CN110175215A - 一种划分地理过渡带的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种划分地理过渡带的方法，涉及地理学技术领域，选取划分过渡带的气候指标，采用地理学中地统计分析的方法进行气候指标的空间插值，在此基础上，采用统计学中均值—标准差的方法，求得各气候指标等值线变动的平均位置，进而求得过渡带的划分界线和过渡带中气候稳定区、敏感区及异常区的范围。本发明采用长时间序列的历史气象观测数据，从气候指标逐年变化中发现多年来的总体变化情况，弥补了以往运用多年平均值计算会遗漏极端年份的不足，更加全面客观。
Description
技术领域
本发明涉及地理学技术领域，特别是涉及一种划分地理过渡带的方法。
背景技术
地理过渡带是指在气候等指标下起到划分或分割作用的区域，例如中国的南北分界线。自古以来中国就有南北方之分，人们普遍认为中国南北方在气候特点、农业生产、生活习惯等方面差异明显，但对于中国的南北分界线的具体位置并不明晰。1908年，中国地理学会发起人张相文先生第一次提出以“秦岭-淮河”划分中国南北的想法。然而，地表上的地带景观是连续的、稳定的，很难找到一条线，该线的两侧在地理、气候等自然景观和人文景观方面截然不同，因此有学者进一步提出这条分界线南北的差异是通过一条相当宽的带来完成的，但是这个带的位置在哪，范围有多大，并没有统一认识。
受数据、资料和技术条件的限制，早期的南北分界线及南北过渡带的研究多以定性、专家集成方法为主。随着20世纪70年代计量地理学的兴起及90年代中期后“3S”技术的发展，界线划定的方法逐渐趋于定量化和综合化。相比传统的叠置法、地理相关分析法，应用聚类分析、模糊综合评价等定量方法虽较好地提高了界线划分结果的客观性和数学验证水平，但却存在不同区域参数获取困难、计算复杂、精度验证标准不一致的问题。数理统计方法虽计算较简便，但大多选取气象指标的多年平均值来计算和分析，往往会遗漏气象指标极端年份的变动状况，不能全面、客观地反映实际情况。
发明内容
本发明实施例提供了一种划分地理过渡带的方法，可以解决现有技术中存在的问题。
本发明提供了一种划分地理过渡带的方法，该方法包括以下步骤：
选取气候指标，利用SQL server数据库对过去一段时间内每年的逐日观测的气候指标数据进行插值，得到气候指标的空间分布图；
提取各气候指标的空间分布图中的等值线，根据等值线和渔网线确定各气候指标的均值线；
确定各气候指标均值线的多条标准差线，该些标准差线将各气候指标的摆动范围划分为多个带状区域，对每个区域赋值后根据各区域的稳定性剔除不稳定的气候指标；
运用栅格计算器将赋值后的图层相加得到地理过渡带范围，采用自然间断点分类得到地理过渡带稳定区、敏感区和异常区的范围。
相对于现有技术，本发明借鉴统计学原理中的均值-标准差法，利用一段时间内的逐年各气候指标等值线的均值和不同标准差倍数的组合来确定地理过渡带界线，从而实现地理过渡带范围的有效界定。因此，本发明的方法具有以下优点：
1、本发明采用长时间序列的历史气象观测数据，从气候指标逐年变化中发现多年来的总体变化情况，弥补了以往运用多年平均值计算会遗漏极端年份的不足，更加全面客观；借鉴统计学方法确定界线，逻辑较严密。
2、本发明中所采用的划分地理过渡带的方法可以用于地理学中其他类型过渡带的确定，具有普适性和借鉴意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种划分地理过渡带的方法的流程图；
图2为可视化表达图；
图3为均值线图；
图4为各气候指标的年代际均值变化情况；
图5为使用标准差线划分得到的带状区域；
图6为划分出的中国南北过渡带范围。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，本发明提供了一种划分地理过渡带的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，气候指标数据处理。
选取具有代表性的多个气候指标，利用SQL server数据库对过去一段时间内每年的逐日观测的气候指标数据采用普通克里金法进行插值，得到气候指标的空间分布图。本实施例中，在获得气候指标的空间分布图之前，需要对插值精度进行验证，验证通过后在获取空间分布图。选取的气候指标数据时间长度为64年，即从1951年到2014年，气候指标具体为年降水量、干燥度指数、1月平均气温、日均温≥10℃积温、日均温≥10℃日数。其中，年降水量、1月平均气温、日均温≥10℃积温和日均温≥10℃日数可以通过统计直接得到，而干燥度指数则由年降水量和潜在蒸散量计算得到，计算公式如下：
式中，K为干燥度指数，ET0为潜在蒸散量(单位mm)，P为年降水量(单位mm)。
步骤2，处理结果的可视化表达。
利用ArcGIS中的栅格计算器将各气候指标的逐年插值面xi分别减去各气候指标的分界值，得到各栅格面yi，求年均值zi的绝对值pi，将各个气候指标的绝对值栅格面pi可视化表达。本实施例中，年降水量、干燥度指数、1月平均气温、日均温≥10℃积温和日均温≥10℃日数的分界值分别为：800mm、0.5、0℃、4500℃和219天。
步骤3，提取步骤1得到的各气候指标的空间分布图中的等值线，根据等值线和渔网线确定各气候指标的均值线。
从各气候指标的空间分布图中分别提取历年800mm等降水量线、1月0℃等温线、日均温≥10℃积温4500℃等值线、日均温≥10℃219天等值线和干燥度指数0.5等值线。为了具有可比性，提取的等值线均删除较短的弧段，仅保留完全连接的最长弧段，分别提取了各气候指标的等值线。然后绘制5km×5km的渔网，删除水平渔网线，将竖直渔网线与各气候指标的等值线相交并求取交点。接着提取同一条竖直渔网线上交点的经纬度，并求得经度和纬度值的均值，将所有竖直渔网线上的经度和纬度的均值生成点，将点集转为线，该线即各气候指标变动的均值线μ。
步骤4，确定各气候指标均值线μ的多条标准差线，该些标准差线将各气候指标的摆动范围划分为多个带状区域，对每个区域赋值后根据各区域的稳定性剔除不稳定的气候指标。
根据各气候指标均值线μ求μ的不同倍数标准差线μ+1std(标准差)、μ-1std(标准差)、μ+2std(标准差)、μ-2std(标准差)、μ+3std(标准差)、μ-3std(标准差)。以μ、μ±1std、μ±2std、μ±3std为分割线将5个气候指标的摆动范围划分6个带状区域，并对每个区域进行赋值，将μ±1std(标准差)范围赋值为1，μ±2std(标准差)范围赋值为2，μ±3std(标准差)范围赋值为3。从各气候指标64年及年代际变化的稳定性来看，800mm等降水量线、1月0℃等温线和干燥度指数0.5等值线比日均温≥10℃积温4500℃和日均温≥10℃日数219天更为稳定，日均温≥10℃日数219天比日均温≥10℃积温4500℃更为稳定，因此剔除日均温≥10℃积温4500℃，保留其余4个气候指标进行综合计算。
步骤5，运用栅格计算器将赋值后的图层相加得到数值为4～12的地理过渡带范围，采用自然间断点分类得到地理过渡带稳定区、敏感区和异常区的范围。
实验说明
以中国南北过渡带为例，步骤2对处理结果的可视化表达如图2所示，其中图2中a为800mm等降水量线，b为1月0℃等温线，c为日均温≥10℃积温4500℃等值线，d为日均温≥10℃日数等值线，e为干燥度指数0.5等值线。
步骤3得到的均值线如图3所示，步骤4中各气候指标的年代际均值变化如图4所示，其中图4中a为800mm等降水量均值变化情况，b为1月0℃等温均值变化情况，c为日均温≥10℃积温4500℃均值变化情况，d为日均温≥10℃日数219天均值变化情况，e为干燥度指数0.5均值变化情况。步骤4中使用标准差线划分得到的带状区域如图5所示，其中图5中a表示800mm等降水量带状区域，b为1月0℃等温带状区域，c为日均温≥10℃日数219天带状区域，d为干燥度指数0.5带状区域。
步骤5中得到的划分出的中国南北过渡带范围如图6所示，其中，颜色从浅到深的区域依次表示稳定区、敏感区和异常区。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种划分地理过渡带的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
选取气候指标，利用SQL server数据库对过去一段时间内每年的逐日观测的气候指标数据进行插值，得到气候指标的空间分布图；
提取各气候指标的空间分布图中的等值线，根据等值线和渔网线确定各气候指标的均值线；
确定各气候指标均值线的多条标准差线，该些标准差线将各气候指标的摆动范围划分为多个带状区域，对每个区域赋值后根据各区域的稳定性剔除不稳定的气候指标；
运用栅格计算器将赋值后的图层相加得到地理过渡带范围，采用自然间断点分类得到地理过渡带稳定区、敏感区和异常区的范围。
2.如权利要求1所述的一种划分地理过渡带的方法，其特征在于，在获得气候指标的空间分布图之前，需要对插值精度进行验证，验证通过后再获取空间分布图。
3.如权利要求1所述的一种划分地理过渡带的方法，其特征在于，选取的气候指标为年降水量、干燥度指数、1月平均气温、日均温≥10℃积温、日均温≥10℃日数。
4.如权利要求1所述的一种划分地理过渡带的方法，其特征在于，在插值完成后，利用ArcGIS中的栅格计算器将各气候指标的逐年插值面分别减去各气候指标的分界值，得到各栅格面，求年均值的绝对值，将各个气候指标的绝对值栅格面进行可视化表达。
5.如权利要求1所述的一种划分地理过渡带的方法，其特征在于，根据等值线和渔网线确定各气候指标的均值线具体包括：
绘制5km×5km的渔网，删除水平渔网线，将竖直渔网线与各气候指标的等值线相交并求取交点，提取同一条竖直渔网线上交点的经纬度，并求得经度和纬度值的均值，将所有竖直渔网线上的经度和纬度的均值生成点，将点集转为线，该线即各气候指标变动的均值线。
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