湘江流域 TRMM 降水数据精度检验

数据精度检验是卫星遥感降水数据应用中的关键问题之一。目前对TRMM数据精度检验多以偏差和相关性分析等方法为主,对不同雨量等级的估计检验比较缺乏。针对湘江流域,引入模糊综合评分方法以解决不同雨量等级降水估计的检验,同时利用泰森多边形法、模糊综合评分方法、相关系数法和散点斜率法,以研究区内14个气象站点实测降水数据为\"真值\",对TRMM 3B42降水数据在日、月尺度分别进行了定性和定量精度检验。结果表明:研究区TRMM 3B42降水数据在月、日尺度上相关系数分别达到了0.93、0.48,前者偏差值Bias比后者低84%,精度更优;在不同降水量级的预测中,精度由好到差依次为小雨、暴雨、大雨、中雨,其中小雨预报精度最好,达到良好水平,其他雨量级预报精度为中等水平。     

乌苏里江流域TRMM降水数据精度评价与修正

将地面站点观测的降水数据作为基准降水数据,评估汛期热带降雨观测计划(TRMM)降水产品3B42研究型数据(V7)与实时降水数据(RT)的日以及月尺度数据在黑龙江省乌苏里江流域的时空精度。结果表明:在时间尺度上,TRMM 3B42V7与3B42RT的日降水数据与站点降水数据相比,均系统性偏小,且相关性不是很好;相对而言,3B42RT与站点数据的偏差程度较小,相关性较好;月尺度数据与日尺度数据相比,月数据精度均有很大提高,且2种产品数据精度相差不大;在空间尺度上,TRMM 3B42V7和3B42RT都能较好地展现乌苏里江流域降水的空间分布特征。针对评估结果,使用加法和乘法模型对TRMM 3B42V7和3B42RT的月降水数据进行修正。修正后,2种TRMM卫星降水产品的月降水数据精度均有提高,并且加法模型修正效果更好。因此,可选取加法模型修正后的3B42RT月尺度降水数据用于汛期乌苏里江流域的相关水文研究。     

基于TRMM 3B43 V7数据的云南降水与干旱监测及精度评价

选取云南省12个分布均匀的气象站点对TRMM 3B43 Version7降水数据进行相关性分析,利用降水Z指数进行干旱监测精度评价,分析云南省15年逐年及特大旱灾实例逐月的干旱时空特征。结果表明:TRMM数据的精度较高,多数站点的相关系数R2均在0.9以上,大部分TRMM数据比实测偏小;就全省而言年降水量有递减趋势,雨季主要集中在5-10月份占全年降水量的85.47%,降水量由东北向西南逐渐增加;单站及全省范围的TRMM-Z指数均与实测旱情趋势一致,其中11个站点的Z指数相关系数R2均在0.7⁰.85左右,全省年尺度TRMM-Z指数精度比单站略高;TRMM-Z指数监测的15年旱情及旱灾实例时空特征与实情相符,旱灾程度略低于实际情况,该监测方法在本区域适用性强。     

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。     

滦河流域TRMM卫星降水数据适用性研究

利用滦河流域8个雨量站点2003—2019年实测降水资料,对TRMM卫星降水数据在滦河流域的适用性进行了评估。结果表明,TRMM降水量与实测降水量具有一致的年内分布规律和时空分布特征。在年、季、月时间尺度上,TRMM降水量具有较高的精度,普遍高于实测值,7月存在低估现象;夏秋季降水精度较高,冬季略差;7—10月精度较高,12月—次年2月精度较差。空间上,TRMM降水量精度随着海拔的降低而增加,在流域中上游TRMM降水量高估,沿海地区略微低估,乐亭站、秦皇岛站存在低估现象。     

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。     

基于TRMM卫星产品的长江流域降水精度评估

卫星降水产品在降水空间格局分析中扮演着重要角色。为分析卫星降水产品在长江流域的应用精度,利用2003~2010年长江流域175个雨量站实测降水资料检验了同期TRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission)降水产品3B42 RTV7及V7的精度。结果显示:(1)长江流域年平均降水总量从东南向西北呈现明显的梯度变化,年降水量从2 000 mm/a减少到400 mm/a,降水空间差异极大,时间分布也不均。(2)RTV7和V7降水产品能够捕捉到长江流域降水空间分布格局,尤其是V7在长江流域有较高的精度,对59.85%流域面积的估算偏差在-10%~10%之间;实时产品RTV7在长江上游存在明显的高估现象,偏差大于50%的流域面积高达33.51%。(3)长江中下游RTV7和V7日降水数据与对应的实测数据相关系数都大于长江上游地区,偏差更小。(4)RTV7和V7降水产品在丰水期的估算精度整体优于枯水期。     

TRMM卫星降水数据在江苏省的适用性评价

利用江苏省内167个雨量站点2000—2013年的实测资料,多尺度检验和探讨TRMM卫星降水数据(TRMM 3B42日降水产品、TRMM 3B43月降水产品)在江苏省应用的可行性。在多年平均尺度上,TRMM降水数据和实测降水数据空间分布上均呈现从南向北递减,但TRMM降水值高于实测降水量。在日尺度上,通过降水频率、漏演和空演率、降水分级分别检验了TRMM 3B42降水数据与实测降水数据的吻合程度,连云港市和宿迁市漏演率和空演率均较低,在该两地可用TRMM反演数据较为准确地判别实际情况有无降水;TRMM 3B42数据对小雨测量的相对误差较大,对中雨、大雨、暴雨的相对误差较小。在月尺度上,通过相关性系数和绝对误差的检验,看出TRMM 3B43数据与地面实测数据一致性程度整体较高,其中在徐州、连云港北部相关性最高,在江苏南部、洪泽湖周边相关性略差。在年尺度上,比较了实测降水数据与TRMM降水数据的变差系数,两者呈现较一致的规律,江苏南部年降水量波动小,北部波动大。     

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。     

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。     

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。     

TRMM数据在京津冀地区干旱监测适用性研究

基于气象站点实测降水数据和热带降雨卫星(Tropical Rainfall Measurement Mission,TRMM)3B43 Version7(V7)降水产品,计算了京津冀地区1998-2017年多时间尺度标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)(SPI-1、SPI-3、SPI-6和SPI-12)。结果表明:TRMM 3B43数据与站点观测月和年降水数据在时空上具有良好的一致性;从时间变化趋势来看,基于TRMM 3B43数据和站点降水数据计算的不同时间尺度的SPI值存在高度一致性;从空间变化趋势来看,基于两种数据计算的京津冀地区25个站点多时间尺度SPI的相关系数均大于0.7,POD值大于0.6,80%以上的FAR值小于0.3,70%以上站点的FBI值在0.9~1.1之间;两种数据计算的干旱的面积百分比基本一致,1、3、6和12个月的干旱面积的CC值分别为0.93、0.95、0.96和0.96。     

Evaluation of high-resolution satellite precipitation products with surface rain gauge observations from Laohahe Basin in northern China

Three high-resolution satellite precipitation products, the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) standard precipitation products 3B42V6 and 3B42RT and the Climate Precipitation Center's (CPC) morphing technique precipitation product (CMORPH), were evaluated against surface rain gauge observations from the Laohahe Basin in northern China. Widely used statistical validation indices and categorical statistics were adopted. The evaluations were performed at multiple time scales, ranging from daily to yearly, for the years from 2003 to 2008. The results show that all three satellite precipitation products perform very well in detecting the occurrence of precipitation events, but there are some different biases in the amount of precipitation. 3B42V6, which has a bias of 21%, fits best with the surface rain gauge observations at both daily and monthly scales, while the biases of 3B42RT and CMORPH, with values of 81% and 67%, respectively, are much higher than a normal receivable threshold. The quality of the satellite precipitation products also shows monthly and yearly variation: 3B42RT has a large positive bias in the cold season from September to April, while CMORPH has a large positive bias in the warm season from May to August, and they all attained their best values in 2006 (with 10%, 50%, and -5% biases for 3B42V6, 3B42RT, and CMORPH, respectively). Our evaluation shows that, for the Laohahe Basin, 3B42V6 has the best correspondence with the surface observations, and CMORPH performs much better than 3B42RT. The large errors of 3B42RT and CMORPH remind us of the need for new improvements to satellite precipitation retrieval algorithms or feasible bias adjusting methods.     

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。     

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。     

黄河流域近50a极端降水指数的时空变化

根据黄河流域80个气象站1957—2008年的逐日降水资料,利用Rclim Dex软件选用了10个极端降水指数,采用Mann-Kendall趋势检验法和线性回归分析法,研究了极端降水指数在年和季节尺度上的时空变化特征。结果表明:极端降水指数中除了Rx5DAY呈显著下降趋势、SDII呈上升趋势外,其他8个指数均呈非显著下降趋势;从极端气候指数的四季变化来看,Rx1DAY和Rx5DAY在夏、秋季的空间分布相似,且数值大于春、冬季的;黄河流域降水量呈逐年减小趋势,极端降水指数的变化趋势不明显,但存在时空差异。