[发明专利]基于Delaunay三角网的气象要素插值评估方法

说明书

技术领域

本发明属于气象领域，具体指的是基于Delaunay三角网的气象要素插值评估方法。

背景技术

随着气象与地理信息系统（GIS）的不断发展，气象要素插值被广泛地应用于科学研究和工程实践。一般地，气象要素插值最主要应用于现有的气象要素数据不能完全覆盖研究区域的情形。

气象要素插值依据不同的标准，有多种不同的分类方法。如Nigel M. Waters在他的文章中对各种分类方法进行了概括：(1)点的插值和面的插值；(2)全局性插值与局部性插值；(3)精确插值和近似插值；(4)统计性插值和确定性插值；(5)渐变插值和突变插值。李新等依据插值所依赖的理论基础将气象要素空间插值方法分为几何方法、（空间）统计方法、模型模拟方法等。传统气象要素插值方法通常是将研究区域均匀划分为规则的网格，再根据采样点的数据对所有格点的值进行预测和估计，例如常用于气象要素的空间插值方法有距离权重法、多项式插值法、克里金法、样条插值法等等。在这些方法中,距离权重法最为简便；多项式插值的物理意义不是很明确，容易得出一些难以解释的值；样条插值是对一些限定的点值,通过控制估计方差，利用一些特征节点，用多项式拟合的方法来产生平滑的插值曲线，多用于气象要素的时间序列插值；克立金方法产生于地质采矿中的品位估计,以能提供最佳线性无偏估计而逐渐被广泛运用于需要空间插值的诸多领域。

然而，所有的方法中，并不存在一种所谓的最佳插值。由于气象要素本身不同的特性、气象站点数目及其分布特征等的区别以及用途的不同，选用一种相对合适又便于运用的方法，对气象要素的空间插值是非常重要的。

发明内容

本发明针对现有气象要素插值方法存在的不足，提出基于Delaunay三角网的气象要素插值评估方法。所说方法可以将气象要素所在整个网格的偏差和平滑度控制在一定的阈值范围内，相比于传统方法计算效率更高，误差更小。

 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

基于Delaunay三角网的气象要素插值评估方法，具体包括如下步骤：

步骤A，采集时空尺度上的气象要素数据，包括温度、降水量、气压、湿度；

步骤B，使用二维凸壳并行算法构建Delaunay三角网；

步骤C，将气象要素数据填充到Delaunay三角网的各网格点中，使得Delaunay三角网成为三维空间上的分段线性曲面；

步骤D，采用Delaunay三角网的气象要素空间插值方法，得到气象要素的空间分布；

步骤E，逆向求得气象要素的时空分布，从而得到区域尺度上的气象要素数据。

步骤D中，所述Delaunay三角网的气象要素插值方法，具体包括步骤如下：

步骤D-1，分别计算网格中各三角形的单位法矢量、各边的平面度、各节点的单位切矢量；

步骤D-2，分别计算各节点的平滑度和偏差；

步骤D-3，依次比较节点元素偏差与偏差阈值，若节点元素偏差大于偏差阈值，则对网格进行降偏差插值，反之，降偏差插值结束；

步骤D-4，依次比较边元素平滑度与平滑度阈值，若边元素平滑度小于平滑度阈值，则对网格进行提高平滑度插值，反之，无需进行提高平滑度插值。

有益效果：本发明提供了基于Delaunay三角网的气象要素插值评估方法。所述方法对某区域观测站的气象要素数据进行特定规则取样或者随机取样；使用二维凸壳并行算法建立气象要素的Delaunay三角网；对气象要素数据进行Delaunay三角网的变分辨率空间插值，得到气象要素空间分布；根据逆向工程的方法思想，对气象要素在时空分布进行近似反求，从而得到区域尺度上的气象要素数据。本发明在传统的气象要素插值方法的基础上，根据空间插值能够保留原来观测数据不变和在效率与准确度之间的权衡的实际应用要求，将整个网格的偏差和平滑度控制在一定的阈值范围内，从而得到更精确的气象要素数据。

具体实施方式

下面列举具体实施例，对本发明基于Delaunay三角网的气象要素插值评估方法作进一步地详细描述：