（气象学专业论文）gis支持下的赤峰地区气候资源空间分布特征研究.pdf

摘要 当前，气候资源、能源的开发和利用在国民经济发展中占据重要地位。但是， 目前赤峰地区对气候资源的空间分布特征所做的分析工作已经远远不能满足农 牧林业生产、农牧业结构调整、名优特产品开发、地质灾害预报、工农业生产布 局、地矿资源探测和开发、重大工程规划项目的气候可行性论证以及太阳能、风 能等绿色可再生能源开发和利用的需求。因此，对气候资源空间分布特征进行精 细化的分析和研究是当前亟待解决的问题。 在气候资源空间分布特征分析中，传统的方法是根据离散气象站点的气候资 料，通过分析者的主观分析判断，进而手工绘制等值线来获取无测站位置上的气 候资料，以分析气候资源空间分布特征。此方法的缺陷在于不能精确地反映出任 意空间点上的要素值，特别是不能够反映出地理条件对气候资源的影响，它只能 进行定性的描述，而不能进行精确的分析和判断。本文在研究方法的选取上摒弃 了传统的方法，采用了当前最为先进的g i s 技术，其优势在于通过g i s 空间化气 候要素，在其分辨率下的任意空间点上，都对应存在着一个要素值，利用其空间 分析模型功能，可以细致地再现单要素气候资源空间分布规律，并能够将多种气 候要素叠加起来，按多种边界和属性条件组合，从而形成区域性的资源分布，实 现多种气候要素的综合评价，达到进行气候资源综合分析的目的，实现了气候要 素由定性描述向精细化分析的转变。 本文利用赤峰及周边地区3 0 个气象站点的3 0 ( 1 9 7 1 - - 2 0 0 0 ) 年的整编后的 气温、降水、日照、蒸发、风速等气候资料，通过对当前运用g i s 技术进行气候 资源插值方法的对比分析，选取了趋势面分析和多元回归两种可以引入地理信息 因子的统计类空间插值方法，针对8 6 种气候要素分别构建了空间插值分析模型， 通过对各要素两种插值模型的统计结果进行了对比分析和检验评估，从中遴选出 最优的空间插值模型。在c i t y s t a r4 0 地理信息系统平台下，应用中国测绘局 提供的1 ：2 5 万地理背景信息数据，对赤峰地区的光、热、水等主要气候资源进 行了空间插值和分析，建立了赤峰市气候资源空间分布图集和气候资源库。 在分析赤峰地区气候资源空间分布规律和特征的同时，通过插值分析结果与 前人对赤峰地区气候资源空间分布规律的研究成果进行了对比分析，揭示了以前 仅靠离散气象站点资料得出的研究成果所无法反映的气候资源细部特征，具体表 i 现在运用网格插值的结果能够充分显示出山川、沟壑等地理条件影响条件下气候 要素的空间分布特征。并且在这次的分析中还发现，在某个量级中往往会夹杂着 其它量级的斑块，这些都是人工分析所不能企及的。同时也纠正了一些以前靠主 观判断分析所得出的错误结论，如日照的分布从总体趋势上就明显有误。最后以 本地区主要粮食作物玉米为例，作了其适宜种植区区划分析研究，揭示了部分地 区玉米越区种植所带来的低产或产量波动。通过本次精细化的气候资源空间分布 特征研究，对发挥区域气候资源优势，提高防灾减灾的计划性和科学性，因地制 宜地安排本地农牧业生产，保护和改善生态环境等具有极其重要的意义。 关键词：g i s 气候资源空间插值空间分布特征 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n ta n du s eo f c l i m a t er e s o u r c e sa n de l q e l - g ya r cv a s ti m p o r t a n tp a r t o fn a t i o n a le c o n o m yd e v e l o pn o w a d a y s b u tt h ef o r m e rs t u d i e so nd i s t r i b u t i o no f c l i m a t er e s o u r c e sc a nn o tf a rf r o mf a r m i n gf o r e s t r yp r o d u c t i o n , s t r u c t u r er e g u l a t i o n , d e v e l o p i n g c h a r a c t e rp r o d u c t s ，p e r f o r m i n gp r e c i s i o na g r i c u l t u r e ，i n d n s t r i a la n d a g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o np o s i t i o n , f o r e c a s tg e o l o g i c a ld i s a s t e r s ，l a n da n dm i n e r a l r e s o u r c e se x p l o r a t i o na n de x p l o i t a t i o n , a s s e s s m e n to ft h ec a r r y i n g c a p a c i t yo f r e s o u r c e s ，t h em a j o rc o n s t r u c t i o np r o j e c tf e a s i b i l i t ya s s e s s m e m ，t h ed e m a n do fs o l a r e n e r g ya n dw i n de n e r g ye t cr e n e w a b l ee n e r g yd e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o n t h a ti s w h yw es h o e dm a k ep r e c i s ea n dm e a s u r a b l es t u d yo nc l i m a t er e s o u r c e ss p a c e d i s t r i b u t i o nt h a tn e e d st ob es o l v e dq u i e l d y i nt r a d i t i o n a lw a y , a p p l ys c a r e rs t a t i o n sd a t u mt ot h ea n a l y s i so fc l i m a t e r e s o u r c e s c o m b i n ew i t hs u b j e c t i v ee s t i m a t i o nt od r a wc o u t o u ri nt h ea r e au n c h e c k e d , a n dt h ea c c u r a t ev a l u es h o u l dn o tb ek n o w ni nt h i s w a y t h ea u t h o ra d o p tn e w t e c h n o l o g yo fg i st h a ti ss u p e r i o rt od i g i t a ls p a t i a lc l i m a t ef a c t o r st or e a p p e a rs i n 酉e o rm a n yf a c t o r sd i s t r i b u t i o nr e g u l a t i o n a n di ti se a s i e rt os t r u c t u r er e g i o n a lr e s o u r c e s d i s t r i b u t i o na n dt oa n a l y s e sr e s o u r c e si nm o r ed i m e n s i o n s a n dc a r r yo u tt h ea n a l y s e s f r o mn a t u r ed e t e r m i n e dt op r e c i s i o n u s i n g3 0 y r sd a t u mo f3 0m e t e o r o l o g i c a ls t a t i o n si i ic h i f e n ga n ds i d ei n c l u d i n g t e m p e r a t u r e ，p r e c i p i t a t i o n , s u n l i g h t ，e v a p o r a t i o na n dv e l o c i t yg e to u tt h eo p t i m a l s p a t i a li n t e r p o l a t i o nm o d e lb yc o n t r a s ta n dt e s t i n ga n de v a l u a t i o n ，a d o p t i n gt r e n d s u r f a c ea n a l y s i s ，m u l t i p l er e g r e s s i o na n a l y s i s ，c o n s t r u c tt h e8 6k i n d so fs p a t i a l i n t e r p o l a t i o nm o d e lb a s e do nc l i m a t ef a c t o r s a t i e rt h ed i m a t ea n a l y s i sa n ds p a t i a l i n t e r p o l a t i o nt ot h em a i nr e s o u r c e so fc h i f e n ga r e a , e s t a b l i s h e dac l i m a t ei nc h i f e n g c i t va t l a ss p a t i a ld i s t r i b u t i o no fr e s o u r c e sa n dc l i m a t er e s o u r c e sd a t a b a s et h r o u g h a n a l y s e st h es p a t i a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e ro fh e a tr e s o u r c e s ，w a t e rr e s o u r c e s s u n l i g h t r e s o u r c e s ，r a d i a t i o n r e s o u r c e si n c h i f e n gb a s i c o nc i t y s t a r4 0g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e mp l a t f o r mt h a ti n c l u d i n g1 ：2 5 0 ，0 0 0g e o g r a p h i c a lb a c k g r o u n dd a t a a n di n f o r m a t i o nt h a tc h i n as u r v e yb u r e a up r o v i d e d ，l l i l ea n a l y s e st h ec l i m a t er e s o u r c e ss p a t i a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e ra n dp r i n t i p l e c o n t r a s tt ot h ew o r k so ff o r m e rs t u d i e s r e f l e c tc a r e f u l l yc h a r a c t e ro fc l i m a t e r e s o u r c e st h a tt h ef o r m e rs c a t t e rs t a t i o n sd a t u mc o u l dn o td e s c r i b e ，a n dr e p r e s e n tt h e s p a t i a ld i s t r i b u t i o nu n d e rg r i d d i n gi n t e r p o l a t i o ni ni n f l u e n c eo f m o u n t a i n sa n dv a l l e y s s t i l lf i n ds o m el e v e lm e m b c r si n c l u d i n go t h e r st h a tt h i sc a nn o tb em a d eb yh a n d e a s i l y m e a n w h i l e c o r r e c tt h ef a u l t so fd e p e n d i n gu p o ns u b j e c t i v ed e t e r m i n a t i o ni n p a s t s u c ha st h eg r o s st r e n do fs u n l i g h td i s 仃i b u t i o l l c o r np l a n t i n gp r o g r a m m i n ga n d i t sw a v e so fp r o d u c t t h es t u d yo fc l i m a t er e s o u r c e sd i s t r i b u t i o np r e p a r ef o r i m p r o v i n gp l a na n ds c i e n t i f i c i t yo fd i s a s t e rp r e v e n t i o na n dm i t i g a t i o n , e l i g i b l y a s s i g n m e n to f f a r m i n ga n dh e r d i n gd e v e l o p m e n t ，p r o t e c t i n ga n di m p r o v i n ge c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：g i s ；c l i m a t er e s o u r c e s ；s p a t i a li n t e r p o l a t i o n ；t h ec h a r a c t e r so fs p a t i a l d i s t r i b u t i o n i i i 兰州大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 气候资源是指大气圈中光、热、水、风能和空气中的氧、氮以及负离子等可 以通过开发利用为人类形成使用价值的气候条件。一。它是自然资源的重要组成 部分，是人类赖以生存和发展的基本条件。气候资源与其它自然资源一样，能够 为人类生产与生活提供不可缺少的能量和物质。但气候资源又有与其它自然资源 不同的特点：第一，气候资源具有资源数量无限性和有限性并存的特点。它是一 种可再生资源性、清洁性资源，只要使用开发得当，它将永无止境。而对其开发 利用对象来说，其资源量及开发利用程度又是有限的，是有风险的。第二，气候 资源具有利弊相生性。气候资源不同于其他资源，它不仅具有巨大的潜在价值， 同时也会由于开发利用不当而产生严重的灾害，因此对于气候资源既要趋利，也 应避害。第三，多样性。自然地理以及大气状况、时空分布决定了气候资源在地 理分布、丰富程度和结构上又具有多样性，而且气候资源的季节变化和年际变化 很大。气候的多样性成为发展特色农业、特色旅游的前提和基础，同时也使得气 候资源开发利用的潜在经济效益十分巨大，也使气候资源开发利用的难度增大。 充分认识气候资源的这些特殊性，对开发利用气候资源十分重要。 我国地域辽阔，地形地貌十分复杂，山地面积( 包括丘陵) 约占全国的三分 之二，山区复杂的地形，使得山地气候垂直和水平差异都十分明显，从而构成了 复杂的气候环境和不同的气候资源嘲。它除受宏观地形影响外，还受复杂的小环 境的影响。宏观影响因子包括地理纬度、经度、大气环流背景条件和大地形特征 ( 山脉走向、总体高度、延伸程度等) ；复杂的小环境因子主要是小地形( 坡度、 坡向、地形四周遮蔽情况) 、局地海拔高度及植被、土壤等。 气候资源、能源的开发和利用，在当前国民经济发展中占据主要地位，而前 人对气候资源的空间分布特征分析所做的工作已经不能满足农牧林业生产、农牧 业结构调整、发展名优特产品、精准农业的实施、工农业生产布局、地质灾害预 报、地矿资源的探测和开发、气候资源承载能力评估、重大工程规划项目的气候 可行性论证以及太阳能、风能等绿色可再生能源开发利用的需求，因此，进行精 细化的气候资源空间分布特征研究是亟待解决的问题。 兰州大学硕士学位论文第一章绪论 由于我国地面气象站点分布密度却远远低于发达国家，而且分布相对来说也 不尽合理，因此，如何利用有限的地面气象观测资料来获得全国或某一研究区域 的气象、气候要素的空间分布，特别是具体到某一细小网格点的气象要素值，一 直是制约我国农学、生态学、地学、全球变化科学等研究发展的难点问题。气 象观测资料作为一种空间数据，具有一般空间数据所具有的特点，蕴含着非常复 杂的非线性关系，在时空分布上具有错综多变的时空特征。因而要把这种离散的、 不规则的观测资料转换成网格的、规则的气象资料格点场，来反映某一地区气象 资料的空间分布规律，对于气象资料的全方位分析和应用是非常重要的。把这种 空间分布很不规则的数据转换成规则的网格数据，就需要利用特定区域已知的离 散观测数据来估计规则格点上的非观测数据，这就是所谓的“空问插值”【7 】。 空间插值( 空间数据探索分析) 是研究区域空间变量分布特征的基本方法啪。 空间插值的一个重要目标是估计空间变量的变异函数。变异函数反映空间相关随 距离变化的特征，可以用几个基本变异函数模型描述。根据变异函数，可以判断 数据是否具有平稳性，是否符合空间统计的本征假设。由于变异函数建立的关键 是对初始条件的假定和方法运用的理解，这种主观的假设在某种程度上必然造成 空间插值的不确定性。根据空间数据的特征，不同插值方法所得出的结果之间的 精度存在着很大的波动。空间内插方法的选择对于数据采集稀疏或小空间尺度内 数据就波动很大的多山地区来说尤为重要。目前空间插值方法在大气科学和地理 信息系统( g i s ) 研究中已被广泛应用于温度、降水、空气和土壤湿度等空间变 量的估计、预测，以及其空间分布规律、等值线的绘制和各种网格化等的研究中。 通过研究认为，有些空间插值方法适用于温度的内插，有的适用于降水的内插， 即对不同特性的空间变量要使用不同的空间内插方法来进行模拟。空间内插一般 包括这样几个过程嘲：内插方法( 模型) 的选择；空间数据的探索分析，包 括对数据的均值、方差、协方差、独立性和变异函数的估计等；内插方法评价； 重新选择内插方法，直到合理；内插。 随着3 s 技术的日趋发展，特别是g i s 技术所集数据库、地图制图、空间分 析功能为一体，并能对空间数据进行分析的功能特色，为海量数据管理、多源成 果表达形式和空间数据分析提供了最为快速、方便和准确的方法和手段，为气候 资源向更高分辨率( 3 ”3 ”网格) 空间特征进行研究提供了强有力的技术支 兰州大学硕士学位论文第一章绪论 持。 1 2 国内外气候资源空间插值方法研究现状 关于气候要素的基本特点和变化规律许多人己进行了系统的研究，并写成了 专著，如e h 罗曼诺娃的 基本气候要素的小气候变化m 1 、吉野正敬的小 气候“4 、g b a r r y 的山区天气与气候“”、l b l a c t t a t t i e 和f s c h n e u e 的农业地形气候学引论“”等。 在国外的研究中，c a 萨鲍日妮科娃( 1 9 3 7 ) 建议用月平均最低气温插值初、 终霜日期“8 ；内西( 1 9 5 1 ) 用地理比例法从大阪、丰冈、彦根的月平均气温观测 值插值京都每月的累年平均气温；1 9 5 2 年名古屋地方气象台用海拔高度、坡向、 离海岸距离、对盛行风向的开旷度等要素与气象站各月平均气温制作出共轴相关 图方法插值无资料地区的气温分布；吉野正敏( 1 9 5 2 ) 利用物候调查资料，根据 温州蜜柑开花日期与4 月平均温度的关系，推算了伊豆半岛北部的4 月平均气温 的分布“”，1 9 5 6 年根据桑树开叶片数插值了崎玉县秩父郡3 月平均气温得分布。 正务章( 1 9 7 4 ) 采用温差方程法插值了岐阜县( 日) 的日最高和日最低气温分布 “”。w c 斯匹伦在研究美国科罗拉多州洛矶山西坡雨季降水时，使用海拔高度、 坡度、坡向、开旷度等4 个因子，来查得区域内任意一点所对应的实际降水量“”。 随着农牧业生产发展对气候资料要求的提高，国内也广泛开展了无资料地区 气候要素分布的插值和模拟研究。2 0 世纪8 0 年代，以傅抱璞、翁笃鸣、卢其 尧等为代表的学者通过数值统计模拟方法( 例如：分离综合法，统计模拟法，回 归余项法，小地形温差估算法等) 获得非气象站点所在区域内气象要素的空问分 布情况。 傅抱璞( 1 9 8 2 ) 提出用分离综合法插值无资料地区的年、月平均气温；跟据 风要素与地形和风向的综合关系推求有关风向题，提出了动力相似法；提出用变 换界限法按照高度内播或外延来推算其它投有气象观测资料地方界限温度出现 的日期“”1 。梁敬、朱家龙( 1 9 8 2 ) 用综合分离法插值了张家口地区的年月平均 气温的分布，用相关法插值了该地区的农业界限温度初、终日期和持续日数。 沈国权( 1 9 8 4 ) 针对湖南省的具体情况提出了一种考虑宏观地形温度效应的网格 温度场分析方法，该法提出后又被其它省份的作者引用与验证，在大、中尺度的 3 一 兰州大学硕士学位论文第一章绪论 丘陵山区都取得了较为满意的结果啪1 。傅抱璞1 9 8 8 年又提出半经验半理论回归 模拟法插值无资料地区气候要素的空间分布方法，并对福建省建阳地区1 月和7 月气温、水气压和风速分布进行了插值嘲。卢其尧( 1 9 8 8 ) 为了适应计算机技术 在山区气候研究中的开发应用，对山区农业气候资源空间分布的推算方法作了进 一步的探索，使推算模式函数化，并用计算机绘制出了山区小网格农业气候要素 空间分布图删。翁笃鸣、孙治安( 1 9 8 7 ) 计算了中国可能太阳辐射的气候分布 并分析了其分布特征嘲。虞静明、詹兴伴等( 1 9 8 8 ) 利用在福建省永安县槐南乡 的小气候调查资料，分析计算了山区小地形对温湿度分布影响1 。翁笃鸣( 1 9 9 1 ) 对山区地面辐射场和温度场的计算方法进行了研究，提出了计算山地小地形参数 的通用计算模式和系列化的起伏地形下山区地面辐射场的气候计算方法伽。傅抱 璞( 1 9 9 2 ) 利用陕西秦岭山区气候资料分析了地形和海拔高度对山地降水的影响 嘲。袁德辉，翁笃鸣( 1 9 9 2 ) 针对县级山区地形复杂，区域范围较小，实用上对 推算程度要求较高的特点，从山区平均气温形成的物理实质考虑，提出一个以拔 海高度、山地总辐射、地形动力因素等因子的新的月平均气温推算方法，来揭示 县级由区温度场分布的主要特点m 1 。缪启龙等( 1 9 9 3 、1 9 9 4 ) 进行了中国坡地光 合有效辐射的特征分析和西部山区总辐射的气候计算与分布分析；傅抱璞、翁笃 鸣等在辐射、风速、相对湿度等气候要素的空间分布插值方面也作了大量的工作 1 4 3 - 4 以上的研究均是在非g i s 支持下所做的工作，随着“3 s ”技术的不断发展和 日益完善，“数字地球”、“精准农业”越来越受到关注嘲。与此紧密相关的气候 资料栅格化技术，国内外也取得了长足的进展。日本在2 0 年前已建立了多种要 素的网格气候值，有的地域单元小到i k m 2 ，并用于农业气候资源评价与开发利用、 作物生育和产量预测、防灾减灾、咨询服务等多个领域。 近1 0 多年来，大量的区域性乃至全球栅格气象数据库不断的建立和完善， 也开发了许多空间栅格化方法与计算机软件，其中有影响力的有p r i s m 、 a n u s p l i n 和d a y i g z r ，基于这些方法建立了许多国家级的空间气象数据信息系统。 1 0 年前，我国不少学者也开始g i s 方面的研究，并取得显著成绩。 具体在气候资源插值方法研究方面：欧阳宗继等( 1 9 9 6 ) 在充分考虑了宏观 地形因子和复杂的小环境的影响下，对北京山区局地气候进行了网格插值研究 兰州大学硕士学位论文 第一章绪论 嘲。林孝松，赵纯勇( 2 0 0 2 ) 基于g i s 技术，以重庆区域为例，模拟了其区域范 围内主要农业气候资源要素的空间分布。李正泉等( 2 0 0 3 ) 分别用回归法和三 维二次趋势面法对东北地区的降水和湿度进行了网格化嗍。庄立伟，王立石 ( 2 0 0 3 ) 分别选用克立格法( z r i g i n g ) 、以经纬度分布方向为权重的距离权重 反比法( i 肼) 及带高度梯度订正的距离权重反比法( g i d w ) 3 种插值方法进行 有限气象站点4 1 0 月逐日气象要素空间插值方法研究。并进行插值的统计量 分析和估值的交叉验证“”。范辽生、刘新安等( 2 0 0 3 ) 建立了东北地区辐射资源 栅格化信息系统，半理论半经验地定量分析了坡度坡向对总辐射和p a r 的影响 嘲。于贵瑞、何洪林、刘新安等( 2 0 0 4 ) 分别对对气象、气候信息的空间化技术 途径，太阳辐射要素的空间化问题，以及温度、降水等要素空间化方面进行了的 研究“盯。薛根元，周锁铨等( 2 0 0 4 ) 以高斯权重插值法为基础，设计了一个考 虑地形因子的改进方案，结合b a r n e s 订正法，给出了相应的误差订正方案和逐 步订正方案，研究分析了复杂地形条件下气候变量空间分布特征 对于数据的空闯化并不存在一种最优的内插法。瑞士洛桑矿物大学地球科学 研究所的空间插值9 7 比较计划( s i c 9 7 ) “1 表明：对于不同的空间变量，在不同 的时空尺度内，每个方法对不同空间变量估计的误差是不一样的，即在不同的地 域和不同的时空尺度内所谓的“最优”内插法是相对的。 1 3 研究区地理和气候概况 研究区域位于内蒙古自治区东南部的赤峰市，属于蒙古高原向西辽河平原的 过渡地带，在北纬4 l 。1 7 1 4 ”4 5 。1 3 5 2 ”，东经1 1 6 。2 1 5 4 ”1 2 0 。 5 9 4 6 ”之间。东与通辽市接壤，东南与辽宁省相连，西南与河北省相邻，西部 和北部与锡林郭勒盟毗邻。北部为大兴安岭南端山地，燕山山地的七老图山矗立 于西南侧，努鲁尔虎山横亘于东南侧，构成了三面环山的半环形。全市东西最宽 约3 2 0 余l ( m ，南北最长约4 3 0 余l ( m ，总面积为9 0 0 2 1 2 2 l ( 1 n 2 。全市所辖七旗二县 三区。赤峰市地势西高东低，境内山川交错，地形地貌状态多样，北、西、南三 面环山，腹地多丘陵台地，西北部边界地区海拔高度多为1 0 0 0 1 5 0 0 m ，是蒙古 高原的东南端，西部的大光项山海拔最高达2 0 6 1 m ，为本市最高峰。地势由西向 东逐渐降低，至西拉沐沦河与老哈河汇流处海拔高度已降至2 9 0 m 左右，进入了 - 5 - 兰州大学硕卜学位论文 第一章绪论 广阔的松辽平原西部边缘地带。 圈卜1 赤持市行政区划及效字焉程圈 赤峰市地处中纬度，属中温带，半干旱、大陆性季风气候区冬季漫长而寒 冷，春季干旱多大风，夏季短促炎热、雨水集中，秋季短促、气温下降快、霜冻 降临早。大部地区年平均气温为o 7 ，其分布趋势是由西北向东南随海拔高 度降低而递增。最冷月( 1 月) 平均气温在一1 5 以下，极端最低气温低达- 4 5 5 。最热月( 7 月) 平均气温在2 0 以下年降水量的地理分布受地形影响十分 踢显，东南来的暖湿气流受努鲁尔虎山和七老图山的地形抬升作用，使锦山、新 惠、天义等南部地区的年降水量达到4 0 0 r a m 以上，暖湿气流继续北进，到西辽河 流域时，一方面暖湿气流中的水汽减少，另一方面它与翻越大兴安岭的下沉增温 变性的冷空气相遇，致使空气中的水汽不能冷却到凝结温度而形成降水，故这些 地区降水明显减少，翁旗东部年降水量只有3 2 0 岫左右。当暖湿气流继续往北推 6 兰州大学硕士学位论文第一章绪论 进，遇到大兴安岭阻挡时，地形抬升作用又使大兴安岭的迎风坡和岭上降水增多， 具有雨热同季的特点，有利于农作物生长发育，较有利于发展农牧业生产。由于 在地形上西北高东南低，由中山、浅山丘陵逐渐过渡到松辽平原，气候垂直变化 十分明显，具有明显的立体气候特征。 1 4 研究的目的和内容 1 4 i 研究的目的 建立赤峰地区主要气候资源空间分布图层集，以满足本地区农牧林业生产、 农牧业结构调整、发展名优特产品、精准农业的实施、工农业生产布局、地质灾 害预报，地矿资源的探测和开发、气候资源承载能力评估、重大工程规划项目的 气候可行性论证以及太阳能、风能等绿色可再生能源开发利用的需求。为发挥区 域气候资源优势，增强气候资源、能源的利用率，提高防灾减灾的计划性和科学 性，因地制宜地安排本地农牧业生产，保护和改善生态环境等提供气象科学依据。 1 4 2 研究的内容 1 通过对比分析，建立并优化适用于赤峰地区的表征光、热、水气候要素 的插值模型，并对其进行显著性和效果检验( 插值模型的精度达到相对误差 3 辅助软件：v c + + 6 0 ，v b 6 0 ，m i c r o s o f te x c e l2 0 0 0 3 3 主要软件简介 3 3 1 “c it y s t a r4 0 ( 城市之星) ”地理信息系统主要功能 “c i t y s t a r4 o 城市之星”地理信息系统是由北京大学天创公司开发的国 产g i s 系统软件，是一个面向桌面应用的g i s 工作平台嘲，系统包括如下模块： 1 c i t y s t a r 编辑模块：矢量数据的录入、编辑。 2 c i t y s t a r 查询分析模块：矢量栅格综合的空间数据管理、查询、分析模 块，提供了多种模型运算。 3 c i t y s t a r 制图模块：提供了地图的整饰输出以及符号制作功能，同时也 可以制作影像地图。 4 c i t y s t a r 扫描矢量化模块：提供了线状图形扫描、细化、跟踪并矢量化 的一系列操作，适用于地形图等高线的录入。 5 c i t y s t a r 可视开发模块：包括o c x 控件，使用户可以进行二次开发。该 模块提供了一个平台，便于用户使用，同时实现了多数据源的管理和查询，使用 - 1 6 - 兰州大学硕士学位论文第三章气候资源空间插值的工作环境 户可以方便的构造应用。 6 c i t y s t a r 遥感图象处理模块：提供了从遥感图象纠正到增强、变换、分 类以提取专题信息整个流程的功能。 7 c i t y s t a r 数字地形模块：等值线、离散点插值生成d e m ，并可基于d e m 进行各种分析。 8 c i t y s t a r 三维模块：基于d e m 的三维曲面生成和查询分析模块。 9 c i t y s t a rg p s 模块：g p s 数据的接收、显示和分析。 本研究应用c i t y s t a r4 0 系统中的相关功能模块，对地理信息数据进行分 层处理，利用图层运算功能，将建立的气候资源空间插值模型代入，从而得到气 候资源的格点图层信息数据，客观、精确地表征出任意空间点上的气候资源空间 分布特征，实现各类气候要素的空间信息查询，分级处理，制图输出。 3 3 2v i s u a io + + 6 0 软件特点 v i s u a lc + + 6 0 是m i c r o s o f t 公司在多年使用、不断改进的基础上推出的 用于支持w i n 9 5 以上平台应用程序( a p p l i c a t i o n s ) 、服务( s e r v i c e ) 和控件 ( c o n t r 0 1 ) 的集成开发环境呻删。它具有以下特点： 1 开放环境v i s u a ls t u d i o 由一套集成工具组成，用于开发w i n 3 2 ( w i n 9 5 w i n 9 8 或w i n d o w sn t ) 环境下运行的应用程序。 2 提供功能强大的向导工具( m f ca p p w i z a r d 、c l a s sw i z a r d ) 。 3 d e v e l o p e rs t u d i o 的项目工作区的形式组织元件、项目及项目配置。 4 脏c 类库支持多线程应用程序开发。 5 具有w i n d o w ss o c k e t 和m a p i 支持，可以与网络及e m a i l 连接。 6 最快的集成数据库访问，允许用户适应强有力的数据库应用程序。 7 具有强有力的i n t e r n e t 支持。 8 对o l e 提供强有力支持。 本研究中，应用v i s u a lc + + 6 0 编制气候要素数理统计、分析工具软件， 主要包括：三维二次趋势面分析、多元线性回归分析、逐步回归、回归检验等功 能。 3 3 3v i s u a lb a s j c6 0 集成开发环境 v i s u a lb a s i c 语言，是在早期d o s 环境下运行的b a s i c 语言的基础上扩充 一1 7 兰州大学硕士学位论文第三章气候资源空间插值的工作环境 与发展而形成的可视化的程序设计语言嗍。在v b 集成开发环境中，用户可以设 计界面、编写代码、调试程序，直至把应用程序编译成可执行文件。 v i s u a lb a s i c 有以下功能和特点： 1 可视化编程：v i s u a lb a s i c 提供了可视化设计工具，把w i n d o w s 界面设 计的复杂性“封装”起来，开发人员不必为界面设计而编写大量程序代码，仅需 要编写实现程序功能的那部分代码，从而可以大大提高程序设计的效率。 2 面向对象( o o p ) 的程序设计：v i s u a lb a s i c 把程序和数据封装起来作 为一个对象，并为每个对象赋予应有的属性和方法，程序员只需调用即可 3 结构化程序设计语言：v i s u a lb a s i c 是在b a s i c 语言的基础上发展起来 的，具有高级程序设计语言的语句结构，接近于自然语言和人类的逻辑思维方式， 其语句简单易懂。 4 事件驱动编程机制：v i s u a lb a s i c 通过事件来执行对象的操作，一个对 象可能会产生多个事件，每个事件都可以通过一段程序来响应，由用户操作引发 某个事件来驱动完成某种特定的功能，或者由事件驱动程序调用通用过程来执行 指定的操作。 5 访问数据库：v i s u a lb a s i c 系统具有很强的数据库管理功能，其提供开 放式数据连接功能，可通过直接访问或建立连接的方式使用并操作后台大型网络 数据库，如s q l s e r v e r 、o r a c l e 等，并提供了强大的数据存储和检索功能。 6 动态数据交换( 叩e ) ：利用动态数据交换技术，可以把一种应用程序中 的数据动态地链接到另一种应用程序中，使两种完全不同的应用程序可以交换数 据，进行通信。在w i n d o w s 环境下为多个应用程序之间以c s 方式建立起一条动 态数据链路。 7 对象的链接与嵌入( o l e ) ：对象的链接与嵌入将每个应用程序都看作是 一个对象，将不同的对象链接起来，再嵌入某个应用程序中，从而将多个应用程 序合为一体，是一种应用程序一体化的技术。 8 动态链接库( d l l ) ：可以通过动态链接库技术将c c + + 或汇编语言编写 的程序加入到v i s u a lb a s i c 应用程序中，可以像调用内部函数一样调用用其它 语言编写的函数。此外，通过动态链接库，还可以调用w i n d o w s 应用程序接口 ( a p i ) 函数，实现s d k 所具有的功能。 一1 8 - 兰州大学硕士学位一 第三章气候资源空甸插值韵工作环境 在本研究中，应用v b 6 0 编程环境，结合c i t y s t a rg i s o c x 控件，编制气候 资源信息查询软件，可以对用c i t y s t a r4 0 处理完成的气候要素图层集进行编 辑、管理、查询、分析等，从而完全脱离c i t y s t a r4 0 软件环境，方便对c i t y s t a r 4 0 系统不了解的人员使用，而且不会再对其“软件加密盒”产生依赖，便于系 统移植。 - 1 9 兰州大学硕士学位论文第四章气候资源空间特征插值模型的构建与检验 第四章气候资源空间特征插值模型的构建与检验 4 1 主要气候资源空间特征插值模型的构建 我国地域辽阔，地形地貌十分复杂，山地面积( 包括丘陵) 约占全国的三分 之二，山区复杂的地形，使得山地气候垂直和水平差异都十分明显，从而构成了 复杂的气候环境和不同的气候资源。多年来，为了更好地合理开发利用我国丰富 的山地气候资源，学者们对很多山地气候要素开展了观测和试验研究，总结出了 主要山地气候要素的分布规律，针对不同气候要素在山地的分布规律提出了很多 关于山地气候资源分析和推算的理论和方法。在充分分析和研究目前空间插值方 法及其原理的基础上，分别采用了三维二次曲面法和普通多元回归法进行空间插 值模型构建( 具体方法见第二章第2 节) 。 将赤峰地区的主要气候要素( 光、热、水) ，包括周边地区参与模型构建站 点的三十年整编气候要素，分别代入方程2 - 2 和2 - 3 中，组成方程组，通过最小 二乘法解方程组，求解出相应气候要素空间分布函数的系数，即可得到相应气候 要素空间分布函数f ( a ，妒，的表达式。通过这个分布函数，只要知道区域 内任意位置点的地理信息( 经度、纬度、海拔高度) ，代入分布函数，就可求算 出此点的对应气候要素的值。 关于总辐射的计算：太阳总辐射数量的多少和强弱，与地理纬度、海拔高度、 太阳高度角、大气透明度、云量等不同而变化。由于赤蜂地区无日射观测站，故 太阳总辐射量采用以下公式进行计算： q = q o 白+ 撕) ( 4 一1 ) 式中：p 为太阳总辐射( 千卡平方厘米) ，o o 为天文辐射量；a ，b 值为经验 回归系数；s 为日照百分率。p 。可由下表查得： 表4 - 1 北纬3 7 。- 5 2 。各月的天文辐射量查算表 单位：千卡平方厘米 纬主、： 1 月2 月3 , q4 月5 月6 月7 月8 月9 月1 0 月1 1 月1 2 月 3 7 1 2 81 4 52 0 82 5 02 9 93 0 63 0 82 7 32 1 01 7 31 3 01 1 7 3 0 1 2 71 4 42 0 72 5 02 9 93 0 63 0 72 7 22 0 91 7 21 2 9i i 6 3 8 1 2 51 4 22 0 62 4 92 9 83 0 53 0 62 7 12 0 71 7 01 2 71 1 4 3 0 ，1 2 21 4 02 0 52 482 9 83 0 53 0 62 7 12 0 61 6 81 2 41 1 1 2 0 兰州大学硕士学位论文第四章气候资源空间特征插值模型的构建与检验 续表4 - 1 北纬3 7 。- 5 2 。各月的天文辐射量查算表 单位：千卡平方厘米 3 9 1 1 91 3 82 0 32 4 72 9 83 0 5 3 0 62 7 02 0 51 6 61 2 11 0 8 3 0 1 1 71 3 72 0 22 4 72 9 83 0 5 3 0 62 7 02 0 41 6 41 1 91 0 6 4 0 1 1 51 3 52 0 02 4 62 9 73 0 53 0 6 2 6 92 0 31 6 21 1 7 1 0 3 3 0 1 1 31 3 31 9 92 4 52 9 73 0 53 0 62 6 92 0 21 6 11 1 51 0 1 4 1 1 1 11 3 11 9 72 4 42 9 6 3 0 43 0 52 6 82 0 01 5 91 1 39 9 3 0 1 0 91 3 01 9 62 4 32 9 53 0 4 ：3 0 52 6 71 9 g1 5 81 1 19 7 4 2 。1 0 61 2 81 9 52 4 22 9 43 0 3 3 0 42 6 61 9 71 5 61 0 99 4 3 0 1 0 41 2 71 9 32 4 12 9 43 0 33 0 42 6 51 9 61 5 41 0 - 79 2 4 3 1 0 11 2 51 9 12 4 02 9 33 0 33 0 32 6 41 9 51 5 11 0 48 9 3 0 9 91