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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于卫星数据的淮河流域干湿分析及效用评估

选取淮河流域为研究区域,以26个地面气象站的降水数据为基础,评估了TRMM 3B42V7型降水数据的精度,并采用上述两种降水数据,借助标准化降水指数研究了多种时间尺度的流域干湿变化,然后将TRMM卫星降水数据计算结果与地面气象站降水数据计算结果进行比较,评估了TRMM卫星降水数据的干湿分析效用。结果表明:1TRMM3B42V7型数据在月尺度上精度较高、可信度高;2在栅格尺度上,地面气象站降水实测数据和TRMM数据计算结果的相关性较好,其中SPI6s的精度最高,回归分析表明SPI1s精度与纬度和高程变化关系显著,其他仅有CSI3与纬度、CSI6与高程、CSI12与高程的回归方程通过了显著性检验;3在区域尺度上,河南、山东、安徽和江苏四省两种数据计算结果的相关性较好,SPI6s的评价精度最高,而山东省SPI6s和SPI6g的一致性较差;4全流域尺度上SPIs和SPIg的一致性较好,其中SPI6s的精度仍为最高。     

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。     

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。     

基于TRMM降水数据的不同时间尺度降水特征分析——以内蒙古地区为例

为全面细致地研究内蒙古地区降水的时空变化,利用2001～2018年气象站实测的降水数据对TRMM 3B43 V7降水产品进行精度评估,并基于TRMM数据采用Sen-MK检验和变异系数法对内蒙古地区进行降水时空特征分析。结果表明:(1)月、季、年尺度TRMM降水数据与气象站点实测数据之间呈显著正相关,拟合优度均达到0.85(P0.01)以上,具有较好的一致性。(2)在时间分布上,年降水量介于228.95～403.80 mm之间,多年平均值为301.59 mm,近18 a降水量呈上升趋势,上升速率为44.96 mm/(10 a),2011年是降水累积量由下降至上升的转折点。除了春季,其余季节的降水均呈上升趋势,其中夏季和秋季是年降水量增加的主要贡献者。(3)在空间分布上,降水量由内蒙古的东北向西南呈条带状逐渐减少,大部分地区降水有增加的趋势。降水量减小的地区主要位于西部的阿拉善高原,且其降水波动最为剧烈,东部降水量变化较为均衡。四季降水量呈增加趋势的面积均高于呈减小趋势的面积,其中,夏季降水量呈显著增加趋势的面积为四季中最大。     

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。     

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。     

基于TRMM降雨数据的西南地区特大气象干旱分析

依照本文构建的基于降水距平百分率的气象干旱标准,借助ArcInfo、Envi等分析工具,采用TRMM卫星3B42和3B43降雨数据集对我国2010年年初气象干旱进行分析。分析结果表明:2010年3月,我国西南地区云南、贵州、重庆、四川、广西旱情十分严重,甘肃、湖南等地旱情也比较严重;截止2010年3月底,西南5省除重庆外,均未出现旱情缓解趋势,旱情可能继续发展。同时说明TRMM降雨数据的气象干旱监测效果较好,可应用于我国大尺度气象干旱监测分析。     

基于TRMM降雨数据的我国2010年春季西南地区特大气象干旱分析

依照本文构建的基于降水距平百分率的气象干旱标准,借助ArcInfo、Envi等分析工具,采用TRMM卫星3B42和3B43数据集对我国2010年年初气象干旱进行分析。得出：1）2010年3月,我国西南地区云南、贵州、重庆、四川、广西旱情十分严重,甘肃、湖南等地旱情也比较严重。2）截止2010年3月底,西南五省除重庆外,均未出现旱情缓解趋势,旱情可能继续发展。分析结果表明：TRMM降雨数据的气象干旱监测效果较好,可应用于我国大尺度气象干旱监测分析。