一种代表站定量确定方法与流程

本发明属于气象环境（环保），尤其涉及气象环境生态观测代表站的确定方法，可用于气象、环境、生态、水文等领域的资源评价与科学研究等。

背景技术：

1、气象、环境、生态、水文等部门通过观测站进行相关要素的连续监测与数据采集。如：气象站通过各种测量设备，对大气环境中的温度、湿度、气压、风速、风向、降雨量等气象要素进行观测采集，这些数据对气象预报、气候资源评价、气象防灾减灾等具有重要支撑作用。随着我国综合国力的提升，气象、环境、生态、水文等部门对观测站建设力度不断加大，各种观测站的布设密度也在逐渐增大，实际应用与科学分析中经常需要选择合适的代表站，即能够有效代表一定范围内某一观测要素总体情况的观测站。科学、合理的代表站选择具有事半功倍、举足轻重的意义。传统的代表站选择缺乏定量指标，实际应用时，有一定的局限性。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明设计了一种代表站定量确定方法，通过定量优化判识，确定最优代表站，本发明方法可用于气象、环境、生态、水文等领域的资源评价与科学研究等。

2、技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种代表站定量确定方法，包括以下步骤：

3、步骤s1，选取目标站

4、在研究区域所有站中，随机选取一个目标站pi；

5、步骤s2，确定目标站与周边站的相关性

6、（1）以目标站pi为中心，选取与目标站pi距离最近的m个站，作为目标站pi的周边站pij（j=1…m）；

7、（2）计算目标站pi与其周边站pij的观测要素序列的相关系数，得到相关系数的平方序列rij2（j=1…m）；

8、步骤s3，确定目标站的有效周边站

9、提取相关系数的平方序列rij2（j=1…m）中大于等于给定阈值t的所有值rik2（k=1…mi），其对应的周边站pik（k=1…mi）作为目标站pi的有效周边站；

10、步骤s4，计算目标站的代表因子

11、计算目标站pi 的代表性因子ri（决定系数因子）与gi（代表面积因子），计算式为：

12、 （1）；

13、（2）；

14、式中，ri为决定系数因子；gi为代表面积因子；rik为目标站pi与其有效周边站pik的观测要素序列的相关系数，mi为目标站pi的有效周边站的站数；si为目标站pi对应的泰森多边形面积，sik为有效周边站pik对应的泰森多边形面积。

15、步骤s5，选取新目标站，重复步骤s2-s4，遍历所有站，获得研究区域所有站的代表性因子；

16、步骤s6，确定各站代表性指数

17、（1）各站代表性因子的归一化处理，将目标站pi的代表性因子ri（决定系数因子）与gi（代表面积因子）进行归一化处理，分别得到归一化后数值ai和bi；

18、（2）各站代表性指数fi通过下式（3）计算得到，

19、（3）

20、式中，fi为目标站pi的代表性指数，wa、wb分别为代表性因子的权重，n为研究区域内站点总数；

21、遍历所有站，确定研究区每个站的代表性指数。

22、步骤s7，确定各站的代表性票数

23、将目标站pi与其有效周边站pik（k=1…mi）的代表性指数fik进行比较，统计出现的次数ci，作为目标站pi的代表性票数。遍历所有站，确定每个站的代表性票数；

24、步骤s8，确定代表站

25、设定代表性票数阈值d，将目标站pi的代表性票数ci与d进行比较，若ci≥d，则该目标站pi即为代表站。遍历所有站，判定每个站是否为代表站。

26、进一步的，所述站为气象观测站，环境观测站或水文观测站。

27、进一步的，步骤s2所述目标站pi距离最近的搜索台站数m的值设为20~40；相关系数平方阈值t设为0.6~0.9。

28、进一步的，步骤s2所述目标站pi与其周边站pij的观测要素序列为气象观测站、环境观测站或水文观测站的观测要素序列，如：气象站的气温观测序列，环境观测站的pm2.5观测序列。

29、进一步的，步骤s2所述目标站pi与其周边站pij的观测要素序列的相关系数，按下式计算：

30、（4）；

31、式中，xl（l=1…n）为目标站pi的观测要素序列，为xl（l=1…n）的平均值；yl（l=1…n）为pi的周边站pij的观测要素序列，为yl（l=1…n）的平均值；n为观测要素序列的长度，即样本数。

32、进一步的，步骤s6所述各站代表性因子按下式进行归一化处理，

33、 （5）；

34、 （6）；

35、式中，rmin、rmax分别为决定系数因子ri（i=1…n）的最小值与最大值，n为研究区域内站点总数；gmin、gmax分别为代表面积因子gi（i=1…n）的最小值与最大值。

36、进一步的，步骤s6所述代表性因子的权重wa、wb，其数值范围为0.1~0.9，且应满足wa+wb=1.0，当两个因子为同等权重时，wa、wb同时取值0.5。

37、有益效果：与现有技术相比，本发明提出了一种全新的科学合理的代表站定量确定方法，对资源评价与科学研究等具有重要意义。本发明给出的代表站确定方法，具有定量、客观、可操作性强、易于推广等优点，可广泛应用于气象、水文、环境、生态环保等领域。

技术特征：

1.一种代表站定量确定方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述代表站定量确定方法，其特征在于：所述站为气象观测站，环境观测站或水文观测站。

3.根据权利要求1所述代表站定量确定方法，其特征在于：步骤s2所述目标站pi距离最近的搜索台站数m的值设为20~40；相关系数平方阈值t设为0.6~0.9。

4.根据权利要求1所述代表站定量确定方法，其特征在于：步骤s2所述目标站pi与其周边站pij的观测要素序列为气象观测站、环境观测站或水文观测站的观测要素序列。

5.根据权利要求1所述代表站定量确定方法，其特征在于：步骤s2所述目标站pi与其周边站pij的观测要素序列的相关系数，按下式计算：

6.根据权利要求1所述代表站定量确定方法，其特征在于：步骤s6所述各站代表性因子按下式进行归一化处理，

7.根据权利要求1所述代表站定量确定方法，其特征在于：步骤s6所述代表性因子的权重wa、wb，其数值范围为0.1~0.9，且应满足wa+wb=1.0，当两个因子为同等权重时，wa、wb同时取值0.5。

技术总结
本发明公开了一种代表站定量确定方法，以相关系数与代表面积为指标，通过定量优化判识，确定最优代表站。该代表站确定方法具有定量、客观、可操作性强等优点，可用于气象、环境、水文、生态等领域的资源评价与科学研究等。

技术研发人员：曾燕,邱新法,朱晓晨,陈兵,姜有山,吴泓,刘岩,王珂清,朱承瑛,许金萍,慕熙昱
受保护的技术使用者：南京气象科技创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15