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。     

Validation of MSWEP daily and extreme precipitation of the Taihu Lake Basin in Jiangsu ProvinceEI北大核心CSCD

基于1979—2019年江苏省太湖流域雨量站实测降水资料,综合解析了全球性降水资料MSWEP(multi-source weighted-ensemble precipitation)对日降水量和各历时极值降水量的表征能力。结果表明:MSWEP对研究区日降水量总体上有较强的解释能力,但在山丘区较集中的湖西区和以水域为主的太湖区两个水利分区的精度相对较差,同时MSWEP难以捕捉到暴雨等级的日降水事件;MSWEP可大致反映研究区各历时极值降水量的空间分布格局,但在细节特征上与地面降水场仍有一定差异;随着历时增加,MSWEP极值降水量的精度不断提高,MSWEP对15 d及更长历时极值降水量具有较强的定量表征能力;MSWEP日降水量和极值降水量的误差与降水强度之间均有显著的线性负相关性,存在较明显的“低值高估、高值低估”现象,且MSWEP的精度与空间尺度有关;在研究区面平均尺度上,由于降水量的空间均化效应和尺度不匹配性的消除,MSWEP对日降水量和极值降水量的表征能力明显优于栅格尺度。     

滦河流域遥感反演降水产品高精度空间降尺度方法

以滦河流域为研究对象,对流域2018年GPM（global precipitation measurement mission）降水产品适用性进行评估;利用降水与海拔、经纬度和归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）之间的相关性,构建基于PSO-BP（particle swarm optimization-back propagation）的GPM降水空间降尺度模型,得到2018年滦河流域空间分辨率1 km的降水数据。[JP]结果表明：原始GPM降水产品可以较准确地表达滦河流域降水,但总体存在降水量高估现象;以国家气象中心降水产品CGDPA（China gauge-based daily precipitation analysis）数据为基准,对空间降尺度前后的降水数据进行精度评估,发现在年、季和月不同时间尺度上,空间降尺度后的降水数据与CGDPA数据相关性更高,均方根误差更小,相对偏差值控制在±10%以内,[JP]这说明降尺度后降水数据空间分辨率和精度都更高。     

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。     

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。     

基于MSWEP数据的太湖流域降水特性分析

基于高密度的地表雨量站网资料生成基准降水量,采用分类指标、体积分类指标和定量指标,在0.1°×0.1°的栅格尺度上解析了1979-2016年汛期MSWEP(multi-source weighted-ensemble precipitation)日降水数据的误差特征,并剖析了MSWEP对于太湖流域多种特征降水要素的辨识能力。结果表明:MSWEP对日降水量存在一定程度低估,且在山丘区和太湖湖区的降水精度相对偏低,但与地表降水之间总体上具有较强一致性;MSWEP对太湖流域不同时段的极值降水量和台风降水量、梅雨量和汛期降水量也具有相当表征能力;MSWEP既反映了太湖流域西部特别是浙西山丘区地形对降水的强化作用,还反映了太湖湖区大型水域对降水的抑制作用;MSWEP也探测到受城市化影响太湖流域年最大1 d降水量在平原区东部存在高值地带。     

云南省昭通市多尺度极端降水时空特征分析

为分析云南省昭通市多尺度极端降水时空特征,收集整理昭通市19个雨量站1969—2014年分时段逐年降水数据,并计算不同时间尺度(1,6,24 h)的年极端最大降水量,采用反距离加权法(IDW)插值展示其空间分布特性。在此基础上,对3个典型雨量站(鱼洞、新华、牛街)的极端最大降水进行深入分析,采用Mann-Kendall趋势检验及小波变换方法的趋势与周期分析,量化极端降水事件的时间分布特征。结果表明:昭通地区极端降水事件的空间分布规律为从北向南逐渐减少,且南北极端降水量相差较大,空间分布差异明显;3个典型雨量站多尺度极端降水变化趋势不显著(p0.05),其序列变化存在30,15,5~7 a 3个明显变化周期。     

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。     

基于泰森多边形法的流域面平均雨量计算

以西南山区代表性较强的重庆市蔡家水文站控制断面以上笋溪河流域为研究流域,基于Arc GIS和数字高程模型(DEM)数据为基础,构建研究流域16个雨量站的泰森多边形,并利用16个雨量站2015年6月降雨量资料,采用不同方法对该控制断面以上流域面平均降雨量进行了计算。结果表明,基于Arc GIS和DEM构建泰森多边形计算面雨量较传统方法更简单。在雨量站分布较均匀且降水空间分布均匀的情况下,采用泰森多边形法和算术平均法计算的面雨量结果相差不大;当降雨空间分布极不均匀,个别站点出现了强降水情况时,由于泰森多边形法以权重来考虑分布不均匀的情况,采用该种方法计算结果精度更高更可靠;研究成果对西南山区流域(区域)面雨量计算具有一定的参考价值。     

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。     

多卫星遥感降水产品在柬埔寨的应用比较分析

柬埔寨地区的水资源十分丰富,但由于气象、水文站点的稀缺以及水文气象数据的不连续等原因,导致流域基本水雨情及水资源特征数据不够完善、全面和准确,不利于该国水资源的科学管理和开发利用。一系列高时空分辨率的遥感降水产品的出现为降水数据的缺失和不连续提供了新的解决方法。选取了5种高精度的遥感降雨数据(CHIRPS、CMORPH_CRT、CMORRPH_BLD、MSWEP、TRMM)对柬埔寨地区2003~2015年降雨的时空分布差异、精度评价、极端降雨估计情况进行了对比分析。结果表明,5组遥感降雨产品总体均能较好地反映柬埔寨地区降雨的时间及空间变化规律。这对于柬埔寨及其它无资料地区的水资源研究及工程设计工作具有一定的指导作用。     

Spatial Analysis of Monthly and Annual Precipitation Trends in Turkey

Global climate change could have important effects on various environmental variables in many countries around the world. Changes in precipitation regime directly affect water resources management. So that, it is important to analyze the changes in the spatial and temporal rainfall pattern in order to improve water resources management policies. For this reason, non-parametric Mann-Kendall rank correlation test is used in order to examine the existence of trends in annual and monthly rainfall distribution. To understand the regional differences of precipitation in Turkey, the detected trends are spatially interpolated using geostatistical techniques in a GIS environment. The main objective of this paper is to evaluate three interpolation methods, concerning their suitability for spatial prediction of temporal trends of Turkey’s monthly and annual rainfall data. The study used a dense and homogeneous monthly precipitation database comprising 120 rain-gauge stations over a 32 years testing period of 1975–2009. The results conclusively show that significant positive trends are both infrequent and found only in outlying stations during March, April and October. In order to estimate and characterize the magnitude of observed changes at unmeasured locations, Ordinary Kriging, Inverse Distance Weighted and Completely Regularized Spline interpolation methods were employed and compared. A comparative analysis of interpolation techniques shows that Ordinary Kriging with having RMSE of 0.148 is the best choice. This is followed by Inverse Distance Weighted (RMSE 0.151), and Splines (RMSE 0.152). Cross validation of the results shows the largest over prediction at Kars rainfall station and largest under prediction at Burdur station. Upon for the examination of the cross-validation and spatial error clustering results, the Ordinary Kriging method was concluded to be the best algorithm in the interpolation process.     

基于水汽输送与IDW法耦合的降雨插值方法研究

在普通反距离权重法(IDW)的基础上,构建基于水汽输送与反距离权重法耦合的降雨插值方法(IDWWVT)。以三峡库区为例,利用库区及周边22个气象站点资料,分别采用IDW-WVT方法和IDW方法对22个站点2009~2013年的日降雨量进行空间插值模拟,以典型流域澎溪河的14个雨量站观测降雨资料对插值效果进行评价。结合SWAT模型,进一步分析插值降雨对澎溪河径流过程以及面源负荷过程的影响。结果表明:IDW-WVT方法对降雨量空间插值的精度明显优于IDW方法,在日尺度和月尺度中插值精度分别提高了23.1%,16.9%;同时使用IDW-WVT对径流过程和面源负荷过程的模拟效果也提升显著。     

Downscaling Monsoon Rainfall over River Godavari Basin under Different Climate-Change Scenarios

Evaluating the impact of climate change at river basin level has become essential for proper management of the water resources. In the present study, Godavari River basin in India is taken as study area to project the monthly monsoon precipitation using statistical downscaling. The downscaling method used is a regression based downscaling termed as fuzzy clustering with multiple regression. Among the atmospheric variables simulated by global circulation/climate model (GCM) mean sea level pressure, specific humidity and 500 hPa geopotential height are used as predictors. 1^o × 1^o gridded rainfall data over Godavari river basin are collected from India Meteorological Department (IMD). A statistical relationship is established between the predictors and predictand (monsoon rainfall) to project the monsoon rainfall for the future using the Canadian Earth System Model (CanESM2) over IMD grid points under the Representative Concentration Pathways 2.6, 4.5 and 8.5 (RCP 2.6, 4.5, 8.5) scenarios of Fifth Coupled Model Inter-Comparison Project (CMIP 5). Downscaling procedure is applied to all 25 IMD grid points over the basin to find out the spatial distribution of monsoon rainfall for the future scenarios. For 2.6 and 4.5 scenarios results show an increasing trend. For scenario 8.5 rainfall showed a mixed trend with rainfall decreasing in the first thirty years of prediction and then increasing gradually over the next sixty years.     

统计降尺度方法及其评价指标比较研究

针对目前气候变化对水资源影响研究中关注的问题,以汉江白河上游为研究对象,比较研究统计降尺度方法及其评价指标。以美国环境预报中心/美国国家大气研究中心全球再分析资料、CGCM3和HadCM3的A2情景为大尺度气候背景资料,应用SSVM和SDSM统计降尺度方法对大尺度气候因子进行尺度降解,得到降水情景序列后作为水文模型的输入,通过模拟径流比较分析统计降尺度方法的优劣。研究结果表明,由不同统计降尺度方法得到的降水作为水文模型输入,模拟径流的结果相差很大;对广泛应用于统计降尺度方法的降水模拟评价指标和径流模拟结果进行比较,发现所采用的降水评价指标侧重于考虑降水的统计分布特征,不能完整地描述降水过程特性。分析认为,径流模拟结果应该作为气候变化对径流影响研究中统计降尺度方法评价的重要参考。     

新安江流域降雨量空间插值方法和参数筛选

选取新安江流域48个雨量站点2000-2010年的降雨量数据以及地理地形资料,利用反距离权重(IDW)、径向基函数(RBF)、普通克里金(OK)和残差克里金(RK)方法进行插值,根据交叉验证结果筛选最佳的方法和参数.结果表明:年尺度上,考虑高程、纬度等地形因子影响的RK方法插值精度最高,然后是IDW,OK和RBF;邻近站点的搜索策略对IDW插值精度影响较大;考虑各向异性的OK法插值精度较高,模型之间的差别不大.月尺度上,IDW法对降雨量丰富的月份插值精度较高;RBF对降雨较少且分布均匀的月份插值效果好;数据越符合正态分布,OK法的插值精度越高;RK方法则适用于降雨与地理因素相关性好的月份.     

日雨量随机解集模式研究

全球气候模式(GCMs)预测的气候变化情景，必须经解集模式得出小尺度上未来气候变化时空分布资料，才能满足评估气候变化对资源、环境和社会经济等影响的需要。本文提出由随机天气生成器和统计参数尺度转换关系组成的随机解集模式，应用17个站32年实测日降雨资料，对随机解集模式进行了分析和验证。首先利用随机天气生成器，通过对站点和GCM尺度面平均降雨系列的模拟，确定模型参数，验证模型模拟历史降雨过程的可靠性。然后，建立模型参数从大尺度向站点转换的关系，并从历史降雨系列中抽出某一日雨量系列，假设为未来气候变化情形，对降雨系列在不同尺度间的转换关系进行了验证。在此基础上，对GCMs预测结果的时空解集方法进行了探讨。