TRMM卫星降水产品在尼洋河流域的适用性定量分析

作为地面雨量站资料的重要补充,卫星降水产品对资料短缺或无资料地区尤为重要。位于我国高寒山区的尼洋河流域属于典型的资料短缺地区,根据5个气象站点2001-2016年的月降水数据和中国地面降水日值格点数据集2001-2013年的日降水资料,利用反距离权重插值法对其进行处理,在尼洋河流域分别对月、日尺度数据用相关系数(R)和相对误差(BIAS)检验TRMM降水数据的精度。结果表明:在时间尺度上,TRMM月降水数据与实测数据在流域整体上一致性良好(R=0. 90),而日降水数据的一致性较差(R=0. 29),且BIAS较大;在单一站点上,TRMM月降水数据的精度较高(R 0. 9),而日尺度R 0. 50,精度较低。在空间尺度上,通过克里金插值法得到TRMM降水精度的空间分布,月降水精度由西向东逐渐减小,而日降水的精度与之相反。整体上,TRMM月降水数据精度高,具有较好的适用性,根据TRMM月降水数据分析尼洋河降水时空分布特征。结果显示尼洋河流域降水大都集中在5月至9月,而11月至次年2月,降水量很少;年降雨量呈现由西北向东部逐渐递增的趋势,不同区域降水量差异较大。     

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。     

多卫星遥感降水数据在塔里木河流域的适用性分析

资料缺乏地区由于其复杂的地形,站点布设困难,实测资料匮乏,遥感降水产品是实测资料的有益补充及替代。以塔里木河流域的子流域开都-孔雀河流域为研究区,采用国家基准气象站观测的降水量为基准数据,评估了TRMM 3B42RT、TRMM 3B42V7、CMORPH RAW、CMORPH CRT等四种遥感降水产品的精度。同时,在塔里木河的子流域玉龙喀什河流域,基于SRM模型,评估了以上几种遥感降水产品模拟径流的适用性。结果表明,TRMM 3B42V7的精度最高,TRMM 3B42RT的精度较低,CMORPH在山区的精度也较高,而CMORPH在平原地区高估了降水量;在四种遥感降水产品中,TRMM 3B42V7最适于模拟径流,可以基本表征日径流变化过程。     

不同卫星遥感降水数据在辽宁东部区域的适用性和精度对比分析

本文采用M-K检验方法和相关分析方法 ,结合辽宁东部区域降水站点数据,对比TRMM和GSMaP两种卫星遥感降水数据在辽宁东部地区的适用性和精度。研究结果表明:在年尺度上,GSMaP和TRMM降水数据和实测降水之间相关系数分别为0.62和0.36;在季节尺度上,两种卫星遥感降水数据均在夏季和实测降水相关性最高,且M-K检验值最高。在月尺度上,GSMaP卫星遥感降水数据和实测降水之间的差距小于TRMM卫星遥感降水数据。研究成果对于卫星遥感降水数据的应用分析提供参考价值。     

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。     

中国融合降水产品在太行山区的质量评估

山区地形复杂,气象站点稀少导致降水实测资料匮乏,卫星降水产品是实测资料的有效补充。以太行山区为研究区,采用国家气象站点观测降水为基准数据,通过连续评价指标(R、RMSE、RB)和分类统计指标(POD、FAR、CSI)对国家气象信息中心研制的中国区融合降水产品进行质量评估,并探讨海拔、坡度和坡向与产品表现的关系。结果表明:融合降水产品与地面实测数据之间有着良好的相关性(R>0.7),但相比原始产品相对偏差和均方根误差仍较大。在降水探测能力上,融合产品提升明显,全序列站点日降水命中率达到0.65,误报率为0.33,特别是对夏季降水的探测精度更高(POD=0.76,FAR=0.32,CSI=0.56)。海拔对融合前后的产品精度有显著(p<0.05)的影响,回归分析显示,在20°~30°的坡度范围存在产品表现的拐点,融合前后降水产品均在南坡表现较差。融合降水产品在经过地面观测数据的校正之后,降水产品精度和降水捕捉能力都有显著的提升,能够较为准确地反映太行山区的降水分布特征。     

ERA-interim再分析数据集在长江上游的适用性

针对长江上游地区ERA-interim再分析降水数据,结合流域内65个实测站点的降水数据,计算流域以及站点年降水量、多年平均降水量。利用降水偏差、偏差百分比、合格率等多种指标,分析ERA数据在长江上游地区的适用性并进行校正,以补充实测降水资料。结果表明:(1)ERA降水在年、春、夏、秋、冬的变化趋势与实测数据近乎相同,可直接采用折算系数整体校正ERA年降水数据;(2)流域内海拔高的观测站点ERA降水估计值与实测降水数据偏差明显增大,海拔低的观测站点ERA降水估计值与实测降水数据偏差相对较小,并且流域东南部的降水偏差整体小于流域西北部;(3)利用折算系数整体折算1979~2012年、夏、秋尺度各站点ERA插值降水数据,各站点拟合后年、夏、秋序列与实测降水偏差30%以内的站点合格率分别为98.46%,92.31%和70.77%。     

IMERG系列产品在大汶河流域的降水监测能力评价

为探究高分辨率多卫星联合反演IMERG(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM)卫星降水产品在大汶河流域的监测精度与适用性,以2001～2019年较长系列地面雨量站实测数据为基准,采用探测率、虚报率等11个指标,对IMERG系列Early、Late、Final产品在研究区的降水监测能力进行评价。结果表明：(1)日、月、年尺度下,Final产品的精度最好,Early、Late两个产品的精度基本一致,在时间上,IMERG系列产品均能较好反映流域降水的年际变化与年内分配;在空间上,表现为整体高估研究区降水量,低估泰山区域降水量(相对偏差小于-20%)。(2)在不同强度日降水探测能力方面,IMERG系列产品间差异不大,仅对小雨有较好的命中率(探测率>0.6)。各产品探测能力一般,整体表现为误报率较高(误报率>0.7)、探测率与关键成功率较低,同时,随着降水强度的增大,各产品探测能力呈下降趋势。(3) IMERG系列产品均具有一定的极端降水监测能力,Final产品评价结果更优、表现更为稳定,在参与评价的5个指数中,Final产品有4...     

TRMM/ GPM卫星降水产品在淮河上游逐日和小时尺度的精度评估

基于淮河流域上游区(洪河口以上) 2014年4月-2015年12月的实测逐日和小时降水数据,采用综合评价指标评估了TRMM 3B42 v7和GPM IMERG卫星产品在逐日和小时尺度上的监测精度。结果表明:逐日尺度上,对于流域面平均降水和网格降水,GPM产品与实测降水的相关性略优于TRMM,相关系数为0. 87,误差略大于TRMM,但均控制在0. 8 mm/d以内;降水探测能力方面,GPM与实测降水的一致性较高,尤其表现在小雨和中雨降水事件上,可用于日尺度的水文模拟和水资源评价等研究。小时尺度上,TRMM对6场极端降水的监测能力比较稳定,略有低估(BIAS均值为-6%),GPM对不同的极端降水事件监测能力不一,可靠性相对较低,相对于TRMM卫星降水产品,GPM在对极端降水的监测能力方面还有待提高。     

以尼洋河流域为例探究高原山区降水插值方法

由于尼洋河流域位于青藏高原地区,雨量站分布稀疏,只有工布江达、巴河桥、更张3个站点有连续的降水记录,显然利用3个站点进行降水径流模拟是不符合降水径流平衡的,降水量明显小于径流量。为了使尼洋河流域降水径流平衡,将利用降水与地形关系进行降水插值,主要利用降水与海拔的关系及利用ARCgis进行流域自然分区,通过建立降水数学模型计算各分区降水量,再计算整个流域面上的降水量。得出流域多年平均径流系数为0.67,降水分布与实测藏东南区域多年平均降水量分布图吻合,达到降水径流平衡,证明该方法具有较强的实用性。     

TRMM卫星降雨数据在湖南省的精度和可靠性评定

卫星降雨数据的高时空分辨率使其在洪涝灾害监测、流域水文模型模拟等方面得以广泛应用,而对卫星降雨数据的精度评定和可靠性分析仍然是当前重要的研究课题。采用中低纬度旱涝灾害频发的湖南省23个国家基准气象站的降雨数据作为地面验证数据,对最新一代TRMM卫星降雨产品(3B42V7)的精度和误差特征进行了全面评估。从日、月、年和季节的不同时间尺度以及空间分布和高程等不同的空间要素方面对比分析了1999-2012年该卫星降雨产品在湖南地区的适应情况。研究表明:TRMM卫星反演降雨数据在日尺度上与地面气象站数据的匹配情况较差,相关系数仅为0.31;而在月尺度上有显著提高,相关系数为0.88。在干旱季节(11、12、1、2月)的表现要优于湿润季节(5、6、7、8月)。3B42卫星反演降雨数据存在比较明显的空间变异性,空间要素如高程、位置分布等对卫星降雨数据可靠性的影响强于降雨量的影响。     

降水资料系列代表性分析

本文通过对降水资料长短系列统计参数的对比分析和周期性分析,来研究确定短系列资料对长系列资料是否具有代表性。     

利用水情自动测报系统雨量遥测数据进行降水量资料整编初探

本文介绍了辽宁省水情自动测报系统现状,初步探讨了本地区应用遥测系统雨量数据进行水文资料整编的可行性以及整编方法,并分析了影响资料整编质量的因素,提出了今后的工作建议,旨在使遥测系统数据得到更多应用,进一步促进全省水情自动测报系统建设,提高水文资料观测整编自动化水平。     

基于改进降水输入模块的融雪径流模拟:以拉萨河为例

降水是自然界物质循环和水循环的重要组成部分,是高寒地区径流的重要来源,水文模型中降水数据的输入精度对提高高寒地区融雪径流模拟效果具有十分重要的作用。青藏高原地区气象站点较少,站点数据无法全面反映流域内降水时空分布的真实情况,传统的融雪径流模型在地形、风向和水汽等要素对降水垂直分布的影响考虑不够全面,制约了模型在山区融雪模拟以及预测中的应用,因此有必要对模型的降水输入项进行改进,以期提高半干旱高寒地区融雪径流模拟效果。本文基于改进的遥感卫星数据校正理论,开发了适用于半干旱高寒地区的降水输入模块,将其与度日因子模型进行耦合,利用高程分带将降水组合成半网格半站点的降水输入数据驱动模型,并在拉萨河流域进行试验研究。结果表明:降水输入模块能够显著提高降水卫星反演地面降水精度,改进后的融雪模型在率定期和验证期的NSE(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient)分别为0.741和0.770,高于原融雪模型的模拟效果,表明改进后的模型能够在流域各个分区获得较为精确的降水数值,融雪径流模拟精度比原模型精度得到提高。总之,耦合降水输入模块的融雪模型可以有效提高降水输入精度,对缺资料半干旱高寒地区融雪模拟具有重要的参考价值。     

北京暴雨资料系列延长后影响分析

选择北京市16个代表雨量站进行1 h、6 h、24 h不同历时暴雨的系列延长,运用P-Ⅲ型曲线分析得出不同频率下暴雨量值的变化。结果表明,延长系列后的不同降雨历时对应的重现期较原成果增大、频率计算对应的降水量值较原成果减小,可为今后的水文分析计算、防汛指挥决策、城市防洪规划提供一定的参考,为下一步北京市水文手册的修订提供数据支撑。     

Large-Scale Assessment of Drought Variability Based on NCEP/NCAR and ERA-40 Re-Analyses

The impacts of different spatial resolutions and different data assimilation schemes of the available re-analysis data sets (NCEP/NCAR and ERA-40) on the assessment of drought variability are analysed. Particular attention has been devoted to the analysis of the possible existence of a linear trend in the climatic signal. The long-term aspects of drought over the globe during the last forty years have been evaluated by computing the Standardized Precipitation Index (SPI) on 24-month time scale. The SPI, in fact, seems to be a useful tool for monitoring dry and wet periods on multiple time scales and comparing climatic conditions of areas governed by different hydrological regimes. To unveil possible discrepancies between the analyses carried out with the two data sets, we studied the leading space-time variability of drought by applying the principal component analysis (PCA) to the SPI time series. Results suggest that on the global scale, the two re-analyses agree in their first principal component score, but not in the associated loading: both re-analyses capture a linear trend, though the areas where this feature should be most likely observed are not uniquely identified by the two data sets. Moreover, while the ERA-40 unveils the presence of a weak net “global” trend towards wet conditions, the NCEP/NCAR re-analysis suggests that the areas in the world characterised by positive/negative trends balance to zero. At large regional scale, a good agreement of the results with those obtained from the observations are found for the United Stated, while for the European sector the two re-analyses show remarkable differences both in the first loading and in representing the timing of the wet and dry periods. Also for these areas a linear trend, superposed on other short-term fluctuations, is detectable in the first principal component of the SPI field.     

贵州省近55年降水事件变化特征

为了更深入地了解贵州省气候变化的特征,运用19个气象站1959—2013年降水观测数据,分析了贵州省近55 a来的降水量、降水日数、降水强度的气候特征、变化趋势、空间分布和稳定性。结果表明:空间上,贵州省降水量南多北少,降水日数南少北多,二者呈空间负相关;时间上,近55 a贵州省降水大致可以分为1个平水期、2个丰水期和2个枯水期,降水增强区域面积逐渐缩小;季节差异性显著且随海拔高度增加而加剧;贵州省强降水日数和强度多年平均变化趋势不显著,空间上呈带状分布,最小值分布于威宁—毕节—遵义—三穗一带,但该区域暴雨强度变化率最大;贵州省大雨强度变异系数较小,但暴雨强度变异系数较大,且变异系数最大值分布于暴雨强度最弱的威宁—毕节—遵义—三穗一带。贵州省55 a间降水事件变化最突出的特征是:年均降水量、降水日数和强度相对较小的区域,其降水日数和强度的变化率最大、稳定性最差。针对这一特征应重点分析地形对贵州省降水的影响,加大对极端降水事件发生概率较大地区的降水动态及地质异动情况的观测。     

南小河沟流域降水特性及趋势分析

应用降水倾向率法和M ann—kendall检验法等方法对南小河沟流域1989~2004年雨量和雨日分布特征及其变化规律进行了分析。结果表明:降水主要集中在5~10月份,其中夏季降水量占全年降水量50.2%,年平均降水日数为89 d,其中降水量大于等于1.0 mm的降水日数占全年的66.9%,大于等于10.0 mm的降水日数全部集中在3~11月份,大于等于25 mm、50 mm主要集中在5~10月份。相对于年平均降水量520 mm而言,本地区正常降水年份占38%,异常降水占62%。90%的最长干旱持续期出现在冬季,但春末夏初也会出现10~20天的干旱天气。从年际变化看,流域年降雨量、汛期雨量均呈增加的趋势,旱期雨量呈减少的趋势。     

贵州省1960～2017年降水时空变化特征

针对近年来区域降水异常事件频发的问题,选取了贵州省32个气象站近57 a（1960～2017年）来的逐日降水数据,利用降水发生率和贡献率,分析该地区不同历时和等级降水条件下的时空变化规律,并运用Mann-Kendall法探讨了不同历时降水和不同降水等级的变化趋势。结果表明：① 降水发生率随着降水历时增加呈逐渐减少的趋势;而贡献率则呈先增加后减少的趋势。桐梓、正安、仁怀、余庆、思南、铜仁、贵阳、罗甸和榕江2～4 d的降水贡献率较大;威宁、普安、盘县、织金、兴仁和兴义大于10 d的降水贡献率较大。② 降水发生率随着降水等级的增加呈减少趋势,而贡献率则呈先增加后减少趋势。其中望谟、织金、都匀和安顺暴雨贡献率较高。③ 各历时降水贡献率和发生率变化趋势基本类似,表现为短历时呈增加趋势的站点较多,多数历时发生率呈增加趋势的站点较多。各等级的降水贡献率和发生率的变化趋势也基本类似,大雨和暴雨呈增加趋势,小雨呈减少趋势,中雨发生率呈增加趋势,贡献率则反之。研究成果可为贵州地区防灾减灾工作提供一定科学依据。