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。     

TRMM和GPM卫星遥感降水产品在广西地区的适用性评价

为准确评估TRMM和GPM卫星降水产品在广西地区的精度和适用性,利用广西2001年～2017年89个国家气象观测站资料分别对TRMM 3B43(V7)和最新版的GPM IMERG(V6)卫星遥感降水产品数据进行多尺度、长时间序列和空间一致性检验。结果表明,TRMM和GPM两产品整体上与实测值的相关系数和均方根误差分别为0.912、54.06和0.914、52.93,两者精度相差不大;两产品逐年检验精度指标走势相似,从季节尺度来看两种产品在春冬季的精度较夏秋季高,从月尺度角度来看12月和1月精度最高,5月和6月精度最差;TRMM和GPM降水产品在广西整体上存在高估,两者与实测值的相对偏差分别为6.18%、4.51%,尤其是在广西西南部高估较为严重。整体来看,GPM降水产品精度略优于TRMM。     

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。     

GPM IMERG卫星降水产品在黄淮海平原的适用性研究

高时空分辨率的全球降水测量计划(Global Precipitation Measurement,GPM)是继热带降水观测计划(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)之后新一代的全球卫星降水产品,为全球气候变化、洪旱监测等研究工作提供了有力的数据支持。基于黄淮海平原2015年3月-2016年2月59个气象站点逐日降水数据,采用相关系数(CC)、相对误差(BIAS)、均方根误差(RMSE)3个指标在多时空尺度评估了GPM IMERG卫星降水产品在研究区的适用性。结果表明:日尺度上,GPM IMERG数据与站点数据拟合效果较好(CC=0.95),但GPM IMERG对降水高估17.90%。月尺度上,6月-8月均方根误差最高,9个月份的相关系数均大于0.80;季节尺度上,除秋季的相关系数小于0.90外,其余季节的相关性均较高,夏季均方根误差最大。此外,GPM IMERG还能较好地反映黄淮海平原由南到北降水量逐渐减少的空间分布格局。通过对比两种数据日降水时间序列,发现GPM IMERG降水产品与气象站点降水变化趋势较为一致。总体而言,GPM IMERG卫星降水产品与气象站点数据表现出较好的相关性,虽然存在轻微的高估现象,但能够以较高的精度和较小的误差估测降水。     

TRMM数据在贵州乌江流域的适用性分析

以年、季、月尺度对1998年～2017年研究区域5个气象站点和TRMM(热带降雨测量任务)卫星的降水数据准确性进行验证的结果表明,在年度尺度上,TRMM降水数据与实测降水量的相关系数R=0. 83,略高于实际测量的降水量;季节尺度TRMM季降水数据与实测降水的相关系数均在0. 80以上,其中R在春季最高,冬季最低;月尺度TRMM降水数据与实测降水的相关系数最高,达到0. 93,斜率为0. 97,TRMM降水量略高于同一站点实测降水量。总体看,TRMM数据在贵州乌江流域具有良好的适用性。     

多源卫星降水产品在长江流域的时空精度对比

准确评估现有多源卫星降水产品的时空精度特征,可为长江流域的水资源高效开发利用奠定坚实的气象数据基础。利用长江流域191个气象站点1999—2019年逐日站点实测降水数据和TRMM（tropical rainfall measuring mission）、CMORPH（CPC MORPHing technique）、CHIRPS（climate hazards group infrared precipitation with station data）和PERSIANN_CDR（precipitation estimation from remotely sensed information using artificial neural networks climate data record）4种卫星降水产品,运用皮尔逊相关系数R、均方根误差ERMS和纳什效率系数ENS等连续性指标评价卫星降水产品在长江流域时间和空间尺度上相对于站点降水的探测精度,并运用探测率POD、误报率RFA和TS评分3个分类评价指标衡量卫星降水产品对不同量级降水的捕捉能力。结果表明：在年尺度上,TRMM和CMORPH相对于CHIRPS和PERSIANN_CDR表现出更高的探测精度,而对于年降水量空间分布特征,仅有TRMM、CMORPH和CHIRPS能不同程度地准确反映;在月尺度上,TRMM和CMORPH对降水估计仍然具有较高精度,TRMM、CMORPH和CHIRPS在描述月降水空间分布方面在长江流域不同区域各具优势;在日尺度上,4种卫星降水产品对弱降水的捕捉能力均较强,对强降水探测能力则较差;在空间尺度上,4种卫星降水产品在日和月尺度上表现为高海拔地区精度较高,而年尺度上则无明显变化规律。总体而言,4种卫星降水产品中,TRMM和CMORPH在长江流域年、月、日不同时间尺度上更具优势,但在空间分布上,4种产品在不同地区差异显著。这一结论为进一步开发适用于长江流域的高时空分辨率降水融合产品奠定了研究基础。     

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...     

TRMM3B43降水产品在西藏地区的精度检验和应用

以西藏地区38个国家基准站和基本站的实测降水资料,利用双线性插值、相关系数、散点斜率和相对误差等指标,对热带降水测量卫星(TRMM)的3B43降水产品的精度进行检验和分析。结果表明:月尺度上,整体而言TRMM3B43降水产品与实测降水量具有较好的一致性,其中西藏西部和东部喜马拉雅山脉东段北麓地区相关性相对较差,平均相对误差较大。年尺度上TRMM3B43降水产品的相关性不如月尺度好,平均相对误差随统计数值的增大而减小。在应用TRMM3B43降水产品进行流域面雨量估算时,采用气象站点实测降水资料校准TRMM3B43降水产品的T-G联合法,对TRMM3B43降水产品进行订正。     

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。     

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。     

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。     

TRMM卫星降水数据在老哈河流域的精度评估

采用地面雨量站点观测降水作为基准数据,评估热带降雨观测计划(TRMM)最新一代降水产品3B42V7在高纬度半干旱的老哈河流域的精度。结果显示:TRMM 3B42V7在老哈河流域较基准降水系统偏大,平均偏差为17.46%,相关系数为0.73,平均意义上日卫星降水精度相对较高;但TRMM 3B42V7绝对值偏差达到81.26%,在绝对值意义上日卫星降水精度较低;经过GPCC地面月降水量偏差校准,TRMM 3B42V7精度在月尺度上有较大提高,绝对偏差为21.95%,相关系数达到0.98;TRMM 3B42V7精度同纬度和高程存在明显的相关关系;TRMM3B42V7能较好反映老哈河流域日降水事件并展现降水的空间分布特征。因此,TRMM 3B42V7可用于老哈河流域月尺度的水文过程模拟、水资源评价与规划等相关研究。     

基准降水对GPM数据精度的影响——以南京“20170610”极端降水事件为例

现有文献多采用两种途径生成评价GPM等卫星遥感反演降水数据精度的基准资料：站点基准降水和插值基准降水，然而，关于基准资料生成方法对卫星降水数据精度的影响以及应优先采纳哪种基准资料尚缺乏深入研究。因此，本文以南京“20170610”极端降水事件为例，利用地面稠密雨量站的观测资料，设计了不同地表雨量站点密度下的随机抽取试验，解析了不同地表基准降水条件下IMERG Early、IMERG Late和GSMaP NOW三种GPM数据的精度特征。结果发现，基准降水对GPM数据精度的影响与雨量要素、数据类型、指标类型、站点密度有关。进一步以高超密度站点插值降水作为“真实”降水，量化了不同站点密度条件下两种基准降水的误差，发现对于24 h累积雨量和逐小时降水过程，存在一定的雨量站点平均密度临界值。若雨量站点密度高于该临界值，以插值降水为基准评价GPM数据的精度更合理，否则采用插值降水和站点降水为基准均可。本文研究深化了对GPM降水数据误差特性的认识，可为合理选取评估卫星降水数据的地表基准数据生成方法提供参考。     

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。     

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。     

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。     

中国大陆TRMM降水多尺度精度评价

根据中国气象数据网中国大陆2009—2014年逐日降水格点数据,在月、年时间尺度上,采用误差、相关系数以及相对误差等指标,对热带降水测量(TRMM)降水数据进行精度评价。结果表明在月、年尺度上TRMM降水数据精度均较高,年均误差分布与年降水量相关;月尺度相关系数达到了0.99,年尺度相关系数为0.86;TRMM精度主要受降水强度和海拔地形影响;在干旱和高海拔地区TRMM降水数据精度较低。     

TRMM卫星降水产品和SPDI在河南省干旱监测中的适用性

本文选取河南省15个具有代表性的气象站点,根据其1998—2019年的逐月气象观测资料和TRMM 3B43V7逐月卫星降水数据,运用多种统计指标评估TRMM 3B43V7卫星降水产品在河南省的适用性;采用卫星降水数据代替地面降水资料计算标准化帕尔默干旱指数(SPDI),并寻求最优时间尺度;结合历史干旱事件记载,评估SPDI指数在河南省干旱监测中的适用性。结果表明:TRMM3B43V7卫星降水数据与实测地面降水数据相比,精确度很高(Bias=-0.05)、相关性很强(CC>0.88);由TRMM卫星降水数据计算得到的SPDI指数用于评估河南省历史干旱表现良好,且12个月时间尺度的SPDI指数(SPDI12)适用性最好。鉴于以上结论,可以考虑基于TRMM卫星降水产品和SPDI12指数构建河南省的干旱监测业务化系统。