GPM 遥感降水产品在广东省的极端降水事件 适用性分析

在广东省研究新一代 GPM(Global?Precipitation?Measurement) 产品的精度及其探测极端降水事件的能力,探 讨其对地面站点观测数据的可替代性,可为 GPM 产品在中国南方湿润区的应用提供参考依据。以广东省的珠江 流域、韩江及粤东诸河流域、粤西沿海诸河流域为研究区,采用国家基准气象站观测的降水量为基准数据,使用 相关系数 R、平均绝对误差 EMA、均方根误差 ERMS、相对偏差 BIAS、探测率 POD、空报率 FAR和成功系数 CSI共 7 个 指标验证 GPM 遥感降水产品与?TRMM(Tropical?Rainfall?Measuring?Mission) 产品的精度;对 GPM 产品与 TRMM 产品在广东省的各个子流域的精度进行对比分析;使用 9 种广泛应用的极端降水指数来描述研究区域的极端降 水特征,对比分析 TRMM 产品与 GPM 产品探测极端降水事件的能力。研究结果表明：以地面实测降水为基准, GPM 与 TRMM 产品在广东省的平均 R 值分别为 0.57 与 0.49,BIAS值分别为 7.93% 与 9.13%,CSI值分别为 0.51 与 0.44,表明两种遥感降水产品均有一定的偏差;从整体上来看,相较 TRMM 而言,GPM 的精度更高;对比广东省的 不同子流域,GPM 产品与 TRMM 产品在珠江三角洲的 BIAS值分别仅为 2.28% 与 8.72%,表明两种遥感降水产品在 珠江三角洲流域的精度最高。在探测极端降水方面,GPM 产品对中雨、大雨和连续无雨日数都有更为准确的监 测。综合来看,GPM 新一代遥感降水产品精度较高、对极端降水探测能力强,更适用于广东省的洪水、旱情监测, 在广东省特别是珠江三角洲具有巨大的应用潜力。     

红河流域TRMM卫星降水数据精度评价

利用红河流域及周边地区45个气象站点1998-2015年实测降水数据,在不同时空尺度上对TRMM3B43V7卫星降水数据进行精度评价,并分析高程、坡度和坡向对降水数据精度的影响。结果表明:在年尺度上,TRMM降水数据与站点实测降水数据拟合优度R~2为0.75,整体上TRMM降水数据比站点实测降水数据偏高7.73%,月尺度上,TRMM降水数据与站点实测降水数据拟合优度R~2为0.84,两者之间相关性显著,季尺度上,春季降水拟合优度(R~2=0.77)高于其余3个季节,冬季降水拟合优度最差(R~2=0.64);流域尺度上,降水重心移动轨迹表明TRMM降水数据基本能反映降水的空间分布及演变过程,站点尺度上,各站点的相关系数均大于0.84,相对偏差较大的站点主要分布在河谷和盆地地区;TRMM降水数据在海拔大于1 000 m、坡度小于2°以及东南方向上的精度较高;主成分分析方法表明坡度和坡向对TRMM降水数据精度的影响大于高程。     

GPM卫星降水产品在“7·21”河南极端暴雨过程中的误差评估

为评估卫星定量降水估测（Quantitative Precipitation Estimation, QPE）产品在气象预测以及灾害预警监测的能力,研究针对台风"烟花"给河南省带来的极端降水过程,以地面雨量站观测数据为参考,采用相关系数（CC）、相对偏差（RB）、均方根误差（RMSE）、分数标准误差（FSE）、探测率（POD）、误报率（FAR）以及临界成功指数（CSI）这7种精度评价指标和统计方法分析和评估全球降水测量计划（Global Precipitation Measurement, GPM）的多卫星融合降水产品中的IMERG（Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM） Version 06中的准实时产品IMERG_ER和近实时产品IMERG_LR,以及全球卫星降水制图（Global Satellite Mapping of Precipitation, GSMaP） Version 07中的准实时产品GSMaP_NRT和标准产品GSMaP_MVK。与...     

GPM卫星降水产品在中国大陆的精度评估

为评估全球降水计划(GPM)主流卫星降水产品IMERG和GSMaP在中国大陆的适用性,基于中国气象局提供的地面降水数据集,选用6种统计指标及误差分解方法对其反演精度进行多时空尺度评估,并分析其误差组分特征。结果表明:(1) IMERG系列产品的统计指标整体表现较好,IMERG_Final虽改善了IMERG_Late在部分地区对降水的低估,但扩大了高估降水的范围,且校正算法对整体精度(CC、RMSE)的提高并不明显;GSMaP系列产品均高估了地面降水,GSMaP_Gauge的评估结果较纯卫星产品GSMaP_MVK均有较大提高。(2) IMERG系列产品对降水事件的探测能力较好,GSMaP_Gauge对降水有着高命中率(POD)的同时,误报率(FAR)最高。各产品在强降水区域均表现出较高的命中率和较低的误报率,表明卫星产品对强降水的探测能力较优。(3) IMERG和GSMaP的误差成分主要来源于误报误差,且具有极为明显的季节性差异,卫星降水产品对暖季降水探测精度更高。总体上,IMERG和GSMaP在湿润区的反演精度优于其他区域,站点校正数据优于纯卫星数据,能较为准确地反映中国大陆的降水特征。     

TRMM降雨数据在喀斯特地区的适用性分析——以贵州省为例

为验证TRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission)降雨数据在喀斯特地区的适用性,以贵州省为研究区,利用贵州省19个气象台站1998-2015年的降水数据,在年尺度和月尺度上验证了TRMM卫星降水数据的精度,并在此基础上基于TRMM月降水数据分析了贵州省的降水时空分布特征。结果表明TRMM降水数据基本能反映降水的空间分布及演变过程,年尺度上TRMM降水数据与站点实测降水量相关系数R=0.817,斜率K=0.751,数据精度较高,数值上比站点实测降水量略高。月尺度上TRMM降水数据与站点实测降水量相关系数最高,达到0.927,斜率为0.9127,数值略高于站点实测降水量。分析表明:坡度对TRMM降水数据精度的影响大于高程和坡向,坡度小于10°的精度较高。总体而言,TRMM降水数据在喀斯特地区具有一定精度,但是降水量少或地形起伏大的地区精度相对较低。     

基于深度学习的多源降水数据融合方法及其应用

准确的水文模拟依赖于可靠的降水数据，遥感降水产品是对地面观测站点空间代表性差的有效补充，但其精度仍需进一步改进。为获得更高精度的降水数据，提出了一种时空动态数据融合方法，它结合了基于长短期记忆(LSTM)神经网络的空间插值方法与动态贝叶斯模型平均(DBMA)数据融合方法。基于该方法将IMERG-E遥感降水数据和地面站点观测降水数据进行了融合，并以湘江流域为例，通过评估融合降水数据的精度及水文模拟验证了该方法的可靠性以及融合降水产品的精度。结果表明：融合降水数据能够较好地反映湘江流域降水的空间分布特征，并与地面站点观测降水具有很高的相关性，在多个站点处的相关系数CC达到0.65以上，大多数站点达到与参考数据集(中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集1.0版，简称CMA)相同甚至更高的水平。此外，相较于IMERG-E和CMA,融合降水数据在水文模拟方面的性能有所提升，洪水事件验证期的纳什效率系数NSE分别从0.41和0.80提升至0.84。     

GPM卫星降水产品在长江流域应用的精度估算

为评价GPM卫星降水产品在长江流域的探测精度,利用长江流域224个气象站点2014年4月1日至2017年12月31日的逐日实测降水数据和GPM卫星遥感探测数据,通过相关系数R、平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE、相对偏差RB四种指标评价了GPM卫星降水产品在长江流域年、月、日尺度上的探测精度,并运用探测率POD、误报率FAR、偏差率BIAS、公正先兆评分ETS四种指标衡量了GPM对不同量级降水的捕捉能力。结果表明:①年尺度上,GPM卫星与实测降水的R、MAE、RMSE和RB值分别为0.92,0.44,0.57 mm/d和5.68%,表现出较高的探测精度;②月尺度上,GPM卫星在冬夏两季月份与实测值的一致性较差,并明显低估了冬季月份的降水,且对夏季月份的降水估计存在较高误差;③日尺度上,GPM对弱降水的捕捉能力较强,对强降水探测能力较差;④总体而言,GPM在年月尺度上通过表现出较高的相关系数R和较低的MAE和RMSE误差值,显示出比日尺度上更高的探测精度。     

卫星与地面观测融合降雨产品精度与径流模拟评估

虽然近年来卫星反演降雨产品逐渐成熟,但精度仍较差,不能满足现代水文气象业务和科研的需求,因此需要地面观测资料对其进行订正。文中采用的卫星与地面站融合数据是基于中国3万多个自动站降雨观测数据和CMORPH卫星反演降雨资料,采用PDF(probability density function)和OI(optimal interpolation)两步融合方法生成的中国区域高时空分辨率(0.1°/1h)的降雨量融合产品。通过在汉江丹江口水库以上流域建立分布式水文模型,对2008～2012年的融合降雨数据进行水文模拟适用性分析。结果表明:在日尺度上,CMORPH卫星降雨与地面站点融合数据具有较好的相关性,但存在一定的系统偏差;该降雨产品能较好地捕捉到强度小于25 mm的中小降雨,其模拟的径流与流域下部高峰流量的观测结果有较好的一致性,但总水量比实测值低15.7%,NSE达0.723。研究成果为基于高时空分辨率的卫星雨量计融合降雨产品在分布式水文模型的水文适用性提供了新的见解和经验,并为该数据在流域洪水模拟的水文预报应用提供参考与借鉴。     

三峡区间TMPA和IMERG卫星降水产品精度评估

为了验证卫星降水产品对地面站点降水观测数据的可替代性,研究利用地面站点观测数据,采用统计分析方法,对三峡区间流域TMPA 3B43V7、GPM IMERG卫星降水产品进行月尺度下的精度评估。结果表明:2种卫星降水产品表现出较好的一致性;在流域上游地势平坦区域纬度较低,卫星降水产品精度相对较差;在流域下游高山峡谷地形纬度较高,卫星降水产品精度较好;卫星降水产品具有替代地面站点降水观测数据的潜力,在三峡区间流域具有一定的适用性。研究成果可为应用卫星降水产品进行三峡区间流域水文模拟、降水趋势分析等奠定基础。     

三峡库区CMFD降水数据适用性评估

为研究再分析数据集CMFD(China Meteorological Forcing Dataset)中降水数据在三峡库区的应用精度,为地貌特征复杂地区的水文模拟提供数据驱动支撑,结合三峡库区范围内27个气象站点降水数据,对降水产品CMFD进行多尺度精度评估,并以此驱动SWAT模型对库区范围内典型流域进行径流模拟。结果表明:(1)研究区内1979～2015年气象站点与CMFD数据集的降水数据相关系数较高,均在0.85以上;(2) 1979～2015年库区内CMFD年均面降水量能够较好地反映三峡库区内降水空间分布特征,其总体相对误差为3%;(3) CMFD日降水事件探测能力POD为0.89～0.99,ACC为0.55～0.65,CSI为0.44～0.56;(4)在径流模拟效果上,CMFD降水数据率定期和验证期内的纳什效率系数和相关系数分别为0.90和0.89(率定期)、0.91和0.88(验证期)。CMFD数据在库区范围日降水探测能力较好,库区上中下游典型站点降水月尺度相关性均较高,在典型流域水文模拟中效果较优,可以为库区范围降水时空演变特征分析及水循环精细化模拟提供支撑。     

TRMM数据在京津冀地区干旱监测适用性研究

基于气象站点实测降水数据和热带降雨卫星(Tropical Rainfall Measurement Mission,TRMM)3B43 Version7(V7)降水产品,计算了京津冀地区1998-2017年多时间尺度标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)(SPI-1、SPI-3、SPI-6和SPI-12)。结果表明:TRMM 3B43数据与站点观测月和年降水数据在时空上具有良好的一致性;从时间变化趋势来看,基于TRMM 3B43数据和站点降水数据计算的不同时间尺度的SPI值存在高度一致性;从空间变化趋势来看,基于两种数据计算的京津冀地区25个站点多时间尺度SPI的相关系数均大于0.7,POD值大于0.6,80%以上的FAR值小于0.3,70%以上站点的FBI值在0.9~1.1之间;两种数据计算的干旱的面积百分比基本一致,1、3、6和12个月的干旱面积的CC值分别为0.93、0.95、0.96和0.96。     

基于数据同化的降雨数值空间分布模拟研究

降雨数值模拟是延长水文预报预见期的重要方法,但由于降雨数值模拟中驱动数据所提供的初始场和边界场条件和大气的实际状态并不是完全吻合,导致模拟结果存在误差。减小降雨数值模拟的误差是提高水文预报精度的关键问题,特别是在大气数值模式和分布式水文模型耦合模拟过程中,高精度的降雨信息是准确模拟的关键。本文基于WRF模式和三维变分数据同化方法,选取雷达反射率和GTS(Global Telecommunication System)数据作为同化资料,开展基于数据同化的降雨数值空间分布模拟研究,从降雨的空间展布和指标评价两方面对同化前后的模拟结果进行对比。结果表明:同化后的模拟数据在CSI指标和RMSE指标上都优于同化前的模拟数据,说明同化后模拟数据的误差小于同化前的误差;将同化前后的数据展布在网格图中,发现同化后的数据可以更加准确地刻画降雨的空间分布规律,说明通过数据同化方法提高了模拟降雨和实际降雨空间分布的一致性,改善了WRF模式模拟降雨空间分布的能力。     

尼尔基水库上游格点降水数据适用性评估

以尼尔基水库上游流域为研究对象,评估了国家气象信息中心空间分辨率为0. 5°×0. 5°格点的逐日降水产品数据在该流域的适用性。基于格点降水产品提供的逐日降水量资料和该流域17个雨量站的相应资料,应用相关系数R、相对误差RE和均方根误差RMSE 3个指标分别对应用格点降雨产品数据的流域面雨量值及旬径流预报值进行精度分析。结果表明:基于格点数据的面雨量值与实测面雨量间相关系数R为0. 70,相对误差RE为16. 64%,均方根误差RMSE为4. 09 mm,精度满足检验标准,可以用于描述该流域的面雨量值;基于格点面雨量值预报旬径流量时,预报径流值与实测径流值间高度相关;拟合期、检验期径流预报值略微偏大,而外推期存在低估的现象,误差相对较大,但与应用实测面雨量得到的预报径流值误差相差仅3%,该格点降水数据可以替代实测站点的雨量数据用于研究流域。     

Evaluation of high-resolution satellite precipitation products with surface rain gauge observations from Laohahe Basin in northern China

Three high-resolution satellite precipitation products, the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) standard precipitation products 3B42V6 and 3B42RT and the Climate Precipitation Center's (CPC) morphing technique precipitation product (CMORPH), were evaluated against surface rain gauge observations from the Laohahe Basin in northern China. Widely used statistical validation indices and categorical statistics were adopted. The evaluations were performed at multiple time scales, ranging from daily to yearly, for the years from 2003 to 2008. The results show that all three satellite precipitation products perform very well in detecting the occurrence of precipitation events, but there are some different biases in the amount of precipitation. 3B42V6, which has a bias of 21%, fits best with the surface rain gauge observations at both daily and monthly scales, while the biases of 3B42RT and CMORPH, with values of 81% and 67%, respectively, are much higher than a normal receivable threshold. The quality of the satellite precipitation products also shows monthly and yearly variation: 3B42RT has a large positive bias in the cold season from September to April, while CMORPH has a large positive bias in the warm season from May to August, and they all attained their best values in 2006 (with 10%, 50%, and -5% biases for 3B42V6, 3B42RT, and CMORPH, respectively). Our evaluation shows that, for the Laohahe Basin, 3B42V6 has the best correspondence with the surface observations, and CMORPH performs much better than 3B42RT. The large errors of 3B42RT and CMORPH remind us of the need for new improvements to satellite precipitation retrieval algorithms or feasible bias adjusting methods.     

念青唐古拉山南坡夏季降水梯度观测

利用在念青唐古拉山脉西段南坡沿海拔架设的10个翻斗式自记雨量计2006年至2008年的夏季风降水记录,分析了不同海拔降水的年际年内和日变化特征.结果表明该地区夏季降水的海拔梯度效应明显,高海拔降水日过程和低海拔差异显著,最大降水高度位于山坡上部的5 100 m附近.     

Pulses of seed release in riparian Salicaceae coincide with high atmospheric temperature

Riparian shrubs and trees in the Salicaceae family release their seeds when floods that create nursery sites for germination are more frequent, but little is known about the factors controlling temporal variations in seed release within the seed release period. The seed release of three riparian tree species dominating European floodplain forests (Populus alba L., Populus nigra L., and Salix alba L.) was monitored in spring 2007 and 2008 using seed traps placed along the Middle Ebro River, NE Spain. Correlations relating biweekly seed rain intensity (seeds trapped per square meter) to meteorological (atmospheric temperature, cumulative precipitation, relative humidity, solar radiation, mean wind speed) and hydrological (river discharge) variables were investigated. The best combination of environmental variables explaining seed rain intensity was identified using an Akaike information selection criterion‐based backward selection, after accounting for temporal autocorrelation both in seed rain intensity and environmental variables. Seed rain correlated positively with temperature for P. alba, P. nigra, and S. alba, though its effect decreased with relative humidity for P. nigra. Our results can help fine‐tune the design of environmental flows to promote sexual recruitment of Salicaceae trees: Planning water releases during the hottest days of the seed dispersal period, when seed rain peaks, should maximize seed germination density and thus increase the potential for successful seedling establishment.