专业气候数据空间插值软件Anusplin简介

力J拥下[21ANUSPUN实例专业气候数据空间插值软件Anusplin简介主要内容·一、基本原理·二、模块及流程·三、数据格式·四、模型选择·五、Anusplin应用示例一、基本原理1、插值方法:Anusplin基于普通薄盘和局部薄盘样条函数插值理论。除了可以引入自变量外，还允许引入监奎量。eg:温度和海拔的关系，降水和海岸线的关系等。一、基本原理2、局部薄盘光滑样条的理论统计模型公式:|Zi=f(Xi)+bTYi+ei(i=1,...,N)zt:位于空间i点的因变量f(xj):是要估算关于川的未知光滑函数，Xi是独立交量.Yi:为p维独立协变量，b为民的p维系数ei:随机误差上式中:函数f和系数b通过最小二乘估计来确定:主zi-f州Jy2IiJ'-'iJVJiI+ρ'm{f).=Ilw.其中Jm(f)是函数f(xj)的粗糙度测度函数，定义为函数f的m阶偏导(称为样条次数，也叫粗糙次数)。p是正的光滑参数，在数据保真度与曲丽的粗糙度之间起平衡作用，在:Anusplin中通常用广义交叉验证GCV的最小化以及最大似然法GML的最小化来确定二、模块及流程•1.Anusplin模块:共8个，分别为:SPLlNAISPLINBSELNOTADDNOTDELNOTGCVGMLLAPPNTLAPGRD说明z1I适用于任意个独立变量或多个协变量的SPLlNA|∞|薄盘样条函数，站点数小于2000，数据平滑度由GCV或GML决定SPLlNBI∞|与SPLlNA功能类似，站点数最多可达J110000个站点。SELNOT|∞|为SP川B选择初始节点。-|ADDNOTc:::::::添加数据节点。说明zDELNOTGCVGMLLAPPNTLAPGRD|∞|删除数据节点|白|对拟合表面计算GCV或GML误差，用于数据检查或定位。|∞|计算预测值或贝叶斯标准误差估计的点文件。|∞|生成拟合曲面或贝叶斯标准误差曲面。一模块及流程-、•2.Anusplin流程(1)执行SPLINA或SPLINB命令…|一~残差文件|一→I(.res):记录估计与实值的误血咀、，)μ~I…烨蜘|-一寸[川(仰恻O唰阱|;表衰面系数文件|一→|川(.s创ur叶):记录拟合结果{的白系数1变量误差信剧一Q∞v)二、模块及流程•2.Anusplin流程(2)执行LAPGRD命令由第一步生成的|表面系机|骂|插值班|协变量误差信息标准误差表面--­.圄_..、Anusplin数据格式Anusplin需要将以固定形式存储的气象要素数据进行处理成程序要求的标准格式，生成文本文件。最后存储为.dat文件。(特别注意:如果文件格式不对，在程序执行过程中会产生错误。)包括:经度、纬度、高程、气象要素值。在此过程中要对标准文件进行检查修正处理，剔除重复站点，缺侧值用插值法补齐。站号经度纬度50136867235.02425794066.889502461028455.3195749172.353503491011982.3275675564.152503531173819.3075702855.90350425736407.77765482057.0550434841413.58655519359.418504421016875.3155533094.153504681257617.6455555064.48450514543589.76225389642.673高程433361.9494.6177.4581.4732.6371.7166.4661.7以止经纬度数据为ALBERS投影，单位为米气温-27.2-22.1-21.9-22.9-26.3-26.2-20.1-20.2-20.3四、Anusplir、模型选择•Anusplin在日志文件中提供了一系列用于判断误差来源和插值质量的统计参数。包括:·有效数量估计Signal(信号自由度)、剩余自由度E旦旦、光滑参数RHO、GCV、期望真实均方误差MSE、最大似然法误差GML、均方残差M主旦、方差估计VÄR及其平方根。由这些来选择最佳模型。四、Anusplir、模型选择|Signal:m示了拟合阔的复杂程度|RHO:平衡了拟合曲面的精确度与平滑度|RHO过小和Signal大于观测站点的一半或者RHO过大都预示着拟合过程找不到最优光滑参数，可能数据点过于稀疏或者拟合函数过于复杂，不适用插值。这在Anusplin中会以*符号标出。四、Anusplir、模型选择因此:最佳模型判断标准:.1(1)GCV或GML最小、.1(2)信噪比SNR(信号自由度与剩余自由度之比〉最小、.1(3)信号自由度小于站点的一半、~:;J(4)模型成功率判断中无*表示。Anusplir、应用示例五、(1)数据准备:将数据准备成如下格式(本例中在spss中整理，也可在其他软件中完成)jMe旦坐巴1空型i旦ure~N胁咱w阳or仰oml阿ml阳阳m恻1m川Ir川附n附l咱sISca揣1怆eIs岛ca揣1怡eIs玩ca梆l怡eIs呻|Colur叫AI咖6基Left三Right号三Right毫Right王Right1351611MissingAUnOMM川lNoneNoneNoneNoneValuesLNoneNoneNoneNoneLabel叫1662•141466jTypeStringNumericNumericNumericNumericName五、Anusplir、应用示例说明:•CODE为站点的label(其要求是字符型，长度小于20即可，图中长度为6，在fortan语言中可用a6表示)X，Y为投影坐标系以米为单位的坐标值，浮点型，在fo阳n语言中用f表示，即f114.6，说明是带6位小数总长度为14.•ELEV:海拔.单位为米。•Temp代表气象变量温度，本图中只产生一个面(即一个月)也可以同时进行多个月份或多年的数据，只需增加即可。把上图中的类型，宽度，小数三项设置好后，将该数据另存为固定ASCii格式，后缀为了.dat.这样Anusplin的所需数据准备完毕。五、Anusplin应用示例•(2)安装Anusplina，将SPLINA.exe矛日LAPGRD.exe文件(常用的两个命令)拷入运行的数据路径下。auiu巴lapgrd.exe~splina.exe五、Anusplin应用示例(3)编写运行SPLINA.exe所需要的cmd文件。新建一个文件夹，键入右'图显示内容，另存为.cmd格式。咽982庸1tllleans2'圃'-3039832.21588唱840唱67.784120咱1862870.895315862871.8953咱自咱-唱637228唱唱8圃'自.083t国11唱982U1tp回an.datF咽'6(a6,2F14.6,F6.1,F6.2)19820咱tl晴an.re51982U1tp回an.opt唱982U1tlllean.5ur'198201tp晴an.1151982U1tlllean.COU五、Anusplil、应用示例.说明:1-'参数设置说明198201t时a文件名n5单位，5表示度2代表2个自变最仪.Y)，最多十个l协变量，本例为高程。表面样条变量个数，每个表面呈长用不同的样条变量。表协变团协量变量个数，每个表面采用不同的代表每一个自变量的上下限、有无转换、-3039832.2184016'1。1单位。本例申该项为拟合区域的X的最1巳.784大最小坐标.np最左边界和最右边界的xi突值.0代理睡不辛辛挟.1代表单位为7t吃.与上同.代表的是Y值上下限.IlP最高最低处值.(需要注意的是X的最大值=最1862870.895862870。l小值+cellsize*ro帽'.Y最大值=最小值5.895+性出级锚上认，i突现单取Z731四15.不满足该公式就会E格和行列数可从DEIII栅格属代表高程的上下限.1代表用ELEV进行-16372281X/A的转换，即把单位自米转换成千米，后边的l代表原单位是米.8000代表分辨率为800份挺。独立变量转换董事数.01戈帮毫不转换3样条次数(最小为2),,,,'-…...五、Anusplir、应用示例.说明:1出面个数，本例中为·个月，因此是1所有的表面用相同的权重.(选1则代表。用不同的权重，接下来就会需要对各表面所用权重进行设置，本例中为0，所以不需设置)l优化参数指标，造常为1l平涓参数选择方法，1为GC叽2为MSE，3为固霎定黯值面前，黯4为3Ga1.dati文件700总数，比实在对本稍多6站点的label(a6,2f14.6本11'J申各变量的格式，类型，宽度，小数,f6.1,f6.4位数的描述.,12f6.2)19820ltmean.res滚出的残差文件198201tmea光;需参数文件n.opt19820ltmea表面文件，用于下一步LAPGRD的输入数n.sur据198201tmea列表文件，观浪撒据、预;如撒菇、误差n.lis数据198201tmean.…cov拟合表面系数协方差文件五、Anusplin应用示例rug-nae,‘eEe28白，，LH户4···(4)编写运行LAPGRD.exe所需要的cmd文件。键另夹容J件内式文示啪个显时一图m建右为新入存唱唱-3039832.218句@唱67.8800021862870.95862870.9800082dem咽.txt2-9999.019820唱tmeantry.grd(100f唱。.3)2-9999.0五、Anusplil、应用示例.说明:参数设.说朋198201tme出.由运行Sli1ina得到的表面文件名黑!!..1表面个数11代*转换恢复198201tmean.输入误差衰jjj文件名CGV2误差类型.1代表模型标准误差2代表预满标准读~1第一栅格变重指标，通常为11840167代表每一个自受重的上下~、以及分辨-3039832.2.88000率2，自栅格变锺指标，通常为21862870.9段162870.9理茸也与上罔.代表的是Y值上下躁、分辨率职lOO代表分辨率为脚0米。纯..方式.01慌不提供附k文件2独立Z协变量数量E格式.21'吃褒输入输出格式大小一致de也txt协变童文件4赔99揭示空值数量§198201tme皿t输出文件名zy.grd(1(阳10.的输出文件格式2误差朱丽格式-9!妇9空值数据五、Anusplir、应用示例(5)执行命令·①开始菜单中，在H运行勺页中输入cmd回车，把crnd运行程序打开|运行回国'在?索引住在路丁弃善于Internel资肌打开ωU._,,]C至ÆHlIItilíIIìiIJ:Ii(1)...I五、Anusplir、应用示例·②用cd命令进入anusplin所在的文件夹，注:anusplin的安装文件和.dat和.cmd文件都要放在同一个文件夹中，路径必须一致.·例:如果放在d:\temp文件夹下，则先输入d:回车，把当前盘符由C盘转到d:·然后输入cdd:\temp命令，以进入该文件夹.|飞[Il.:JUU:J.'l飞syste.\c.d.exe五、Anusplir、应用示例③输入splina198201tmean.cmd198201tmean.log回车.得到一个198201tmean22.1og的文件，记录了该cmd的拟合信息。|飞lU:liDlJ.î飞!li'nl时2\c.d.exe④输入lapgrd198201tmeangrd.cmd198201tmeanrd.log回车.得到一个198201tmean.grd，为插值结果。五、Anusplir、应用示例(6)插值模型选择总共有spline模型(独立变量、协变量和样条次数多种组合共工量塑盔蛊盟主尺经度纬度经度纬度经IJ.纬度经度纬度经度纬度经度纬度经度纬度经~纬度经oc纬度经度纬度经度纬度经度纬度经度纬度经度纬度经IJ.纬度经度纬度经度纬度垒'Ean，仿、uVA-F吨u'队V'''内XUAwdAHV唱E-n'un飞VA品庐、vphv''nxu唱E品噜Ea·嘈E品咱EA·噜E品唱E品噜EA'