本发明涉及气候要素计算方法技术领域，更为具体来说，本发明是一种基于月均温获取积温和积温日数的方法。
背景技术：
一定区域内可获得的热量资源及其持续时间决定着生物的生命活动。热量资源信息通常由积温GDD[℃·d]和积温日数GS[d]表示，是将气温对植被生长的影响定量化的指标。
GS的定义是一年中连续超过某一温度阈值Tb[℃]的天数，温度阈值Tb通常为0、5或10℃；GDD则是GS期间超过阈值的温度部分的累计值：先算出积温的开始日和结束日，开始日和结束日之间的日数即为GS，进而计算出GDD。也就是说，传统的计算方法必须通过日均温数据计算与其对应年份的积温和积温日数。
但是，在1950年之前气象站点稀疏，日均温信息太少，无法用上述方法计算GDD和GS。
因此，如何在日均温数据少甚至没有日均温数据的情况下计算其对应年份的积温和积温日数，已经成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。
技术实现要素：
为解决现有方法无法计算日均温数据少的年份的积温和积温天数的问题，本发明公开了一种基于月均温获取积温和积温日数的方法，从月均温的角度出发，彻底解决了日均温数据少甚至没有日均温数据的情况下其对应年份的积温和积温日数的计算问题。
为实现上述技术目的，本发明公开了一种基于月均温获取积温和积温日数的方法，该方法包括如下步骤，
步骤1，收集目标区域的日均温数据，通过日均温数据计算其所在的所有年份的积温开始日、积温结束日；
步骤2，对于日均温数据所在的所有年份，令其积温开始日最早的月为第一个有效月，令其积温结束日最晚的月为最后一个有效月；
步骤3，计算日均温数据所在的所有年份在第一个有效月和最后一个有效月之间的积温真实值、月均温及积温天数真实值，判断积温与月均温之间的第一对应关系，判断积温天数、月均温及积温之间的第二对应关系；
步骤4，收集目标区域无日均温数据时期的月均温数据，利用所述第一对应关系和第二对应关系，通过月均温数据获取目标区域无日均温数据时期的积温和积温天数。
与现有技术相比，本发明提取了对积温和积温日数有作用的月均温，使估算方法更简单且更符合逻辑；另外，本发明在估算积温日数时，除有效月均温外，还利用了积温和积温日数的关系，通过对比检验后发现，本发明可准确提取热量信息。因此，本发明彻底解决了在日均温数据少甚至没有日均温数据的情况下计算其对应年份的积温和积温日数的问题。
进一步地，步骤3中，利用多元线性回归方法判断积温与月均温之间的第一对应关系，即积温估算方程：确定ai和c的值；
其中，GDD为积温，mo为第一个有效月，me为最后一个有效月，Tm,i为第i个月的月均温，ai为参数，c为常数。
进一步地，步骤3中，利用多元线性回归方法判断判断积温天数、月均温及积温之间的第二对应关系，即积温日数估算方程：
确定bi、d及e的值；
其中，GS为积温日数，GDD为积温，mo为第一个有效月，me为最后一个有效月，Tm,i为第i个月的月均温，bi和d参数，e为常数。
进一步地，为说明本发明方案的准确性以及合理性，步骤3中，计算具有日均温数据所在年份有效月均温，利用所述有效月均温和积温真实值验证第一对应关系，利用所述有效月均温、积温真实值、积温天数验证第二对应关系。
进一步地，步骤3中，用于验证的有效月均温和积温真实值所在年份与步骤1中所述所有年份不同。通过其他年份数据的验证，进一步说明本发明的准确性。
进一步地，步骤3中，利用平均绝对误差、平均偏差、均方根误差验证第一对应关系和第二对应关系的模拟效果。
进一步地，步骤3中，所述模拟效果包括数值大小和年际变化。
进一步地，步骤3中，利用逐月平均的方法计算日均温数据所在的所有年份在第一个有效月和最后一个有效月之间的月均温。
进一步地，步骤1中，利用五日滑动平均法计算日均温数据所在的所有年份的积温开始日、积温结束日。
进一步地，步骤1中，所述目标区域为在观测站点长年观测的区域。
本发明的有益效果为：本发明创新地利用已有的对积温和积温日数有作用的月均温数据得到对应年份的积温和积温天数，具有方法简单、准确性高、可靠性强等优点。通过对比检验发现，本发明可准确提取热量信息。
附图说明
图1为本发明基于月均温获取积温和积温日数的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的基于月均温获取积温和积温日数的方法进行详细的解释和说明。
如图1所示，本发明公开了一种基于月均温获取积温GDD和积温日数GS的方法，利用已有的日均温数据推算出月均温数据与积温、月均温数据与积温及积温日数的关系，对于无日均温数据而有月均温数据的年份，根据上述关系得出无日均温年份的积温和积温天数。该方法包括如下步骤：
步骤1，对某个长年观测的站点，收集目标区域某些年份的日均温Td数据，GDD和GS主要受GS开始日和结束日期间日均温的影响，本发明通过日均温数据计算其所在的所有年份的积温开始日、积温结束日；本发明中，利用五日滑动平均法计算日均温数据所在的所有年份的积温开始日、积温结束日，目标区域为在观测站点长年观测的区域。
本实施例中，收集1960-2011年的日均温数据。中国1960-2011年545个气象站点的均一化日均温数据，该数据集因进行了均一化处理，比源数据的可靠性更高，可用于气候变化研究。在平坦地区的突兀高山上的站点，因它们的数据不能代表周围区域的气候环境特征，不予考虑。最终，536个站点的数据将用于计算。
步骤2，根据1960-2010年的数据，对于日均温数据所在的所有年份，令其积温开始日最早的月为第一个有效月，令其积温结束日最晚的月为最后一个有效月。
中国积温常用的温度阈值通常是0、5和10℃，因为超过10℃的天数和植物最快速生长的持续时间相当，因此，本实施例中选择10℃作为阈值计算GDD(℃·d)和GS(d)。
步骤3，基于1960-2010年的数据，计算日均温数据所在的所有年份在第一个有效月和最后一个有效月之间的积温真实值、月均温及积温天数真实值，判断积温与月均温之间的第一对应关系，判断积温天数、月均温及积温之间的第二对应关系；本实施例中，利用逐月平均的方法计算日均温数据所在的所有年份在第一个有效月和最后一个有效月之间的月均温Tm。
对于第一对应关系，利用多元线性回归方法判断积温与月均温之间的第一对应关系，即积温估算方程：本发明运用多元线性回归方法确定ai和c的值；拟合优度R2高达0.90±0.09，并通过了显著性检验，其中，显著性p值<0.001，说明方程的可靠性非常高。
其中，GDD为积温，mo为第一个有效月，me为最后一个有效月，Tm,i为第i个月的月均温，ai为参数，c为常数。
对于第二对应关系，利用多元线性回归方法判断判断积温天数、月均温及积温之间的第二对应关系，即积温日数估算方程：
确定bi、d及e的值；拟合优度R2高达0.73±0.10，并通过了显著性检验，其中，显著性p值<0.001，说明方程的可靠性非常高。
其中，GS为积温日数，GDD为积温，mo为第一个有效月，me为最后一个有效月，Tm,i为第i个月的月均温，bi和d参数，e为常数。
本发明对上述的积温估算方程和积温日数估算方程进行验证，以说明其正确性。具体地，计算具有日均温数据所在年份有效月均温，利用有效月均温和积温真实值验证第一对应关系，将已获得积温真实值的有效月代入积温估算方程，计算出的积温与积温真实值比对；利用有效月均温、积温真实值、积温天数验证第二对应关系，将已获得积温日数真实值的有效月和估算出的积温代入积温日数估算方程，计算出的积温日数与积温日数真实值比对。为进一步说明其验证的合理性，本发明用于验证的有效月均温和积温真实值所在年份与步骤1中所述所有年份不同，比如，(1)未用于建模的2011年用536个站点的日均为数据直接计算出GDD和GS：将其记作为观测值，算出月均温数据，代入上述方程即可模拟出GDD和GS，记为s-site；(2)把2011年格点月均温数据，根据格点所在地理位置对应站点，代入上述方程即可模拟出GDD和GS，记为s-cru。通过对比，分析s-site和s-cru能否真实反映观测值。本实施例中，利用平均绝对误差MAE(mean absolute error)、平均偏差MBE(mean bias error)、均方根误差RMSE(root mean square error)验证第一对应关系和第二对应关系的模拟效果，模拟效果包括数值大小和年际变化。通过对比发现，s-cru虽然误差比s-site的大，但也能反映观测值的分布特征和值的大小。通过对比结果可知，我们这种用月均温数据模拟GDD和GS的方法的准确性，一是受模型性能影响，其表现为s-site的误差，二是受月均温数据的准确性影响。其中，模型性能带来的误差很小，本方案可靠性得以保证。
步骤4，收集目标区域无日均温数据时期的月均温数据，即提取当地无日均温观测值时期的热量信息，再利用第一对应关系和第二对应关系，通过月均温数据获取目标区域无日均温数据时期的积温和积温天数。
本实施例中，收集目标区域1901-2011年月均温数据，利用本发明可得到1901至1959的积温和积温日数。该数据由全球的气候观测值插值而来，分辨率为0.5°×0.5°经纬度，用于气候变化研究。挑出在地理位置上包含站点的格点(0.5°×0.5°)的数据用于计算，最终，挑选出536个格点。将选择的536个CRU格点1901-2010年的月均温数据，依据格点所在地理位置对应站点，代入到GDD模型和GS模型中，得出中国1901-2010年的GDD和GS。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“本实施例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。