呼伦贝尔林区温度分布模拟方法及误差分析

2011-10-25 02:51:58杨淑香包兴华孙蕾王寿辉

森林防火 2011年3期

杨淑香，包兴华，孙蕾，王寿辉

（内蒙古呼伦贝尔市气象局，内蒙古呼伦贝尔 021008）

位于内蒙古北部地区的呼伦贝尔市林区是大兴安岭林区的主要部分，有丰富的森林资源，有林地面积1 353万hm2，是我国重要的北部屏障。森林防火一直是该地区工作的重中之重。众所周知，温度与林火的发生息息相关，而林内温度与林外温度又有所不同，林内温度是决定林火的重要因素之一。本文运用根河森林生态站的林内温度来推算呼伦贝尔北部林区的温度分布模型，对呼伦贝尔地区林火等级预测预报具有决定性意义[1-3]。

1 资料来源

来自呼伦贝尔气象局，包括根河气象局（N50°47′，E121°31′，海拔 717 m），鄂伦春气象局（N50°35′，E123°44′，海拔 423.7 m），额尔古纳气象局（N50°15′，E120°11′，海拔 581.4 m）和牙克石气象局（N49°17′，E120°42′，海拔 668.8 m）北部林区，4个站点1971-2000年30年气象要素值（气温、降水、湿度、风速等）。大兴安岭森林生态定位站（N50°49'，E121°31'，海拔 784 m）和根河气象局2005-2008年的逐日气象要素。本文只是研究温度的分布情况和误差分析。

2 地理概况

各气象站位于呼伦贝尔市境内的森林覆盖区，多数属于寒温带湿润气候，冬季寒冷漫长，夏季短暂。随着城市面积的不断扩大，各气象站基本位于城市之中，其观测的要素属于林外因子。大兴安岭森林生态定位站位于根河林业局潮查林场，地理坐标为 N50°49′，E121°31′。地处大兴安岭西北坡，为中山山地，海拔784～1 142 m。属寒温带湿润气候区，年均气温-5.4 °C，最低气温-54 °C，积温1 403℃，年降水量450～550 mm，60%集中在7-8月，年均日照2 594 h，无霜期80 d。林地土壤为棕色针叶林土，土层厚度30～40 cm，基岩以花岗岩与玄武岩为主。

3 研究方法

3.1 误差分析

气象站的温度是指城市中的数据，研究林火是与森林内的温度息息相关的，本文采用交叉验证法来分析误差。首先选用平均误差、平均绝对误差和插值平均误差平方的平方根作为评估插值效果的标准。平均误差反映估计误差的大小，平均绝对误差（E）可以揭示估计值可能的误差范围[4]。E的表达式如下：

式中：Ya,i为根河气象站的实际观测值，Ye,i为生态定位站的实际观测值，K为温度值。

3.2 温度的分布模拟

在一定地区范围内,气温（Y）的空间分布，可表示为:

式中K为经度，U为纬度，F（K，U）代表某气候资源要素Y受地理位置、大地形和其他大的自然地理环境影响的空间变化，也就是没有微观地理因素影响Y的宏观分布函数，Ym为微观地理因素对Y的影响的订正值[5]。

3.3 多元线性回归

多元回归分析的模型为：y=b0+b1x1+b2x2+…+bnxn。其中y为根据所有自变量x计算出的估计值，b。为常数项，b1,b2,…bn称为y对应于x1,x2,…xn的偏回归系数。偏回归系数表示假设在其他所有自变量不变的情况下，某一个自变量变化引起因变量变化的比率。

3.3.1 复相关系数R

对R2开方，就得到复相关系数R（multiple correlation）。它的值域为[0，1]，是 R 与 x1,x2，…，xn之间多元线性相关程度的度量。R值越接近于1,表明与所有x之间的线性关系越密切。当R=1时，所有的观察值都落在拟合平面上；当R等于0时，这时y的线性变化与x1,x2，…，xn的变化无关。R是总体多元相关系数ρ的估计。

3.3.2 多元线性回归分析的方差分析

建立了多元回归方程后，需要进行显著性检验，以确认建立的数学模型是否很好拟合了原始数据，即该回归方程是否有效。多元回归方程采用方差分析方法对回归方程进行检验，检验的假设是总体的回归系数均为0或不都为非0。它是对整个回归方程的显著性检验。使用统计量F进行检验，当F≥Fa（p,n-p-1）时，在显著水平a之下推翻假设，p为自变量的个数，n为个案的个数。