法相较于SRT和IDW方法有着优异的预测性能和检错性能,能够有效地用于观测站气温数据的插补,或者用于检测气温数据中的疑误值。对于站点密度较高的地区,若区域内气温空间相关性较高,SRT_BSF_QC方法能在保证模型有效性的基础上减少模型运行的时间成本;若区域内气温空间相关性较低,应尽量多的选择参考站,保证SRT_BSF_QC方法的质量控制效果。CCA_BSF_QC方法适用于站点密度较低的地区或者历史气温资料缺失较多的地区,经过数据的无量纲化处理,将湿度数据作为温度数据的补充,既丰富了数据的多样性,也提高了质量控制模型的准确性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 选题研究背景及意义
  •   1.2 选题研究现状
  •   1.3 主要研究内容及创新点
  •     1.3.1 研究内容
  •     1.3.2 创新点
  •   1.4 文章结构及技术路线图
  • 第二章 资料准备及假设检验方法
  •   2.1 资料准备及其空间分布概要
  •   2.2 假设检验方法方案设计
  •   2.3 质量控制算法评价指标
  •   2.4 质量控制中的两类统计错误
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 基于B样条拟合的地面气温资料质量控制方法研究
  •   3.1 B样条拟合算法介绍
  •     3.1.1 B样条基本理论
  •     3.1.2 B样条曲线定义
  •     3.1.3 最小二乘B样条曲线
  •   3.2 基于B样条拟合的地面气温质量控制算法模型
  • QC算法模型'>    3.2.1 BSFQC算法模型
  •     3.2.2 质量控制流程
  •   3.3 案例分析
  •     3.3.1 数据选择
  •     3.3.2 空间相关性分析
  •     3.3.3 评估指标分析
  •     3.3.4 检验结果分析
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 基于空间回归检验的B样条拟合地面气温质量控制方法研究
  •   4.1 空间回归检验算法（SRT）介绍
  • BSFQC算法模型'>  4.2 SRTBSFQC算法模型
  •   4.3 案例分析
  •     4.3.1 资料选取
  •     4.3.2 空间相关性分析
  •     4.3.3 评估指标分析
  •     4.3.4 检验结果分析
  •     4.3.5 复杂地形站点分析
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 基于协同预测的B样条拟合地面气温质量控制方法研究
  •   5.1 数据标准化处理
  •     5.1.1 min-max归一化处理
  •     5.1.2 z-score标准化处理
  •   5.2 地面气温与湿度观测资料相关性分析
  •   5.3 基于协同预测的地面气温资料质量控制算法
  •     5.3.1 典型相关分析法（CCA）
  • BSFQC算法模型'>    5.3.2 CCABSFQC算法模型
  •   5.4 案例分析
  •     5.4.1 资料选取
  •     5.4.2 质量控制性能分析
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 工作总结
  •   6.2 论文不足之处及研究展望
  • 参考文献
  • 作者简介
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 杨帅

    导师: 叶小岭

    关键词: 地面气温观测资料,质量控制,空间相关性,样条拟合,观测站密度

    来源: 南京信息工程大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 气象学

    单位: 南京信息工程大学

    分类号: P411

    DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000151

    总页数: 63

    文件大小: 4765K

    下载量: 29

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