地球信息科学学报 ›› 2023, Vol. 25 ›› Issue (10): 2000-2011.doi: 10.12082/dqxxkx.2023.220720
岳林峰1,2,3(), 薛存金1,2,*(
), 王振国1,2,3, 牛超然1,2,3
收稿日期:
2022-09-23
修回日期:
2023-02-02
出版日期:
2023-10-25
发布日期:
2023-09-22
通讯作者:
* 薛存金(1979—),男,山东菏泽人,博士,研究员,主要研究方向为海洋地理信息系统、海洋时空分析方法。 E-mail: xuecj@radi.ac.cn作者简介:
岳林峰(1998—),男,河南安阳人,硕士生,研究方向为海洋时空数据挖掘分析。E-mail: yuelinfeng20@mails.ucas.ac.cn
基金资助:
YUE Linfeng1,2,3(), XUE Cunjin1,2,*(
), WANG Zhenguo1,2,3, NIU Chaoran1,2,3
Received:
2022-09-23
Revised:
2023-02-02
Online:
2023-10-25
Published:
2023-09-22
Contact:
* XUE Cunjin, E-mail: Supported by:
摘要:
溶解氧是探究海洋内部各种生物地球化学循环过程以及评估海洋健康的重要参数。目前,基于Argo剖面浮标的观测方式已经成为获取海洋溶解氧信息的主要来源之一,但是这种方式获取到的海洋溶解氧资料在空间上是离散分布的。如何利用空间插值方法将离散的Argo溶解氧剖面观测数据构建成连续的空间网格数据是当前研究关注的热点,本文提出了一种面向Argo溶解氧剖面观测数据的空间-质量特征的迭代插值方法(ASOSQIM)。针对观测样点空间上分布离散、不规则的特点,ASOSQIM首先对溶解氧观测数据进行空间初始化来构建初始背景场,然后对Argo溶解氧剖面观测样点进行空间异质性分区,采用空间-质量定权的方式赋予不同质量标示数据相应的权重系数来解决参与插值的数据量及其精度问题,最后利用迭代插值的思想并集成溶解氧空间分区特征和质量标识,实现了基于Argo剖面浮标观测的溶解氧浓度空间插值。利用交叉验证法和WOA18资料对ASOSQIM进行方法验证和对比分析,结果表明:① ASOSQIM的插值精度相比于其他空间插值方法具有大幅度的提升,与2022年同期Argo浮标溶解氧观测结果进行对比,验证了该方法的优越性和可行性; ② 利用ASOSQIM得到的溶解氧浓度插值结果与WOA18溶解氧资料具有高度一致性,溶解氧浓度绝对误差在20 μmol/kg范围内的区域占比达到85%以上,表明利用该方法得到的插值结果具有可靠性。
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表1
全部观测样点的交叉验证结果
MAE/(μmol/kg) | RMSE/(μmol/kg) | MARE/% | |
---|---|---|---|
ASOSQIM_1 | 2.90 | 5.94 | 1.06 |
ASOIM_1 | 3.26 | 6.18 | 1.06 |
IDW_1 | 4.21 | 7.06 | 1.56 |
KRG_1 | 4.12 | 6.85 | 1.53 |
GPI_1 | 8.20 | 12.64 | 3.18 |
Cressman_1 | 4.05 | 8.23 | 1.66 |
ASOSQIM_7 | 3.47 | 8.40 | 1.44 |
ASOIM_7 | 4.08 | 8.76 | 1.52 |
IDW_7 | 4.94 | 9.43 | 2.01 |
KRG_7 | 4.83 | 9.24 | 1.97 |
GPI_7 | 8.69 | 15.74 | 3.68 |
Cressman_7 | 5.20 | 10.17 | 1.88 |
表2
部分观测样点的交叉验证结果
MAE/(μmol/kg) | RMSE/(μmol/kg) | MAPE/% | |
---|---|---|---|
ASOSQIM_1 | 4.38 | 7.67 | 1.46 |
ASOIM_1 | 5.83 | 10.64 | 2.20 |
IDW_1 | 7.27 | 11.42 | 2.72 |
KRG_1 | 7.12 | 11.06 | 2.67 |
GPI_1 | 11.87 | 15.15 | 4.07 |
Cressman_1 | 8.22 | 13.45 | 3.62 |
ASOSQIM_7 | 4.39 | 12.23 | 2.65 |
ASOIM_7 | 6.04 | 13.84 | 3.48 |
IDW_7 | 8.04 | 16.09 | 3.97 |
KRG_7 | 7.98 | 16.00 | 3.91 |
GPI_7 | 13.11 | 24.62 | 6.90 |
Cressman_7 | 9.28 | 15.06 | 4.39 |
表3
ASOSQIM插值结果与实测值比较
编号 | 浮标ID | 周期 | 观测值/(μmol/kg) | 插值结果/(μmol/kg) | 绝对误差/(μmol/kg) | 相对误差/% |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1902381 | 1 | 210.831 | 211.825 | 0.994 | 0.47 |
2 | 5906035 | 99 | 240.255 | 241.454 | 1.199 | 0.50 |
3 | 5904844 | 183 | 215.156 | 216.732 | 1.576 | 0.73 |
4 | 5905103 | 144 | 325.733 | 327.549 | 1.816 | 0.56 |
5 | 5905138 | 187 | 298.229 | 293.810 | 4.419 | 1.48 |
6 | 5905986 | 174 | 195.506 | 197.730 | 2.224 | 1.14 |
7 | 5905109 | 159 | 223.558 | 221.725 | 1.833 | 0.82 |
8 | 5906208 | 72 | 251.583 | 256.715 | 5.132 | 2.04 |
9 | 5906218 | 67 | 252.084 | 254.358 | 2.274 | 0.90 |
10 | 5906221 | 70 | 313.106 | 318.269 | 5.163 | 1.65 |
11 | 5905974 | 181 | 200.025 | 195.742 | 4.283 | 2.14 |
12 | 5906035 | 98 | 246.273 | 249.353 | 3.080 | 1.25 |
13 | 5906303 | 51 | 194.703 | 195.370 | 0.667 | 0.34 |
14 | 5906310 | 39 | 229.277 | 234.260 | 4.983 | 2.17 |
15 | 5906343 | 30 | 201.162 | 209.158 | 7.996 | 3.97 |
16 | 6902981 | 52 | 294.120 | 295.728 | 1.608 | 0.55 |
17 | 5906475 | 5 | 203.489 | 201.456 | 2.033 | 1.00 |
18 | 5906503 | 3 | 199.267 | 202.761 | 3.494 | 1.75 |
19 | 5906624 | 113 | 320.351 | 326.284 | 5.933 | 1.85 |
20 | 7900566 | 75 | 288.801 | 295.325 | 6.524 | 2.26 |
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