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。     

卫星遥感降水的反演、验证与应用综述

降水是全球水和能量循环中最重要的变量之一,利用卫星遥感技术获得大范围、高质量的降水产品成为近几年的研究热点和难点,而目前国内还缺少系统性介绍卫星遥感降水反演、验证与应用的成果。回顾了各类卫星降水传感器,对其特点及相应的经典反演算法进行详细描述;总结了包括TMPA、IMERG在内的典型降水产品,并对其在全球和区域性的效果评估进行了展示。最后介绍了卫星降水产品在洪水监测和预报上的应用案例,并对卫星遥感降水产品的未来发展方向进行了展望。在过去几十年,基于卫星遥感的全球降水产品的生产与应用已经有了较为成熟和稳定的发展,相关研究还将继续着重在获取更高时空分辨率的降水产品、复杂地区的适应性、雨雪相态划分等方面。研究成果旨在促进国内相关研究领域的发展。     

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:①IMERG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...     

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。     

新一代GPM IMERG卫星遥感降水数据在中国南方地区的精度及水文效用评估

新一代GPM(Global Precipitation Measurement)IMERG(Integrated Multi-satellit E Retrievals for GPM)卫星遥感反演降水数据产品提供了覆盖范围更大、精度和时空分辨率更高的新的降水数据来源。本文以北江流域为例,基于高精度融合降水数据产品定量评估了新一代准实时"early-run"和"late-run"IMERG产品(IMERG-E和IMERGL)以及非实时后处理的"final-run"IMERG产品(IMERG-F)的精度,并结合VIC(Variable Infiltration Capacity)分布式水文模型评估了该系列产品的水文效用。结果表明:(1)研究区域内非实时IMERG-F产品有着较高的精度,网格尺度上日尺度相关系数为0.65,相对偏差为5.87%,优于上一代3B42-V7产品,而准实时的IMERG-E及IMERG-L产品的日相关系数则为0.6左右,精度同样令人满意;流域平均尺度上各产品精度均进一步提高;(2)情景I(基于站点观测降雨数据率定模型)的水文模拟结果表明,非实时IMERG-F产品表现出较好的水文效用,纳西效率系数为0.622;准实时的IMERG-E及IMERG-L产品虽总体上表现较差,但在汛期表现较好,说明该产品有应用于短期洪水预报的潜力;(3)情景II(基于3B42-V7数据率定模型)的结果表明,各IMERG产品的水文模拟表现均有显著改善,说明3B42历史数据适合在使用IMERG产品进行水文模拟时用于水文模型率定。     

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。     

TMPA 卫星降水数据的评估与校正

卫星遥感降水由于时空分辨率的优势在现代水文模拟中正起着越来越大的作用。本研究对黄河源区的两套卫星降水产品(TMPA准实时3B42RT和研究数据3B42V6)进行了详细评估,结果表明,3B42RT与3B42V6相比会明显高估地面降水,而两者对降水事件的反演能力基本一致。通过引入"降水重心"的概念,两套卫星降水产品均可以基本反映降水的空间分布及长期演变过程。在两者尤其是3B42RT数据的校正中,首先将卫星数据与地面站点月降水对比,再等比例降尺度回日降水,然后尝试逐步订正和最优插值两种残差处理方法,从而使降水量和降水分布的精度进一步提高。最后用校正后的卫星降水驱动分布式水文模型,利用输出径流间接验证校正的效果。     

GPM IMERG卫星降水数据在广西地区适用性分析

为对比评估最新IMERG V6版本的3种卫星降水数据(Early、Late和Final)在广西地区的适用性,利用广西18个地面站点降水数据,选用7个评价指数从降水量误差、季节平均降水量、降水事件探测能力等多方面进行综合评估。结果表明：(1) 3种卫星降水数据与站点降水数据相关性随时间尺度增加均呈递增趋势,在月尺度上表现出较好的探测能力,但三者均存在均方根误差RMSE的时间累积效应。(2) 3种卫星降水数据对广西各季节平均降水量有一定的表征能力,但不同季节差异明显,在冬季的精度表现相对较差。(3) 3种卫星降水数据在地形和气象因素复杂地区的误差较大,降水探测能力存在一定的不足。(4) 3种卫星降水数据均能探测不同强度的降水,在雨季对降水事件识别能力较好,但降水强度加大使卫星探测降水事件准确率下降。总体上,校正延时IMERG-F精度略优于未校正近实时的IMERG-E和IMERG-L,在广西地区具有一定的适用性,但校正过程也存在加重降水量高估程度的现象。     

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...     

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。     

1948～2003年全球陆地年降水量变化特征

研究了1948-2003年全球陆地年降水量的长期变化。研究表明,全球陆地降水量在近56年内平均减少为0．43 mm／a。全球陆地降水量的第一经验正交函数(EOF-1)解释了97．9％的总方差, 它的空间分布与全球年降水量的空间平均图非常相似,EOF-1的时间系数表现为明显的负趋势,趋势系数为一0．37,达到0．0l的显著性,表明全球年降水量明显减少了。此外,研究了全球陆地季、月降水场变化的近期特征,计算了全球36个纬度带平均年降水量的长期趋势,指出有12个纬圈的年平均降水量趋势达到0．05的信度的显著性,其中只有1个纬度带(75°N-80°N)是正趋势。     

面雨量计算方法对水文模拟的影响

面雨量计算方法有泰森多边形法、距离子流域中心点最近法以及网格法等。计算方法不同,往往计算结果也会有所差异,进而对流域水文过程模拟产生影响。基于站网情景随机模拟,采用新安江模型模拟水文过程对比分析了距离子流域中心点最近(DIS)和自然流域结合泰森多边形(TP)两种方法在计算面雨量空间分布和量级上的差异。结果表明:流域现有站网情形下,两种方法对流域多年平均降雨空间分配格局影响不大,但降雨量级相差较大,TP方法对小降雨事件把握更加准确;随机模拟站网情景下,采用TP方法获得的面雨量进行流量过程模拟时,所得结果更加稳定,在数量和过程上均优于DIS方法。     

基于Triple-collocation方法的多源降水产品评估

多源降水产品在过去十几年来得到了广泛的应用,然而在数据缺失区其可靠性检验的难度较大。采用Triple-Collocation(TC)方法可以在未知真值的情况下,对三组相互独立的产品进行交叉评估。基于TC方法,综合评估了卫星遥感产品、再分析产品与地面实测数据集在中国区域的不确定性。研究所选空间分辨率为0.25°,时间分辨率为日尺度,数据选用时段为2013—2015年。首先,在中国南方对TC方法进行可靠性验证。通过与传统方法所得结果(相关性系数CC与均方根误差RMSE)对比,相对偏差仅为4.5%与3.0%,而后将方法应用于整个中国大陆区域(除台湾地区),并重点关注青藏高原数据缺失区。结果显示:在卫星产品中,IMERG整体表现最优;在青藏高原无台站网格点上,IMERG与ERA-interim所得平均CC分别为0.63与0.61,略优于地面实测数据集(0.58),这表明卫星遥感产品与再分析产品在青藏高原区域具有一定的优势和应用潜力;实测数据在台站稀疏区域的高不确定性也得到了进一步验证。研究成果证明了TC方法在中国大陆区域的适用性和可靠性,为数据缺失区的降水产品评估提供新的思路和方法。     

1980—2016年清源河流域降水量时序变化规律及趋势研究

清源河是渭河的上游,属西北内陆典型小流域范畴,位于半干旱气候区,为了流域内水资源能够合理分配,对流域内降水量变化特征进行研究,掌握了其发展规律具有重要意义。本文采用垂直平分法对流域内的年平均降水量做了计算,采用不均匀系数法、集中期、极差法对降水量的年内分配进行了分析;采用线性回归法、斯波曼秩次相关法、Mann-Kendall秩次相关法对年降水量变化显著性进行了检验。结果表明：降水量年内分配极不均,主要集中在5—8月;年际变化趋于稳定,整体呈现不显著减小趋势;枯水期出现周期在2～8年,丰水期出现周期在4～10年,平水期持续时间短;降水量呈现由东北向西南递增趋势。经验证,本次研究成果精度相对较高,可以作为今后区域内水资源量计算等工作的参考依据。     

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。     

Capability of TMPA products to simulate streamflow in upper Yellow and Yangtze River basins on Tibetan Plateau

Due to the high elevation, complex terrain, severe weather, and inaccessibility, direct meteorological observations do not exist over large portions of the Tibetan Plateau, especially the western part of it. Satellite rainfall estimates have been very important sources for precipitation information, particularly in rain gauge-sparse regions. In this study, Tropical Rainfall Measuring Mission （TRMM） Multi-satellite Precipitation Analysis （TMPA） products 3B42, RTV5V6, and RTV7 were evaluated for their applicability to the upper Yellow and Yangtze River basins on the Tibetan Plateau. Moreover, the capability of the TMPA products to simulate streamflow was also investigated using the Variable Infiltration Capacity （VIC） semi-distributed hydrological model. Results show that 3B42 performs better than RTVSV6 and RTV7, based on verification of the China Meteorological Administration （CMA） observational precipitation data. RTVSV6 can roughly capture the spatial precipitation pattern but overestimation exists throughout the entire study region. The anticipated improvements of RTV7 relative to RTVSV6 have not been realized in this study. Our results suggest that RTV7 significantly overestimates the precipitation over the two river basins, though it can capture the seasonal cycle features of precipitation. 3B42 shows the best performance in streamflow simulation of the abovementioned satellite products. Although involved in gauge adjustment at a monthly scale, 3B42 is capable of daily streamflow simulation. RTV5V6 and RTV7 have no capability to simulate streamflow in the upper Yellow and Yangtze River basins.     

基于降水量波动性的抗旱应急预留水量确定方法

为了科学配置抗旱应急水量,将地区性干旱影响程度降到最低,以降水量距平百分率作为干旱判别指标,围绕如何平抑降水量的波动性,设想了两种抗旱应急预留水量确定模型：差额模型和比例模型,以化解降水量波动可能造成的水资源短缺风险。以辽宁省为例,利用国家气象信息中心提供的该省8个气象观测站近54 a(1956～2009年)的降水量数据,得出辽宁省的抗旱应急预留水量。应用结果表明,这两种模型适用于北方干旱地区抗旱应急预留水量的确定,可提高这些地区抗旱应急保障能力。