[发明专利]一种可选的克里金空间插值降雨量估算方法

说明书

本发明公开了一种可选的克里金空间插值降雨量估算方法，包括如下步骤：步骤1，通过离散变异函数公式计算所有降雨量样本点对的实验变异函数值：步骤2，采用两尺度小波最小二乘支持向量机拟合实验变异函数值，得到理论变异函数模型：步骤3，建立克里金空间插值方程组，求解克里金权重系数；步骤4，根据克里金权重系数计算待估位置点的降雨量估计值；步骤5，定量化精度评价。本发明公开的估算方法，克服了普通克里金空间插值降雨量估算方法中传统理论变异函数模型形状固定且未考虑空间变化趋势及多尺度特征的不足，使得降雨量估算的结果符合本身的空间变化趋势且体现空间变化的多尺度特征。

技术领域

本发明属于空间插值降雨量估算领域，特别涉及该领域中的一种可选的克里金空间插值降雨量估算方法。

背景技术

降雨量作为区域水资源的输入项，对于区域水资源的评估至关重要。当前，对于区域降雨量的估算主要通过站点观测的手段，再利用空间插值模型估算区域范围内降雨量。这里提及的空间插值模型是根据已知观测样本点的降雨量真实信息来估计待估位置点的降雨量信息，其原理是通过已知观测点样本降雨量数据构建函数关系，综合空间位置关系以及空间相关性，从而估算其他任意点或任意分区的降雨量。

常用的空间插值法可以归结为两类，一类是确定性方法，另一类是空间统计方法。确定性方法中最具代表性的是反距离权重法和泰森多边形法。这种传统的概念性模型对降雨的空间变化一般采用均化处理方式，用以方便产流计算，但随之带来的问题就是难以客观反映降雨的空间分布，一定程度上忽略了降雨在空间上的随机性，也未能有效考虑不同观测点的降雨信息在空间上的相关性。空间统计方法中最具代表性的是克里金插值方法，该方法以区域化变量独有的随机性和结构性性质为基础，使得探索降雨量空间结构和空间变异规律变得有迹可循，同时以变异函数为基本工具对区域化变量的连续性、相关性、尺度性等要素进行空间描述。降雨量正是具有这种随机性与结构性双重特征的区域化变量，应用克里金空间插值实现对降雨量的估算其实质在于通过已知位置点的降雨量内插或外推的方式，对待估位置点降雨量的取值进行无偏、最优估计。

克里金空间插值降雨量估算过程中，插值模型的精度取决于模型对空间变异性和空间相关性的反映程度。传统方法中插值模型需要用理论变异函数拟合实验变异函数，而理论变异函数模型往往是根据人的经验来选定，因此会导致不同的理论变异函数模型对降雨量估算结果的优劣程度产生较大的影响。此外，理论变异函数形状固定，有限的已知降雨量站点数据进行拟合时，无法反映实际降雨量在空间上的相关性和差异性，降雨量的空间变化趋势被淹没，而被淹没的这种空间变化趋势往往还具有多尺度的特征，对于尺度的选择和尺度效应的处理也是至关重要的。故如何根据现有降雨量观测站的数据生成空间计算单元内的降雨量，且尽可能地客观反映降雨量空间变化特征，是本专利的研究重点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种可选的克里金空间插值降雨量估算方法。

本发明采用如下技术方案：

一种可选的克里金空间插值降雨量估算方法，其改进之处在于，包括如下步骤：

步骤1，通过离散变异函数公式计算所有降雨量样本点对的实验变异函数值：

将降雨量z(x)在点x处和点x+h处方差的一半定义为z(x)在x轴方向上的变异函数，记为γ(x，h)；

其中，Var[z(x)-z(x+h)]代表z(x)-z(x+h)的方差，

在二阶平稳假设的情况下，对任意h有：

E[z(x)]＝E[z(x+h)] (2)

其中，E[z(x)]和E[z(x+h)]分别代表z(x)和z(x+h)的降雨量数学期望，

整理得：