—以广东省区为例
（广东省有色地质勘查院 广东 广州 510080）
摘要：最大历时点暴雨参数图件是建立省级地区暴雨径流查算数据库成果的核心要件，而对雨量站的暴雨统计参数进行插值优化成为建立查算数据库的关键。本文以广东省暴雨径流查算图表中分布全省的508个雨量站的最大6小时点暴雨均值为基础数据，分析了不同像元尺度、不同插值方法对上述示例数据进行插值的精度影响，结果表明：在不考虑外加变量情形下，全省最大6小时点暴雨均值的插值以2000m空间分辨率，以经验贝叶斯克里金法和径向基函数法为最佳。为了进一步提高精度的需要，针对广东省地区的实际，选用了以高程、距海岸线距离为协变量的协同克里金法，通过插值比较，此方法预测值的稳定度比经验贝叶斯金的稳定度提高26.05%，插值结果比后者更接近暴雨均值线和暴雨中心地区分布规律，因此在省级地区最大历时点暴雨均值插值实践中是一种整体精度更优的插值方法。
关键词：暴雨径流；插值；经验贝叶斯克里金；协同克里金;
1研究区概况
广东省地处我国大陆最南部，东邻福建，北接江西、湖南，西连广西，南临南海，珠江口东西两侧分别与香港、澳门特别行政区接壤，西南部雷州半岛隔琼州海峡与海南省相望。全境位于北纬20°13′～25°31′和东经109°39′～117°19′之间。总面积约17.97万平方公里。该区地形地貌复杂多样，全省地势大体北高南低，南岭山脉横亘于北面，粤北为多列向南突出的弧形山地，粤东和粤西为北东向的平行岭谷。全省属于东亚季风区，从北向南分别为中亚热带、南亚热带和热带气候，水热资源丰富，年平均气温约为19℃～24℃，1月平均气温约为16℃～19℃，7月平均气温约为28℃～29℃。年平均降水量在1300～2500毫米之间，全省平均为1777毫米。
2.研究方法
2.1数据基础
分析数据来自《广东省暴雨径流查算图表》最大6小时点雨量分布图所采用的508个雨量站实测和调查资料，统计时段为1955-1997年。样区面积为广东省全省面积，约17.97万平方公里，基本覆盖了整个区域，雨量站海拔高程变化范围2m～1097m。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据《广东省暴雨径流查算图表使用手册》中关于“年最大10分钟、1小时、6小时、24小时、3天暴雨统计参数等值线图”的编制介绍：“短历时暴雨统计特征值的地域分布比较均匀，24小时或更长历时的统计参数受地形等影响明显，地域变化较为复杂”，本文选取短历时暴雨中的6小时的最大点暴雨均值分布数据作为分析对象。
2.2插值方法
为了保证插值结果的可比性，在像元尺度变化分析中全部采用ArcGIS10.1平台推荐的经验贝叶斯克里金法，搜索半径为系统默设半径，搜索点设为临近的15个点。插值方法的比较分析则采用了经验贝叶斯克里金法、反距离权重法、径向基函数法和局部多项式法。
2.3插值检验
从全省508个雨量站中通过空间随机抽样随机选取20%的站点（102个）作为误差检验站点，插值计算以剩余的406个站点为基础，插值结果生成后，由ArcGIS10.1的空间分析功能读出102个检验站点的估计值，并将其在软件的图表环境中与实际测量值进行对比统计分析，得出不同条件下插值结果的均方根误差(RMSE)的变化。
2.4分析设定
像元尺度变化分析将像元大小按设定的500m、1000m、2000m、3000m四个尺度进行空间插值，比较像元尺度变化后的102个检验站点的误差变化。插值方法的比较分析，则分别采用反距离权重法、径向基函数法、经验贝叶斯克里金法和局部多项式，对最大6小时点暴雨均值进行插值，考察方法变化后检验站点插值结果的误差变化。
3.随插值方法的变化比较分析
分别利用经验贝叶斯克里金法、反距离权重法、径向基函数、局部多项式等插值方法进行空间插值（插值单元采取上述分析结果中插值分析最优的2000m为空间插值单元），其中：经验贝叶斯克里金法的搜索范围为临近的15个站点；反距离权重法的距离权重指数为2，站点搜索范围为临近的15个站点；径向基函数法所采用的为规则样条，指数0.1，站点搜索范围也为临近的15个站点；各种插值方法在检验站点的结果误差如下表：
表2不同插值方法插值结果的误差统计
通过以上结果的插值分析可知，经验贝叶斯克里金法(EBK)具有最优的插值精度，其平均绝对值误差在10.909mm，而传统的径向基函数（RBF）则有次优的精度，平均绝对值误差在11.04mm，反距离权重法(IDW)的平均绝对值误差在11.23mm，而局部多项式(LPI)则精度比其他方法都低，平均绝对误差为12.06mm。因此在以上方法中，经验贝叶斯克里金法和径向基函数(RBF)是两种精度相对较高的方法。
4结果分析
通过以上的分析可知，插值精度在像元尺度和插值方法两种因素影响的情况下具有不同的表现，在像元尺度变化条件下，随像元尺度变化成正比，而且具有一定的临界点，在此临界点以后，精度提高的幅度非常有限，同时也不能满足插值的提高空间分辨率要求，所以客观上存在一个空间分辨率与插值精度的平衡点。在插值方法选择上，通过上述分析可知，经验贝叶斯克里金方法和径向基函数法相对其他方法有更高的精度。在实际中，在地区最大历时点暴雨均值的插值精度受地区的形状大小、地区的地形地貌、地区气候特点等诸多因素影响，因此要得到较高的插值精度，需要从地区的实际特点选取影响最大历时点暴雨数据的重要因素进行限定以得到较高的插值精度。根据已有的研究，高程是影响降雨量的一个重要因素，因此初步考虑将高程纳入协变量。同时，考虑到研究区广东省的实际，广东省地处我国大陆的南缘，有全国最长的海岸线，行政区总体呈与海岸线平行的缓东北-西南纵深分布，气候属于东亚季风区，气候类型为南亚热带季风气候，受每年4月至9月产生于西太平洋热带气旋影响，全省全年在此时段的降雨占全年总降雨量的80%以上，而一般说来，降雨量的随着距海岸线的距离增加而呈递减规律，因此据以上分析最大历时点暴雨和高程、距海岸线距离具有相关性，因此可以考虑选取插值点高程、距离海岸线的距离作为协同变量，采取基于高程和距海岸线距离的插值分析。
参考文献:
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论文作者:罗可
论文发表刊物:《科技中国》2016年6期
论文发表时间:2016/10/17
标签：插值论文; 暴雨论文; 方法论文; 时点论文; 精度论文; 广东省论文; 误差论文; 《科技中国》2016年6期论文;