专利名称：一种基于地点类别划分的温度插值方法
技术领域：
本发明属于环境光学特性研究领域，具体涉及一种基于地点类别划分的温度插值方法。
背景技术：
由于经济和人力原因，我国气象观测站点数量有限，且空间分布不均衡，所获取的温度数据不能够体现温度的空间连续分布。利用特定区域已知的离散数据来估计规则网格点上的非观测数据，称为“空间内插”。比较常用的插值方法有反距离加权法、样条函数插值法、Cressman客观分析方法、克里格插值法等。国内外有很多的研究者使用空间内插的方法对气象要素进行插值处理，如冯锦明等人(《基于台站降水资料对不同空间内插方法的比较》，冯锦明，赵天保，张英娟，气候与环境研究.2004,9(2) :261-276.)针对国内台站的降水资料分别采用了几种常见的插值方法进行了插值处理及结果的比较，分析了这几种内插方法插值结果之间的异同，并对其缺点和使用范围进行了适当讨论。李军等人(《中国1961-2000年月平均气温空间插值方法与空间分布》，李军，游松财，黄敬峰..生态环境.2006, 15(1) :109-114.)对国内气象站点40年的平均气温进行了空间插值，并对插值精度进行了评估。在国外，瑞士洛桑矿物大学地球科学研究所的空间插值97比较计划(SIC97)，利用瑞士的降水观测资料系统地分析和比较了各种插值方法之间的差异和不确定性。Cllins (Collins, F. C.，A comparison ofSpatial Interpolation Techniques in Temperature Estimation, Proceedings of theThird International Conference/Workshop on Integrating GIS and EnvironmentalModeling, Santa Barbara, January21_26:1996.)用 8 种插值方法在 2 个地区、3 个时间尺度内分别对最高温度和最低温度2种温度变量进行了估计，并对它们进行了比较和分析。网格化的地表温度数据能够更好的表达地表温度分布的空间特征，然而由于经济和人力的原因，气象观测站点的数量是有限的，且站点的空间分布也是不均衡的。利用有限的气象站点估算未知点的温度数据，传统的空间插值方法很多，例如多项式回归、样条插值、克立格插值、反距离平方等，都存在较大的误差。因而如何获得高精度的温度网格数据，是一个亟需解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于地点类别划分的温度插值方法，利用气象观测站点的温度数据进行温度网格插值，获取较精确温度的空间连续分布，分析温度分布特点。本发明所采用的技术方案是一种基于地点类别划分的温度插值方法，首先根据已有的温度数据对这些数据的气象观测地点进行分类，采用系统聚类的方法将具有相似温度分布与变化特征的地点聚为同一地点类别；然后进行温度插值，先判断待插值地点属于已聚类别的哪一地点类别，并归入该地点类别，再采用反距离插值方法，利用影响范围内与待插值网格点具有相同地点类别的气象观测地点的温度数据进行温度插值。如上所述的一种基于地点类别划分的温度插值方法，其中所述系统聚类的方法具体分为如下步骤步骤1.1 :使N个具有温度数据的地点温度样本各自成一类；步骤1. 2 :分别计算任意两个地点温度样本之间的距离系数，形成距离系数矩阵；步骤1. 3 :找出矩阵中最小的距离系数，所述最小的距离系数由第P类和第q类温度样本计算得到，使第P类和第q类合并为一个新类；步骤1. 4 :分别计算新类与其余各类的距离系数；步骤1. 5 :重复步骤1. 3和步骤1. 4，直到所有的样本类归成一类为止；步骤1. 6 :合并过程结束后，得到每一步合并过程中的最小距离系数，将所述最小距离系数归一化处理，设第k_st印步的最小距离系数为d' k step，当d' k+l step_d' ,_大于某一阈值时，则在第k_st印处停止聚类。如上所述的一种基于地点类别划分的温度插值方法，其中所述温度插值具体分为如下步骤步骤2.1 :对于待温度插值的区域进行网格划分；并设定影响范围；步骤2. 2 :在影响范围区域内搜索具有温度数据的地点；步骤2. 2 :计算待温度插值的地点与具有温度数据的地点间的地理位置距离，找出距离最近的具有温度数据的地点，将所述具有温度数据的地点的地点类别赋给所述待温度插值的地点；步骤2. 3 :通过所述影响范围内同地点类别的具有温度数据的地点计算得到所述待温度插值的地点的温度插值结果。如上所述的一种基于地点类别划分的温度插值方法，其中步骤2. 3中，所述插值计算公式如下
权利要求
1.一种基于地点类别划分的温度插值方法，首先根据已有的温度数据对这些数据的气象观测地点进行分类，采用系统聚类的方法将具有相似温度分布与变化特征的地点聚为同一地点类别；然后进行温度插值，先判断待插值地点属于已聚类别的哪一地点类别，并归入该地点类别，再采用反距离插值方法，利用影响范围内与待插值网格点具有相同地点类别的气象观测地点的温度数据进行温度插值。
2.根据权利要求1所述的一种基于地点类别划分的温度插值方法，其特征在于所述系统聚类的方法具体分为如下步骤步骤1.1 :使N个具有温度数据的地点温度样本各自成一类；步骤1. 2 :分别计算任意两个地点温度样本之间的距离系数，形成距离系数矩阵；步骤1. 3 :找出矩阵中最小的距离系数，所述最小的距离系数由第P类和第q类温度样本计算得到，使第P类和第q类合并为一个新类；步骤1. 4 :分别计算新类与其余各类的距离系数；步骤1. 5 :重复步骤1. 3和步骤1. 4，直到所有的样本类归成一类为止；步骤1. 6 :合并过程结束后，得到每一步合并过程中的最小距离系数，将所述最小距离系数归一化处理，设第k_step步的最小距离系数为(Γ k_step,当(Γ k+1_step-d/ k_step大于某一阈值时，则在第k_step处停止聚类。
3.根据权利要求2所述的一种基于地点类别划分的温度插值方法，其特征在于所述温度插值具体分为如下步骤步骤2.1 :对于待温度插值的区域进行网格划分；并设定影响范围；步骤2. 2 :在影响范围区域内搜索具有温度数据的地点；步骤2. 2 :计算待温度插值的地点与具有温度数据的地点间的地理位置距离，找出距离最近的具有温度数据的地点，将所述具有温度数据的地点的地点类别赋给所述待温度插值的地点；步骤2. 3 :通过所述影响范围内同地点类别的具有温度数据的地点计算得到所述待温度插值的地点的温度插值结果。
4.根据权利要求3所述的一种基于地点类别划分的温度插值方法，其特征在于步骤.2.3中，所述插值计算公式如下
全文摘要
本发明属于环境光学特性研究领域，具体涉及一种基于地点类别划分的温度插值方法。目的是利用气象观测站点的温度数据进行温度网格插值，获取较精确温度的空间连续分布，分析温度分布特点。该方法首先根据已有的温度数据对这些数据的气象观测地点进行分类，采用系统聚类的方法将具有相似温度分布与变化特征的地点聚为同一地点类别；然后进行温度插值，先判断待插值地点属于已聚类别的哪一地点类别，并归入该地点类别，再采用反距离插值方法，利用影响范围内与待插值网格点具有相同地点类别的气象观测地点的温度数据进行温度插值。由于采用了地点类别划分，该方法既体现了温度大面积的相似性，同时又体现了局部地区的独特性。
文档编号G06F19/00GK103049664SQ201210576640
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者刘兴润, 刘浩, 李霞 申请人:中国航天科工集团第二研究院二O七所