LOGO

應用通用共克利金法結合不同雨量站網資料之空間變異推估

報告人：黃裕翔指導教授：陳世楷 副教授

Applying universal cokriging to estimate spatial precipitation variability from different rainfall networks

緒 論

文獻回顧

材料與方法

結果與討論

結論與建議

簡報大綱

2

緒 論

文獻回顧

材料與方法

結果與討論

結論與建議3

雨量估算

4

學術研究工程建設

準確雨量估算

具代表性雨量資料

雨量計

雷達回波

氣象衛星

國內現有站網

5

中央氣象局

農田水利會

水利署 台電公司

提昇雨量估算精度

6

結合多站網

不增設雨量站

不汰換現有站點

運用現有站網

使用現有估算方法

如何結合多站網？

7

檢驗推估結果是否與假設相符？直接合併使用 共克利金法推估

以克利金法分別推估

假設站網間特性相同

緒 論

文獻回顧

材料與方法

結果與討論

結論與建議8

估算方法

9

估算方法資料選用

內插方式

數學方法

地理統計

結合運用

採用方法

10

估算方法資料選用

內插方式

數學方法

地理統計

結合運用

李如晃王如意1993

林淑惠2009張永欣2006林昀靜2000

陳文福2010

Schuurmans,2007Goovaers,2000Seo,1990Bastinet,1984

曾瑞美1998蘇惠珍1992

Schuurmans et al.(2007)

11

結果OK > KED OK < KED OK < KED

針對不同尺度進行推估並相互比較小 (225Km2) 中 (10000Km2)

大(82875Km2)

採用資料雷達回波函數 (KED) 雨量觀測資料 (OK)

Seo et al.(1990)

12

結果Kriging < CK UCK 最優

比較Kriging VS CK 各種 CK

採用資料雨量資料(KED)

雷達回波(KED)

雨量 + 雷達(CK)

Schuurmans 與 Seo 比較

13

Schuurmans Seo

研究重點 不同尺度下OK VS UK

Kriging VS CK各種 CK 法

趨勢函數 雷達回波 空間座標

結論 中尺度以上OK < UK

CK 優於 KrigingCK 法中 UCK 最

優

緒 論

文獻回顧

材料與方法

結果與討論

結論與建議14

研究區域 - 高屏地區

15

地形種類豐富

我國糧產重鎮之一

近年災害頻傳

豐枯季降雨差異大

中央氣象局 水利署

年份 2007 ～ 2010

月份 2 、 5 、 8 及 9

各 16 個月份共 32 個月份

研究資料

16

地理統計步驟

17

• 決定距離級距

• 計算半變異元

• 半變異元模式套配

半變異元分析

• 計算權重• 計算推估值

克利金推估• 交叉檢定• Jackknife

檢定驗證

決定距離級距

18

0 2 4 6 8 10 12 14 16 180

10

20

30

40

50

60

Lag Distance 序列

個數

計算試驗半變異元

19

由 GSLIB 子程式 Gamv 完成

GeostatisticalSoftwareLIBrary

半變異元模式套配 - 參數

20

採用之半變異元模式

21

球形指數高斯

h(m)

γ(h)

克利金推估

22

計算權重與推估值：

克利金推估由 GSLIB 子程式 KT3D 完成

+

共克利金推估由 COKB3D 完成

檢定驗證

23

Cross validation

Jackknife

現有資料 CWB(1~10) 、 WRA(1~10)

採用資料 CWB(1~9) CWB(1~10)

推估位置 CWB(10) WRA(1~10)

比較資料 CWB(10) WRA(1~10)

重複抽換 是 否

檢定之評估標準

24

(Chiles and Delfiner, 1999)

地理統計流程圖

25

Excel VBA 輔助程式

26

假設檢定

27

虛無假設

對立假設

檢定方法： T 檢定

檢定程式

28

緒 論

文獻回顧

材料與方法

結果與討論

結論與建議29

取得站點座標與高程資料：中央氣象局與水利署 (Google)

逐步迴歸分析結果：

Y 座標？

趨勢分析

30

計算各月份趨勢函數

31計算各月份趨勢函數

迴歸分析

地形資料

趨勢函數

Excel分析工具

GIS軟體SPSS

迴歸分析

半變異元分析結果

32

50%34%

16%

指數球形高斯

半變異元分析結果

33

Min Max 單位

影響範圍 5000 240000m

超過半數 40000 100000

臨界半變異元 500 500000↑

(mm2)碎塊值 0 100000

超過半數 0 200↓

影響範圍與降雨關係

34

降雨

影響範圍

降雨較少月份

35

年 / 月 站網 模式 影響範圍

2007/2CWB 指數 160000

WRA 指數 80000

2008/2CWB 高斯 180000

WRA 球形 5000

2009/2CWB 高斯 240000

WRA 指數 60000

2010/2CWB 指數 240000

WRA 高斯 240000

降雨較多月份

36

年 / 月 站網 模式 影響範圍

2007/8CWB 指數 100000

WRA 指數 60000

2008/8CWB 指數 70000

WRA 球形 90000

2009/8CWB 高斯 100000

WRA 球形 30000

2010/8CWB 球形 15000

WRA 指數 80000

臨界半變異元與極端事件

37

一般： 500 ～ 20000(mm2)2009/8 莫拉克颱風：

CWB： 140000(mm2) WRA： 290000(mm2)

超高臨界半變異元： 500000(mm2) 2007/8

• 聖帕、梧提與帕布 2008/9

• 薔蜜、哈格比與辛樂克

極端事件發生月份

38

年 / 月 站網 模式模式參數

Range Sill

2007/8CWB 指數 100000 200000

WRA 指數 60000 500000

2008/9CWB 球形 100000 140000

WRA 指數 100000 290000

2009/8CWB 高斯 100000 240000

WRA 球形 30000 510000

碎塊值

39

一般： 0 ～ 200(mm2)2009/8 莫拉克颱風：

年 / 月 站網 模式模式參數

Range Sill Nugget

2009/8CWB 高斯 100000 240000 100000

WRA 球形 30000 510000 0

殘差克利金推估

40

半變異元分析

趨勢函數殘差值

克利金推估

梅雨影響與迎風面

412007/5 CWB 2007/5 WRA 高屏地區 地形圖

通用克利金推估

42

殘差克利金推估結果

加上地形趨勢

地形趨勢與站網誤差

43

2007/8 CWB殘差克利金

2007/8 CWB通用克利金

2007/8 WRA殘差克利金

2007/8 WRA殘差克利金

颱風與站網誤差

44

2007/8 CWB殘差克利金

2009/8 CWB通用克利金

2007/8 WRA殘差克利金

2009/8 WRA殘差克利金

颱風與站網誤差？

452008/9 CWB

殘差克利金2008/9 WRA

殘差克利金

檢定驗證

46

Cross validation

Jackknife

枯水期(2 月 )

10 8

豐水期初(5 月 )

10 6

颱風季(8 、 9 月 )

10 0

如果以 0~10 代替評比結果， 10 為最優。

CWB 在站點的推估值 WRA 在 CWB 站

點的推估值

46.88%53.13% 通過

未通過

T 檢定

47

T 檢定未通過資料

48

中央氣象局未通過數量： 11 個，站總未通過量 65% 。

2 月份，僅 2007 年水利署通過，佔總未通過量 41% 。

兩站網同時未通過： 8 個，其中 2 月份佔 6 個。

殘差共克利金推估

49

半變異元分析

趨勢函數殘差值

共克利金推估

殘差共克利金之變化

50

大部分變化小於 10%

2007/2 CWB 2007/2 WRA

通用共克利金推估

51

殘差共克利金結果

加上地形趨勢

通用共克利金推估比較

52

通用克利金

變化小於10%

CWB & WRA

較高者降低反之亦然

CWB & WRA

差距較大後較相近

緒 論

文獻回顧

材料與方法

結果與討論

結論與建議53

結論

54

Cross Validation 與 Jackknife 結果在豐水期差異比枯水期大

T 檢定未通過率達 53%多數為中央氣象局資料且未通過者與檢定驗證結果相左

在聯合運用站網時應將考量站網特性，以共克利金法推估之。

建議

55

將距海遠近納入趨勢函數中 距海遠近為座標之函數

考慮氣候因素 氣壓、溫度、濕度

若為單場降雨 採用雷達回波、衛星雲圖

站網測站數量差距 2倍 評估臺灣電力公司與農田水利會之站網若適用則以此彌補站網密度不足影響

56

簡報結束