基于GRACE陆地水储量估算土壤湿度变化——以中国东部季风区为例

为探究获取高精度土壤湿度变化数据的新方法,选取2005年1月至2012年12月为研究时段,利用GRACE重力卫星反演降尺度得到的空间分辨率为0.25°×0.25°的陆地水储量变化数据和GLDAS-NOAH陆面模式模拟的地表径流、积雪深以及实测地下水位等数据,基于水量平衡原理估算东部季风区6个主要流域的土壤湿度变化数据,反演深度范围可达0～200 mm。从时空相关性、均方根误差、趋势度等方面,与AMSR-E、ERA-Interim、MERRA2、ASCAT、GLDAS-NOAH、GLDAS-Mosaic、GLDAS-Catchment共7种土壤湿度产品进行对比验证。结果表明:估算的土壤湿度变化数据优势明显,在珠江流域表现最好,与上述产品的皮尔逊相关系数分别为0.70、0.79、0.86、0.85、0.81、0.50和0.51;与MERRA2、ASCAT、GLDAS-Catchment的单变量Moran′s I较为相近,分别为0.67、0.80和0.74,且与其他产品的均方根误差均较小,大部分控制在0.25～0.30;各种产品的土壤湿度变化在黄河流域表现一致性较差,皮尔逊相关系数均在0.41以下,变化趋势也不尽相同。     

基于同化数据的GRACE卫星反演中国陆地水储量变化降尺度分析

利用GRACE重力卫星反演得到陆地水储量变化受数据低空间分辨率的限制,目前仅应用于大尺度的空间范围内,为此提出一种简易的降尺度方法将GRACE陆地水储量变化精度提高了16倍。借助全球水文模型模拟的陆地水储量变化数据,在中国九大流域上进行分区对比分析,发现高分辨率数据基本保持了原始数据的时空变化趋势,同时又增加了水文模型模拟的水储量变化信息。此外,利用全国455个地下水位监测站的水位数据,验证了降尺度后的陆地水储量变化数据,可知高分辨率陆地水储量变化数据与实测地下水变化值的相关系数最高达0.847,普遍高于低分辨率GRACE陆地水储量变化值与实测地下水变化值的相关系数,证明降尺度后的数据更加准确有效。进而基于降尺度数据,利用EOF方法分析了2005年1月~2012年12月中国各地陆地水储量变化的时空变化特征,即在总体趋势上,长江流域及以南地区春夏两季的陆地水储量有明显增加,华北地区的地下水超采及南方流域的极端气候事件为影响该区域陆地水储量异常的重要因素。