TRMM降水产品在喀斯特地区的空间降尺度研究——以贵州省为例

降水在全球尺度物质和能量循环中扮演着重要的角色。以贵州省为研究区域,利用TRMM3B43(the Tropical Rainfall Measuring Mission 3B43)降水数据与高程(Digital Elevation Model, DEM)、坡度、坡向、经纬度之间存在的相关关系,建立多元线性回归模型,采用反距离权重(Inverse Distance Weighted, IDW)插值法得到研究区域1998—2015年的1 km高分辨率的月降水数据。利用研究区域内19个气象站点测得的数据,对TRMM3B43数据降尺度后结果的准确性进行测试。结果表明:降尺度后降水数据和实测降水数据间的误差明显小于原始数据和实测值的误差。通过降尺度的方法提高TRMM3B43降水数据的空间分辨率和精度,对喀斯特地区开展相关气象研究具有重要指导意义。在使用TRMM3B43降水产品构建喀斯特地区的降水资料降尺度模型时,应综合考虑海拔、坡度、坡向和经纬度等因素,并利用气象站点的实测降水量数据对其进行精度校正。     

高海拔地区TRMM降水数据空间降尺度分析与模拟——以拉萨河为例

高海拔地区往往实测降水数据缺乏,借助卫星遥感数据可弥补传统观测的不足。选取拉萨河流域为研究对象,在对其降雨-植被-气温关系深入分析的基础上,结合多元线性回归、残差分析和空间插值反距离权重法,将分辨率为0.25°×0.25°且高估研究区降水约29%的TRMM 3B43V7数据空间降尺度到0.05°×0.05°,并且结合实测站点数据对降尺度数据进行进一步修正,最终的高质量降水数据集在绝大部分区域的精度得到极大的提高,可为高海拔地区水文水资源研究提供基础数据支撑。     

拉萨河流域TRMM降水数据统计降尺度及其有效性研究

利用2001-2014年TRMM 3B43、MODIS等数据,采用"统计降尺度+GDA校正"的方法对拉萨河流域TRMM 3B43降水数据进行降尺度校正,构建高分辨率TRMM降水数据.在对TRMM 3B43降水数据进行适用性检验的基础上,构建了 TRMM月降水量与气温、NDVI因子间的多元线性回归关系,获得更为精细的0....     

应用光滑支持向量机预测汉江流域降水变化

统计学降尺度方法是国内外研究全球气候模型尺度降解的热点问题。研究和探讨了基于光滑支持向量机的统计学降尺度方法;建立大尺度气候观测资料和实测降水之间的统计关系;模拟和预测汉江流域降水变化,并同传统的多元线性回归分析方法相比较。结果表明,基于光滑支持向量机的统计学降尺度方法的模拟精度不仅高于多元线性回归分析方法,而且明显优于CGCM2气候模型的输出降水结果。     

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。     

齐齐哈尔市降水量季节性分布研究

文章以济宁市2019年逐月GPM降水产品为基础,引入1 km空间分辨率的海拔、经度、纬度等降尺度因子空间数据,基于地理加权回归(GWR)模型实现GPM产品降尺度研究。结果表明:GPM降水产品在降尺度前后具有一致的空间分布趋势,但经GWR降尺度后数据空间分辨率显著提升,能准确模型区域降水分布细节信息;降尺度前后的数据呈现良好一致性,具体为型的R2介于0.81-0.95之间,MAE为3.26-36.74mm, RMSE为2.12-28.23mm。降尺度结果显示,区域降水量空间分布与年内分配不均衡,降尺度中心在春夏季呈逆时针移动,在秋冬季呈顺时针移动。     

江苏省太湖流域MSWEP数据与地表站网雨量资料融合研究

以江苏省太湖流域采用空间降尺度处理后的MSWEP日降水数据为基础，开展基于地理加权回归方法的MSWEP与地表站网资料的降水融合研究，解析了降水融合数据较原始MSWEP数据的精度改善情况。通过对1979—2019年的长系列研究结果发现，MSWEP日降水与站网降水融合后，对研究区域日雨量场空间变异性的刻画能力明显提高，其平均绝对误差、相关系数等各项定量精度指标均有所改善。     

基于MSWEP的祁连山地区降水空间分布特性解析

综合评价了全球性降水数据MSWEP(Multi-Source Weighted-Ensemble Precipitation)在祁连山区的适用性,解析了其在不同时空尺度上的误差特征,采用结合地面雨量资料GSOD(Global Surface Summary of the Day)订正后的MSWEP(Corrected MSWEP, COMSWEP),重点探讨了祁连山地区降水的垂直分布特性。结果表明:(1)MSWEP在日、月、年等尺度上总体低估了研究区域地表降水,对暴雨及以上日降水事件存在比较严重的漏报,在雨季的精度要明显高于旱季;(2)相对于MSWEP,COMSWEP在各种时间尺度上与地表降水更为吻合,对雨季降水和年降水具有较好估计效果,但在旱季仍存在较明显系统偏差;(3)MSWEP和COMSWEP均表明祁连山区多年平均降水量在空间上呈由东至西递减、北坡略高于南坡的总体格局,而在时程上雨季降水主导了全年降水,但在不同分区和时间尺度上,COMSWEP降水量均明显高于MSWEP;(4)MSWEP和COMSWEP均反映祁连山地区东段最大降水高度带在3000 m左右,超过此高度带多年平均降水量变化甚小,而中段和西段多年平均降水量随海拔呈现先增加后降低的趋势,最大降水高度带分别位于4100 m和4500 m左右。     

再分析降水资料的适用性评估与偏差校正——以长江中下游地区为例

为弥补长江中下游地区台站观测资料的部分缺失,探究再分析数据集的适用性,从时间和空间上评估ERA5和CFSR再分析降水数据集精度,建立了包含相关系数、相对偏差、均方根误差和Kling Gupta系数多指标定量综合评价体系,提出了结合校正系数法与自回归模型的组合校正法(C-AR);并将C-AR校正法与单一的校正系数法、AR模型以及校正系数法与最邻近抽样法组合的校正法(C-KNN)进行对比,探究C-AR组合校正法的校正效果。研究结果表明:(1) ERA5和CFSR与实测降水数据在年、季尺度上降水趋势变化和年内分配规律上较为一致,且与实测数据的相关性均较好;(2) ERA5和CFSR在实测降水量多的区域均存在正偏差,而在实测降水量少的区域存在负偏差;(3) C-AR组合校正模型不仅可在量级上校正数据集,还可提升数据集与实测数据的相关性,可多方面综合改善数据集精度,提高数据集适用性,校正效果要优于校正系数法、AR模型和C-KNN组合校正法。     

滁河流域降水量变化特征分析

为研究气候变化影响下的滁河流域降水量时空特征，基于滁河流域51个雨量站的2008—2020年逐日降水资料，应用Mann-Kendall法、线性回归法和累计距平法对滁河流域不同尺度降水量进行分析。结果表明：年降水量年际变化幅度较大，夏季降水占年降水50%，占比最大，冬季占比最小，年降水及春、秋、冬季降水均呈不显著上升趋势；年降水量分布总体上呈东南向西北递减，夏季和秋季降水量中游和下游明显多于上游，春季降水量上游和下游明显多于中游，冬季降水量则呈上游>中游>下游分布。     

山区雨水利用技术及分析计算

邢台市西部山区年降水量集中,水资源利用率低。结合该区特点,利用天然山场集蓄雨水,作为农业灌溉的水源,取得良好的效果。通过对该区降雨特性及时空分布分析,对利用自然山场集雨技术进行分析计算,包括天然山场单位面积集水量计算、蓄水工程容量的设计计算等,为山区农业发展、雨水利用提供科学依据。     

基于广义可加模型的降水空间估算模型

采用太湖流域浙西区33个站点1989—2013年的降水观测资料,基于广义可加模型建立了该区域年降水空间估算模型,得到了该区域分辨率为1 000 m×1 000 m的降水栅格数据。借助多种统计指标,分析了不同预测因子对降水空间估算结果的影响,特别比较了是否将高程作为预测因子情况下的年降水量估算差异。结果表明:加入高程因子作为广义可加模型的预测变量后,无论是模型的优良性还是降水空间估算精度均有所提高,能够更合理地描述浙西区降水空间分布受地形影响的特征。此外,从模型偏态效应图来看,浙西区降水量随着纬度的增加明显减小,随着高程的增加显著增大,而随经度的变化则不明显。     

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。     

Comparison of IDW and Physically Based IDEW Method in Hydrological Modelling for a Large Mountainous Watershed,Northwest China

Topography and spatial patterns of landscape significantly affect spatial distribution of precipitation and, in turn, hydrological modelling, especially in high elevation, mountainous watersheds of arid regions. This study incorporates a physically based inverse distance and elevation weighted (PBIDEW) method into a distributed conceptual hydrological model, distributed large basin runoff model, and compared with an inverse distance weighted (IDW) method to assess the performances of both methods in precipitation estimation for hydrological modelling at watershed scale. The PBIDEW method considers the impacts of topography using month‐dependent parameters in its interpolation of meteorological variables while the IDW method does not. Both the IDW and the PBIDEW methods are evaluated and compared in hydrological modelling at different spatial resolutions in the upper reach of the Heihe River Watershed, Northwest China. Results show that the IDW method underestimated the areal precipitation, and the PBIDEW method produced more realistic precipitation estimations in the study area. Both methods have some limitations, the performance of the IDW method was mainly influenced by the availability of observation data, while that of the PBIDEW method was mainly influenced by the representation of topographical information. Considering more detailed information for precipitation estimates, the PBIDEW method performed better at finer spatial resolution. Overall, the PBIDEW method, using month‐dependent physical interpolation parameters, seems more suitable for precipitation estimation in hydrological simulations in data‐scarce, high elevation and topographically complex mountainous watersheds in arid area. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

CMADS驱动SWAT模型在水循环模拟中的应用——以洱海流域为例

基于大气数据驱动水文模型的输出结果开展水循环模拟研究是大气和水文学界的研究热点。利用中国大气同化驱动数据集CMADS驱动SWAT模型,模拟2009～2016年期间洱海流域关键水循环要素的时空分布特征。结果表明:①CMADS数据集可很好地驱动SWAT模型,在洱海流域适用性较好,可用于水循环模拟研究。②从时间上看,洱海流域年降水量、实际蒸散和年产水量均呈现出先减少后增加的趋势,分别以4.6,29.3,15.0 mm/a的速率递增,多年平均降水量、多年平均实际蒸散发和多年平均产水量分别为792.8,565.5,286.1 mm。从空间上看,洱海西部降水最丰沛,东部地区次之,北部地区最低;实际蒸散发空间差异性相对较小,高值区主要分布于洱海湖区周围;产水量空间分布差异性较大,洱海西部产水量最大,其次为洱海北部和东部山区。③湿润度呈现出增加的趋势,而产水系数表现出减少的趋势,多年平均湿润度和产水系数分别为0.61和0.43;实际蒸散发与降水变化趋势一致,但与潜在蒸散发变化趋势相反,表明水分条件是限制洱海流域潜热的主要因子。     

重庆市山洪灾害空间分布规律及影响因素研究

揭示重庆市山洪灾害发育规律可进一步指导山洪灾害防治工作。根据2013~2015年度重庆市山洪灾害调查成果,结合影响山洪灾害发生的地貌、高程、坡度、降雨及河网密度因素,探讨了山洪灾害空间分布规律。结果表明,200 m高程、15°坡度以下的低海拔小起伏山区与丘陵区和1 000~1 300 mm降雨区是山洪灾害高发区,随河网密度增加,山洪灾害频率增多。另外,长江干流沿线和主要支流区是山洪灾害高发区,境内华蓥山系、方斗山、铁峰山及七曜山斜坡-河谷带是山洪灾害的次高发区,渝东北等高海拔区山洪灾害低发。由此得出,重庆市山洪灾害发育受地形、降雨及河网密度等多因素叠加影响,境内长江干、支流沿线是山洪灾害重点防治区。研究成果可为重庆市灾害防治工作提供一定数据与技术支撑。     

青藏高原东南部径流特征的空间规律及控制因子研究

采用青藏高原东南部的水文气象资料,对比分析了该地区23个(区间)流域的年径流深、集中度与集中期、基流系数、退水系数等径流特征及其空间分布规律,并进一步研究了这些径流特征的控制因子。结果表明:该地区径流特征的空间分布规律为年径流深从东南(700~1 300 mm)向西北(<400 mm)递减,而集中度则呈相反的空间格局(从<0.44增加到>0.59);退水系数及基流系数,在低海拔地区随高程增大而增大(分别为0.55~0.69、0.51~0.73),但在高海拔地区则随高程增大而减小(0.74~0.42、0.79~0.63)。本研究发现,青藏东南径流特征空间规律的控制因子,具有显著的区域分异:在低海拔流域(平均高程<3 000 m),降水是径流特征的主要影响因子;而在高海拔流域(平均高程>3 000 m),仅径流深和集中度受降水控制,其他特征则主要受温度、冻土、地形等条件的共同影响。可见,由于青藏高原东南部降水和冻土对气候变化敏感,该地区水资源时空分布格局将面临很大的不确定性,对此应予以充分重视。