多时间尺度下遥感降水产品与再分析降水产品在海河流域适用性对比分析

为了综合评估热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)、全球降水测量计划(global precipitation measurement,GPM)遥感降水产品和MERRA-2再分析降水产品在海河流域的适用性,基于流域内57个气象站点2014年3月—2018年2月期间的逐日实测降水数据,选用相关系数、均方根误差、平均绝对误差、相对误差等评价指标,对比分析三者在海河流域年、季、月多时间尺度观测精度.结果表明:在年、季、月时间尺度上,GPM数据与站点实测数据的相关性均为最优,TRMM相关性均最弱.在3种时间尺度下,MERRA-2再分析数据在海河流域的数据精度最高,GPM次之,TRMM数据误差最为明显.TRMM、GPM在年度、季度降水量上均存在一定的高估现象,TRMM表现出对降水的高估现象更加明显,但是夏季GPM相对误差略高于TRMM数据.总体上,3种降水产品在海河流域均具有较好的适用性,但MERRA-2与GPM在海河流域的适用性较好且优于TRMM,GPM在弱降水观测能力方面较TRMM明显增强,但强降水监测能力仍有待提升.     

陕西秦巴山区TRMM 3B42卫星降水数据精度评价

选取具有代表性的陕西秦巴山区,利用1998—2014年23个气象站点实测降水数据对TRMM 3B42卫星降水数据在不同时间尺度和地形区域的精度进行对比验证,并对TRMM 3B42数据的降雨事件探测能力进行评价。结果显示:TRMM 3B42数据在年、季、月尺度上具有较高的精度,日尺度精度相对较差,降雨事件探测能力表现良好,各站公正预兆评分SET平均达0.38。TRMM所反映的降水变化过程与实测降水过程基本一致,但在降水量上存在一定差异,在降水集中的5—10月,盆地区域TRMM高估降水,而山地区域低估降水,高低估范围在10%以内;在降水干季,TRMM降水与实测降水拟合良好。TRMM精度受站点海拔和年均降雨量影响,海拔越高,降水误差越小,对降雨事件探测能力越弱,年均降雨量影响则相反。     

基于TRMM数据的拉萨河流域降水时空分布规律研究

以拉萨河流域为研究区,通过与流域内地面站点降水数据的对比研究,在月和年尺度上评估了热带降雨观测计划(TRMM)降水数据的精度,并研究了拉萨河流域降水时空分布规律.结果表明,在月尺度上,TRMM降水量与站点实测降水量相关系数R2为0.96,平均绝对偏差MAE为7.1mm,纳什效率系数NSE为0.93;在年尺度上,两者的相关系数R2为0.86,平均绝对偏差MAE为57.1mm.总体上说,卫星降水数据与地面降水数据在拉萨河流域具有良好的一致性,较高的精度和可信度.在降水空间分布上,拉萨河流域整体呈现由东南向西北递减的趋势;在降水时间分布上,大部分降水集中在6~9月,最大值在7、8月,两月总降水量为303.1mm,占全年降水的50.4%,11月至次年3月很少有降水发生,最小值在12月,为1.8mm,仅占全年降水的0.3%.     

雅鲁藏布江流域TRMM降水数据降尺度研究

为了获取我国西南典型缺资料地区雅鲁藏布江流域较高时空分辨率的降水空间分布数据,开展了复杂地形条件下的卫星降水资料降尺度方法研究.构建了基于TRMM降水数据的雅鲁藏布江流域降水时空降尺度模型,并利用搜集的降水实测数据对模型进行了率定和精度验证,结果表明:1)研究提出的水汽运移距离因子在雅江流域与降水具有很强的相关性,在构建的空间降尺度模型中其显著性优于传统地形指示因子DEM;2)TRMM降尺度结果较原始降水数据空间分布更为合理性且细节刻画能力更强,但统计精度月际差异明显,月R2值主要集中在0.5~0.9之间,RMSE值在3.7~40mm之间波动,且整体呈现随月降雨量增加而增大的趋势,个别月份由于降水观测极值出现而导致R2值不足0.1.日尺度上,降尺度结果受原始TRMM降水数据精度影响,平均精度R2不足0.3.     

基于TRMM降水数据的陕西省干旱分析

针对气象站点观测数据不能测量大范围区域降水量的情况,以陕西省为研究区,以其境内20个气象站点的实测降水量为"真值",采用一元线性分析法分别在月尺度和年尺度上验证TRMM 3B43(热带卫星降水数据)与实测降水量的一致性.以Pa指数(降水距平百分率)作为评价干旱的指标,分析2007—2016年陕西省干旱发生的分布情况.研究表明:TRMM 3B43能够较为准确的表示陕西省的降水量情况;陕西省的降水量分布大体呈现南多北少,且大部分降水集中在6—9月份,11月—次年3月降水量较少;陕西省存在较为明显的干旱化趋势;陕北地区干旱情况发生较为频繁,干旱发生频率在80%以上,干旱面积明显大于关中以及陕南地区.     

三峡库区(重庆段)TRMM降水实用性分析及时空特征

以三峡库区(重庆段)为研究区,利用17个气象站点的实测降水量分别在年、季、月尺度上验证TRMM(Tropicalrainfall measurement mission)卫星降水数据的精度,并基于TRMM降水数据分析了研究区的降水时空分布特征。结果表明:①TRMM降水与站点实测数据存在显著的线性相关性,数据在该研究区具有较好的实用性。年尺度上,拟合优度R2=0.79,通过a=0.01置信度检验,相关系数R=0.89;季尺度上,各季节都通过a=0.01置信度检验,春季拟合优度相对较低(R2=0.62);月尺度上,拟合优度R2=0.71,通过a=0.01置信度检验,相关系数为0.84。②降水空间分布整体上呈由西南向东北逐渐递增的趋势,高值区分布在东北部区域,低值区分布在西南部区域,中值区分布在中部、南部以及西部的山脊边缘区域。③降水差异显著,夏季最多,冬季最少;大部分降水集中在5~8月,占全年降水的60%左右,12月到第二年2月降水仅占全年的5%左右.
     

湘江流域多源降水与气温产品组合的径流极值模拟精度评价

为探究卫星遥感、再分析产品等多源数据组合径流极值模拟的精度,选取湘江流域TRMM、PERSIANN-CDR、CFSR以及实测数据的8种降水与气温组合,利用水文模型探究不同组合在各径流极值序列中的模拟精度。结果表明：在无实测数据的组合中,TRMM降水与CFSR气温、PERSIANN-CDR降水与CFSR气温2种组合的模拟结果分别最接近径流极高值与径流极低值实测值;除基准组合(实测降水、实测气温),实测降水与CFSR气温、TRMM降水与实测气温分别是径流极高值、径流极低值模拟精度最高的组合;在各径流极值序列中,CFSR降水与CFSR气温、CFSR降水与实测气温2种组合皆严重高估径流极值,最大高估可达651%,表现出模拟误差随径流值减小而增大的特征,其余组合皆低估径流,最大低估可达67.48%,且呈现出误差随径流值减小而减小的特点;降水产品在不同的径流极值序列中表现出的极端降水特征不同,径流极高值序列中TRMM较其他2种降水产品更能反映极端降水的发生频率以及无雨历时等特征,径流极低值序列中PERSIANN-CDR降水对极端降水强度、总量以及连续湿日特征的体现最好。     

三峡库区(重庆段)TRMM降水实用性分析及时空特征

以三峡库区(重庆段)为研究区,利用17个气象站点的实测降水量分别在年、季、月尺度上验证TRMM(Tropical rainfall measurement mission)卫星降水数据的精度,并基于TRMM降水数据分析了研究区的降水时空分布特征。结果表明:①TRMM降水与站点实测数据存在显著的线性相关性,数据在该研究区具有较好的实用性。年尺度上,拟合优度R2=0.79,通过a=0.01置信度检验,相关系数R=0.89;季尺度上,各季节都通过a=0.01置信度检验,春季拟合优度相对较低(R2=0.62);月尺度上,拟合优度R2=0.71,通过a=0.01置信度检验,相关系数为0.84。②降水空间分布整体上呈由西南向东北逐渐递增的趋势,高值区分布在东北部区域,低值区分布在西南部区域,中值区分布在中部、南部以及西部的山脊边缘区域。③降水差异显著,夏季最多,冬季最少;大部分降水集中在5~8月,占全年降水的60%左右,12月到第二年2月降水仅占全年的5%左右。     

基于TRMM数据的西南地区年降水时空特征研究

【目的】深入了解中国西南地区(川、渝、黔、滇)降水资源变化的时空分布规律。【方法】利用1998—2014年TRMM 3B43 V7数据,采用非参数Mann-Kendall趋势检验、Sen-Median趋势分析、变异系数和Hurst指数对西南地区降水进行了分析。【结果】1)西南地区TRMM 3B43 V7月降水数据和年降水数据与地面121个实测站点数据间具有较高的相关性,TRMM 3B43 V7数据在西南复杂地貌区域具有较高精度;2)1998—2014年西南地区的降水呈下降趋势,其中研究区内云南省下降最明显;3)西南地区年均降水从西北往东南方向呈现出“低-高-低-高”的特征,研究区年均降水量主要集中在500~1500mm之间,占整个区域的96.3%;4)近17a西南降水量呈下降和增加趋势的面积分别占整个西南地区的70.08%和21.97%,稳定区域只有7.95%;5)降水的变异系数在0.048~0.229之间,西南地区年降水的波动变化较小;6)西南地区96.12%的区域呈现出正向持续性,68.15%区域降水将持续减少,只有20.77%的区域降水将增加。【结论】TRMM3B43V7降水数据在西南地区适应性较好,可以为西南地区水资源研究、极端天气灾害预警及水土流失等生态问题提供科学依据。
     

基于地形因子的TRMM 3B43降水数据在黄河源区的融合校正研究

遥感降水产品具有受地形影响较小,且覆盖面积广泛的优势,对研究大尺度水量平衡具有重要价值.但遥感降水反演受传感器精度、反演算法等影响,数据精度具有区域性、系统性、季节性的偏差,研究遥感降水数据的区域特征及融合校正方法对遥感降水数据的应用具有重要意义.本文结合地形因子和气象站实测降水数据对黄河源区TRMM 3B43遥感降水数据进行融合校正,并对校正后的遥感降水数据的精度进行评价.研究表明,(1)纬度、高程、坡度、坡向等21个因子与TRMM 3B43月降水显著相关;(2)采用逐步回归、BP神经网络、GWR地理加权回归3种校正方法,校正了TRMM 3B43月降水数据,并采用6个指标对校正后的月降水数据进行评价;(3)3种方法校正后的降水数据比原始TRMM 3B43数据精度有所提高. 3种校正方法在暖季(4～10月)校正效果优于冷季(11月到次年3月). GWR地理加权回归校正效果最好,校正后的TRMM 3B43月降水在暖季各月R~2接近0. 8,且对偏差的调整效果更为显著,校正后的降水显著的降低了相对偏差,相对偏差接近0,各月的绝对误差也降低了1～5mm.     

TRMM多卫星测雨数据在赣江上游径流模拟中的应用

选取赣江上游峡山站以上集水区域为研究区域,以雨量站观测数据为基准数据,评估热带降雨观测计划TRMM一3842V6降水数据的精度,并采用上述2种降水数据驱动栅格型新安江模型,模拟赣江峡山站日流量和月流量过程．结果表明,尽管TRMM日降水数据较雨量站数据存在较大偏差,但采用TRMM降水数据模拟的日流量能基本再现峡山站的日流量过程;TRMM月降水数据精度较高,能够较为精确地模拟峡山站的月流量过程．因此TRMM月降水数据可应用于赣江流域的降雨．径流过程模拟,在无资料地区的水文预报、水资源估算、水资源评价与规划等相关研究领域具有广阔的应用前景．     

气候变化对我国华南沿海地区水资源的影响——以南流江流域为例

为研究气候变化对我国华南沿海地区的水资源的影响,以南流江流域作为研究对象,应用具有物理机制的分布式水文模型SWAT对流域径流进行模拟。以常乐站1970~1994年月径流数据对模型进行率定,以1995~2013年月径流数据进行验证,基于南流江流域气候变化预估成果设置20种未来气候情景,模拟不同气候变化条件下的流域水文过程,计算不同情景下南流江流域径流及蒸散发的变化,分析气候变化条件下的水资源响应程度。结果表明:月径流模拟值与实测过程线总体拟合程度很好(R20.85,Ens0.8),SWAT模型在南流江流域具有较好适用性;降水是影响南流江流域径流变化的主要气候因子,而影响蒸散变化的主要气候因子是气温。降水不变时,气温每上升1℃,年均蒸散发量增加9.1 mm,年均径流量减少9.2 mm;气温不变时,降水量每增加10%,年均蒸散发量增加5.1 mm,年均径流量增加159.3 mm。预计到本世纪中叶,南流江流域年均径流变化幅度为-29.6%~27.6%,到本世纪末的变化幅度为-30.5%~26.7%,这将对南流江流域带来一系列的问题与挑战。     

淮河流域典型洪水年流量空间分布的季节特征

为了分析淮河流域洪水过程空间分布的季节变化特征,提高对典型洪水过程的认识,以TRMM 3B42卫星降水数据为驱动资料,利用分布式陆面-水文模型(LSX-HMS)模拟淮河流域典型洪水年(以2003年为例)的流量过程.结果表明:TRMM 3B42卫星数据能够较好地反映淮河流域降水的时空分布;LSX-HMS模型对流量时间变化过程的模拟精度较高;逐月流量空间分布给出了流域洪水过程的季节变化特征,准确反映了流量从南向北推进进而消退的空间演变过程.分布式水文模型对流量空间分布的模拟预测有助于流域洪水事件的预警与管理.     

基于地理加权回归模型和不同植被特征参数的TRMM 3B43降尺度研究——以云南省为例

为了将空间分辨率约为27 km×27 km的热带降水测量计划卫星(TRMM) 3B43数据降尺度为1 km×1 km,并对比不同植被参数下TRMM 3B43降尺度效果,以云南省为研究区, TRMM 3B43卫星降水数据、MOD13 A3归一化植被指数(NDVI)和增强型植被指数（EVI)数据、MOD17A2H GPP数据、气象站点月降水数据等为数据源,基于地理加权回归模型,开展不同植被特征参数的TRMM3B43降水数据降尺度研究,采用线性相关系数、偏离率和均方根误差验证云南省整体、不同气候区及单气象站点TRMM数据的降尺度精度.结果表明,不同植被特征参数中,以植被总初级生产力、NDVI数据为基础的降尺度结果为佳,利用EVI进行降尺度的结果较差;各时间尺度下,以月尺度的降水数据降尺度结果最佳,其中降雨量较多的月份相关性更高,其次为季节尺度,其中以秋季降尺度最佳,年尺度下的降尺度综合精度评价结果较差;不同气候带下,边缘热带区域内TRMM降尺度效果最佳,其次为南亚热带和中亚热带,高原气候区TRMM降尺度结果稍差;单气象站点中,江城、丽江等站点处的TRMM降尺度效果最佳,贡山站点降尺度效果最差...     

多源降水量数据融合分析及评价

利用2018年5月贵州省黔西南州自动气象观测站的降水量资料、兴义站雷达资料和CMORPH卫星降水反演产品资料,采用最优插值法对3种降水量数据开展融合试验.试验设计4种降水量数据融合方案,分别对融合的降水量数据进行区域精度检验.结果表明,经概率密度匹配法订正后的卫星-地面融合降水量与订正之前相比,相关系数由66.19%提升至79.68%,偏差由-0.544mm/h降至-0.247 mm/h,均方根误差由2.944 mm/h降至1.353 mm/h.当融合降水模型仅输入2种降水量数据源时,具有较高精度的一方对融合降水量的精度影响更大.卫星-雷达-地面数据融合降水量的相关系数为81.32%,偏差和均方根误差分别为-0.219、 1.037 mm/h,精度高于其他降水量数据融合方案,说明融入更多有效降水量数据源能明显提高面降水量的精度.     

长三角地区常用遥感降水产品质量评估

长三角地区是中国经济最发达地区之一,选定较好的卫星降水产品是进行科学防灾减灾的重要环节.基于地面气象站降水实测数据,采用7种指标对目前中外常用遥感降水产品热带降水任务卫星(tropical rainfall measurement mission,TRMM)、气候预测中心校正产品(climate prediction center morphing technique,CMORPH)、全球降水计划数据集(global precipi-tation measurement,GPM)以及中国自动站与CMORPH降水产品融合数据集(China merged precipitation analysis,CMPA)在长三角地区的适用性进行评估.结果表明:在年尺度,CMPA产品质量最优,相关系数达到0.95;在季节尺度,冬季GPM最优,夏季TRMM最优;平原地区比山区地区的产品质量要好.融合多降水产品的高精度产品未来将成为科学防灾减灾的重要数据.     

江西信江一级支流丰溪河流域大气降水特征分析

为了解江西省上饶市年内降雨变化特征,以上饶市丰溪河流域内降雨为研究区域,收集2020年3月至2021年2月中24 h降雨量大于等于5 mm的降雨.主要监测降水pH、电导率和常量离子浓度,以得到丰溪河流域内大气降水水质时空分布规律.调查数据结果表明:丰溪河降水时间分布极不均,降雨主要集中在3-9月,占全年降雨总量的87.1％,降雨量极差为657.8 mm,流域降雨呈现从南到北逐渐增强趋势,年最大降雨量流域北部的鹤山,年最小降雨量出现在流域南部的下会坑;酸雨频率为26.2％,全年pH平均值为5.79,有显著的季节差异,冬季＜春季＜秋季＜夏季;SO42-、NH4+、Ca2+和NO3-为降水中主要离子,总无机离子加权平均浓度顺序为冬季＞春季＞秋季＞夏季,与降水量呈负相关;降水离子与降水量加权年平均浓度分布规律为城区＞郊区＞农村＞山区背景值站;SO42-/NO3-在1.66 ～4.91之间,平均值2.16,属硫酸-硝酸的混合型污染,人为源对大气环境产生了一定影响.     

黑河上游天涝池流域生长季地下水动态

选择祁连山中部黑河上游天涝池流域为研究区,于2015年生长季(5-10月),利用HOBO U20-001-04自计式水位计对流域出口地下水位进行观测,结合气象数据,分析流域地下水动态.结果表明:距河道由近及远,地下水埋深逐渐增加;从平均状况看,5-6月中旬,地下水位缓慢抬升,6月中旬-7月水位抬升最为明显,7月初达到最大值;7月中下旬-8月,地下水位波动,9月以后处于稳定状态;5-10月整个雨季的总降水量为299.95 mm,水位变幅为1.374 m.地下水位埋深5-6月中旬受降水和气温共同影响,气温占主导作用,6月中旬-9月主要受降水量的制约.降水对地下水的补给具有滞后和累加效应.     

WRF和GLDAS降水数据在黑河上游山区流域的比较与分析

参考黑河上游4站点的观测数据,用包含多统计指标的全面评价方法评价了20042009年WRF制备的5 km,1 h降水数据和空间插值后的5 km,3 hGLDAS降水数据.结果表明两者对降雨的时空分布表现均优.WRF产生的<1 mm和>8 mm降水的总日数、总量更符合实际降水情况,但缺少1~8 mm的降水,春季降水峰值偏大,总降水日数偏少.GLDAS降水和观测的相关系数更高,但年降水量偏少;<1 mm降水日数、总量过多,>2 mm降水日数偏少,春季降水峰值过大.由此两组数据驱动模型模拟时,需考虑数据本身的特点,同时黑河流域仍迫切需要更精确的降水数据.     

新疆博斯腾湖流域气温降水变化特征分析

分析了博斯腾湖流域近51 a气温降水变化特征,结果表明:1)近51 a博斯腾湖流域平原区平均温度以0.313℃/10 a的速度上升,高于整个南疆地区,与全疆变化一致;流域山区增温趋势较快,平均以0.328℃/10 a的速度增温,冬季增温显著,暖冬趋势明显;2)近51 a平原区降水以2.639 mm/10 a的速度增加,年际变化比较大,降水量的增加显著于温度的增加.流域山区年平均降水量以13.045 mm/10 a的速度增加,相关系数为0.387;3)温度和降水在平原区没有明显相关性,但在山区温度高时降水量大,温度低时降水量小,呈现明显的正相关;4)平原区温度和降水用Mann-kendall方法检验没有达到突变水平,山区温度在1997年发生了由低向高的突变,降水在1990年发生了由低向高的突变.