马长兰1,丘仲锋1,唐榕1,王文硕1,毛科峰2,聂娟1
2. 国防科技大学前沿交叉学科学院, 江苏 南京 210014
MA Changlan¹, QIU Zhongfeng¹, TANG Rong¹, WANG Wenshuo¹, MAO Kefeng², NIE Juan¹
2. College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Nanjing 210014, China
摘要: 本研究围绕浮标观测数据,开展高精度时间序列重构研究:首先,评估再分析资料用于气象水文要素重构的适用性,结果显示,受空间分辨率不足、资料来源差异等因素影响,再分析资料与浮标实测资料存在系统性偏差,难以直接满足高精度浮标气象水文要素的重构需求。针对此问题,本研究分别构建了两类重构模型:一是基于小波分解的多时间尺度赋权重构模型(wavelet decomposition based multi time scale weighted reconstruction model ,WD—MTSWR),二是基于随机森林的时间降尺度重构模型(random forest based temporal downscaling reconstruction, RF—TDR),针对气温、纬向风分量、经向风分量、海平面气压和海表温度5个核心气象水文要素开展高频重构。其中,WD—MTSWR模型用于修正再分析数据与浮标观测数据之间的偏差,提升小时尺度要素的重构精度;RF—TDR模型用于开展时间降尺度处理,学习整时观测与10min高频观测数据之间的映射关系。验证结果表明:WD—MTSWR模型的重构精度表现优异,各要素重构结果的相关系数可达0.75~1.00,均方根误差(root mean square error, RMSE)和平均绝对误差(mean absolute error, MAE)分别为0.24~1.89、0.20~1.40,重构精度显著高于再分析数据和基于原始序列的重构模型。RF-TDR模型能够有效提升时间降尺度处理的精度,与传统线性插值方法相比,降尺度结果的相关系数提升0.00~0.03,RMSE和MAE分别降低0.02~0.20、0.00~0.10。本研究构建的WD-MTSWR模型和RF-TDR模型,能够有效提升浮标缺失气象水文要素的重构精度,可为海洋环境监测提供高质量的高时间分辨率数据支撑。interpolation, Lerp)方法相比,降尺度结果的相关系数r提升0.00~0.03,RMSE和MAE分别降低0.02~0.20、0.00~0.10。本研究构建的WD-MTSWR模型和RF-TDR模型,能够有效提升浮标缺失气象水文要素的重构精度,可为海洋环境监测提供高质量的高时间分辨率数据支撑。