基于Cubist算法的临汾市GPM卫星降水数据降尺度研究.pdf
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1、信息化水利技术监督 年第 期:/基于 算法的临汾市 卫星降水数据降尺度研究文高峰(临汾市水利发展中心 山西 临汾)摘要:为提升 卫星降水产品应用性 利用临汾地区 年 降水数据和 个地面气象站点资料 引入地形、海陆位置等降尺度因子 构建基于 回归算法降尺度模型 将原始 数据提高至 的空间分辨率 结果表明:算法降尺度修正后的 数值精度显著提高 其 达 和 为 、相对降尺度前的 提升了 和 分别减小了 、降尺度结果清晰展现了区域降水量分布细节信息 具有较好的应用价值关键词:卫星降水量产品 模型 降尺度中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:文高峰(年)男 工程师:随着卫星遥感技术不
2、断发展 卫星降水产品已成为地表水文过程、水资源管理、气候变化等领域中新型数据源 然而其自身较低空间分辨率缺陷 限制了在一些细致研究中的应用 因此 如何将卫星降水产品降尺度成高分辨率的数据 成为水文气象遥感研究热点之一 在降尺度方法中 算法是一种基于决策树的机器学习算法 具有较高准确性和可解释性 本文以 算法为基础 对临汾市 卫星降水数据进行降尺度研究旨在提高卫星降水数据的空间分辨率 为地表水文过程、水资源管理、气候变化等领域的研究提供更为细致和准确的数据支持 研究区与分析方法 临汾市概况描述临汾地处山西省西南、黄河东岸 地理坐标为 总面积 地形轮廓大体呈“凹”字型周环山 自西向东依次为黄河谷地
3、、吕梁市、汾河谷地、太岳中条山系 以丘陵、山地为主 海拔介于 如图 所示 临汾地处半干旱、半湿润季风气 候 区 属 温 带 大 陆 性 气 候 年 平 均 气 温 降水量 无霜期 日照时数 该地河流具有季节性特征 径流量多集中 月 水资源总量为 亿 人均水资源十分贫乏图 临汾市地形和气象站点位置 数据资料文中降尺度目标数据为新一代全球降水观测()卫 星 降 水 产品 其通过雷达观测、红外扫描、模式纠偏处理生成覆盖全球的降水量产品 成像周期为 空间分辨率为 本研究通过 数据网站(:/)获取该地 年第 期水利技术监督信息化 年降水量产品依赖因子是 精细化降尺度的关键 基于前任研究经验 获取了研究区
4、高程、坡度、坡向等地形因子 等光谱指数 地理经度、纬度、经纬度乘积等海陆位置因子 其中地形数据源为 产品 获取途径为:/来自 卫星的 产品地形因子为栅格像素中心位置为实现星地降水数据高精度融合 对 数据降尺度的目标参考设置确定为同期地面站点观测降水量资料 鉴于数据可得性仅获取了 个无缺测的站点 其来源于从中国气象科学数据中心(:/)回归方法 算法是 基于回归树开发的一种多变量回归模型 模型中每一变量的创建遵循“”规则对目标进行分段预测 其主要优点是通过多个线性模型 以便加权平衡处理 从而产生更稳健预测 模型通过增加线性模型数量、调解分段函数之间距离提升预测精度 对于由 个线性模型构成的 模型可
5、描述为:()()()()式中()当前线性模型的预测()位于回归树父模型的预测 由于 提出了给定预测变量的简洁线性建模规则 因此具有运行效率高、收敛快的特点 本文中 模型构建通过 软件包 程序完成 为确保建模精确度 需对超参数邻近距离()和回归树数量()进行优化 降水量降尺度空间分析过程:在 平台中采用 工具将不同源的降尺度依赖因子与原 数据重采样至 并且设定统一的 横轴墨卡托投影:提取预处理后每一栅格数据中心点像素值来生成样本值 以降尺度因子值为解释变量 降水量值为目标变量 运用 回归构建降尺度模型 同时结合 方法实施模型优化:确定 为降尺度目标 根据步骤将相关数据重采样至 空间分辨率 并输出
6、 格式:利用优化后的 模型代入 的 栅格因子集进而实施空间降尺度 得出初步降尺度结果:以气象站点数据为真值 估算初步降尺度结果后的误差 并利用 插值法生成 分辨率的残差分布:将步骤 得到的初步预测与步骤 提取的残差家和 得到研究区 降水量降尺度空间分布:利用地面观测站点对降尺度后的产品精度进行验证 以站点实测降水量为目标参考 以降尺度值为评价对象 在站点尺度上计算二者之间的决定系数、平均绝对误差 和平均相对误差 具体公式如下:()()()()()()()()式中 测试样本年份个数、第 年站点的实际值与预测值 通常 和 的值越小 表明预测值越接近实际值 模型精度越高 临汾市 降水量数据降尺度后空
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