结合TRMM数据的区域降水高精度曲面建模研究

高精度曲面建模方法（High Accuracy Surface Modeling, HASM）,从理论上解决了传统方法在插值过程中峰值削平和边界震荡等问题。其模拟精度相对于经典插值方法有很大提高,已成功应用于人口密度、土壤属性,以及气候要素等领域的空间制图。然而,由于地面气象站点数量和分布的限制,使得HASM仅依靠站点数据难以得到高精度的空间降水估计数据,因此,本文以地貌与气候类型复杂多样的我国中西部地区2010年年降水量空间分布模拟为例,采用混合插值法进行HASM区域降水模拟。结果表明,TRMM作为背景场的HASM模拟的年降水量精度,在全局和局部明显优于IDW、Spline和Kriging等经典插值方法的结果,作为背景场的HASM模拟精度,MAE和RMSE分别为125.15 mm和155.80 mm,其他方法最好的模拟结果比其误差值分别高出53.6%和54.5%;其模拟误差在不同子区域都较小;各种方法在平原的精度都高于山区的精度。     

虚拟站点在黑河流域降水模拟中的应用

降水作为气候系统的关键因素,也是影响区域植被生长以及生态变化规律的重要因子。本文针对黑河流域气象站点分布稀疏情况,采用信息熵及半变异函数理论构建该流域虚拟气象站点,并结合部分已有站点对整个流域降水进行插值模拟。信息熵可以计算每个站点降水值所包含的信息,通过联合熵以及条件熵来依次选取所含信息量多的站点,同时结合半变异函数模型来观察各站点之间的空间相关性,以此构建最优站点数据集。利用1991-2003年该流域15个气象台站的年平均降水量作为基础数据,考虑高程、坡度、坡向对降水的影响,对降水进行相关性分析,建立回归方程反演虚拟站点降水值。最后,采用协同克里金（Co-Kriging）与具有漂移的克里金（KED）方法对该流域进行插值,对比插值精度。结果表明,增加虚拟站点有效提高了降水插值精度,在该情况下使用KED方法插值结果与观测值最接近。     

河南省雨季降水时空变异特征分析

降水的时空变异分析是认识区域水资源形成与演变的重要方法。时空变异特征分析不仅可以系统地对降水的时间序列进行分析,而且能从空间上把握降水的分布格局。本文将河南省近51年雨季降水资料,结合数字高程模型(DEM),利用回归分析、空间自相关分析、空间插值模拟及交叉验证等,对河南省降水时空变异特征进行分析。结果表明:(1)河南省雨季降水整体来看呈增加趋势,近年来尤为明显;但9月份表现异常,呈下降趋势。(2)月降水量差异明显,最大降水量在7月份,平均达到178.3 mm;(3)在空间上降水呈现出明显的南多北少,东多西少的格局;有明显的集聚特点,在南部以罗山、潢川为中心形成降水丰沛聚集区,北部以辉县为中心形成降水稀少聚集区;林县、栾川和西峡表现为空间例外,明显高于相邻区域的降水量。     

最优插值法在对中国自动站降水量空间分析中的参数优化

探讨了利用最优插值对中国3万多个自动站小时降水数据进行空间分析时核心参数(数据信噪比、相关随距离的变化关系等)的优化和确定方法,其中优化的数据信噪比约为0.3,相关随距离增加呈e指数递减关系。研究表明:当站网密度差异较大时,通过确定影响台站数来进行空间插值,一方面可以提高站点稠密区的插值效率,另一方面可以提高站点相对稀疏区的插值精度。另外,探讨了最优插值中初估场对插值结果地影响,认为采用气候标准值生成的初估场能显著降低插值结果的随机误差,其结果比采用同时刻的降水分析场作为初估场更稳定。     

东北地区TRMM数据降尺度的GWR模型分析

利用东北地区2000-2010年93个气象站点观测数据作为“真实值”,对TRMM降水数据进行精度验证,发现研究区TRMM降水数据与观测数据之间具有明显的线性相关性,且TRMM降水数据数值偏大于观测值,表明TRMM降水数据在东北地区具有一定的可信度。对东北地区多年平均、2001、2010年的TRMM数据,进行GWR模型降尺度研究,得到1 km的新降水数据,并与全局OLS回归模型进行对比。结果表明：（1）相比全局OLS回归模型,GWR模型的降尺度结果可获得更好的R与RMSE,说明GWR模型更适用于东北地区TRMM数据的降尺度研究;（2）东北地区GWR模型的降尺度分析结果与观测数据之间的相关系数在0.44-0.97之间,且分布较分散;（3）经过降尺度的TRMM降水数据,在空间分辨率上有较大提高,能更真实地反映研究区的降水特征,为该数据小尺度的应用研究奠定基础。     

基于TRMM资料对台风结构和降水的研究进展

总结了台风结构和台风结构对台风降水的影响以及TRMM卫星资料的应用和基于TRMM资料的台风降水结构的研究进展。概括了台风暖心结构、螺旋结构和雨带不对称结构的表现以及台风结构变化对台风降水的强度和分布的影响,阐述了TRMM资料分析台风降水三维结构的研究成果,简要展望TRMM卫星资料研究台风降水和结构的发展。     

广西非气象参数Tm模型研究

通过分析广西4个探空站资料，结合GGOS Atmosphere格网Tm数据，建立随高程增大的温度递减率模型。根据温度递减率模型分别采用反距离加权法、双线性插值法、新反距离加权法和新双线性插值法计算探空站Tm，通过分析插值误差建立广西非气象参数Tm模型，并与Bevis模型、中国东部模型、广西模型进行比较。结果表明，温度递减率模型的Tm插值精度相对其他3种模型有比较明显的提升，4种方法的平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE）在1~2 K之间；广西非气象参数Tm模型的插值精度得到进一步提高，百色站的MAE约为2 K，其余站点的MAE和RMSE均在1 K左右，能满足可降水量反演的精度要求。     

插补GNSS坐标时间序列的改进DINEOF算法

针对GNSS坐标时间序列插补中数据插值经验正交函数（data interpolating empirical orthogonal functions,DINEOF）算法受低相关度站点影响、连续长空缺插值效果欠佳的问题,提出相关数据插值经验正交函数（coefficient data interpolating empirical orthogonal functions,CDINEOF）算法。首先计算目标站点与其周围站点数据的相关度,然后筛选出相关度较高的数据构建观测矩阵,最后采用DINEOF算法对观测矩阵中的缺失数据进行插补。通过模拟数据和实测数据验证新方法的可行性,并与DINEOF算法和多项式插值法的结果进行对比分析。模拟数据实验结果表明,当观测数据存在连续长空缺时,CDINEOF算法的插值效果优于DINEOF算法和多项式插值法。实测数据实验结果表明,CDINEOF算法在保留方差最大化方面效果最好,与DINEOF算法和多项式插值法相比分别提升了11.8%和6.7%。     

遥感及再分析降水产品在缺资料干旱内陆盆地的适用性评估

山区降水较集中,但降水测站多位于山谷或人口密集区,代表性差。遥感和再分析降水产品能提供时空分布连续的数据,不受地形条件限制。柴达木盆地中心属干旱荒漠区,水是制约该区开发的首要条件,其四周属高寒山区,降水相对较多,但降水监测十分薄弱。为获取该区相对精确的降水时空分布信息,本文评估了4套高分辨率降水产品（CMADS、TRMM、GPM和MSWEP）的适用性。首先基于地面站点数据评估它们在不同时空尺度上的精度,并分析它们在柴达木盆地的空间分布和年内分配特征。然后,以盆地东南隅的无测站山区香日德河流域为研究区,利用降水产品驱动SWAT模型来评估它们的分布式水文模拟适用性。结果表明：① MSWEP在年、月尺度上与站点降水的吻合程度最高（R ≥ 0.79,PBIAS = 0.5%）,其次是GPM和TRMM,CMADS精度最低（R ≥ 0.64,PBIAS = 5.8%）;② 从降水精度与站点高程的关系来看,降水产品在相对低海拔区容易高估站点降水,而在相对高海拔区常低估实际降水;③ 在香日德河流域,MSWEP（NSE = 0.64）在基准期（2009—2012年）的径流模拟表现明显好于其它降水产品（NSE = 0.36~0.59）,变化期（2013—2016年）表现最好的是CMADS（NSE = 0.75,其余产品NSE = 0.53~0.68）。本研究可为缺资料干旱山区获取精确的降水时空信息和后续水资源的科学管理与规划提供重要支撑。     

面向稀疏散布数据集的时空Kriging优化

时空Kriging法通过将变异函数向时空域进行扩展得到时空变异函数,有效地利用时空邻近的采样点综合进行插值,由于时空稀疏散布数据集具有单一时刻下样本点数量少以及时空分布不规律的特点,难以满足使用时空Kriging插值法的基本条件,导致插值精度不高,据此本文提出了优化方法：通过多时段叠置拟合空间变异函数的方法,综合利用时空邻域内的采样点以解决单一时刻下空间邻域内数量不足情况;控制时间变异对空间变异函数拟合的误差影响;采用积合式模型构建时空变异函数进行插值。最后使用Argo海温数据进行插值实验,在相同条件下与时空Kriging法以及时空权重法的交叉验证结果对比得出,该方法在保证拟合所需采样点数量要求的同时,有效削减了一般时空Kriging法中时间变异对空间变异函数拟合结果的干扰,插值结果的绝对误差均值从0.5降低至0.2以内,稳定性进一步增强,改善了时空Kriging法在稀疏散布数据条件下精度上的不足。     

气温插值中不同空间插值方法的适用性分析——以江苏省为例

气温是最重要的气象因子之一,空间插值为台站气象数据降尺度提供了有效方法.本文利用江苏省67个气象台站2003年的逐日气温资料计算逐月平均气温和年平均气温,结合空间分辨率为30mX 30m的DEM数据,分别利用反距离权重法、张力样条插值法、普通克里格插值法和协同克里格插值法,对月和年平均气温进行插值,并利用交叉验证法对插...     

Hydrological Simulation Using TRMM and CHIRPS Precipitation Estimates in the Lower Lancang-Mekong River Basin

Satellite-based products with high spatial and temporal resolution provide useful precipitation information for data-sparse or ungauged large-scale watersheds. In the Lower Lancang-Mekong River Basin, rainfall stations are sparse and unevenly distributed, and the transboundary characteristic makes the collection of precipitation data more difficult, which has restricted hydrological processes simulation. In this study, daily precipitation data from four datasets(gauge observations, inverse distance weighted(IDW) data, Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) estimates, and Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Stations(CHIRPS) estimates), were applied to drive the Soil and Water Assessment Tool(SWAT) model, and then their capability for hydrological simulation in the Lower Lancang-Mekong River Basin were examined. TRMM and CHIRPS data showed good performances on precipitation estimation in the Lower Lancang-Mekong River Basin, with the better performance for TRMM product. The Nash-Sutcliffe efficiency(NSE) values of gauge, IDW, TRMM, and CHIRPS simulations during the calibration period were 0.87, 0.86, 0.95, and 0.93 for monthly flow, respectively, and those for daily flow were 0.75, 0.77, 0.86, and 0.84, respectively. TRMM and CHIRPS data were superior to rain gauge and IDW data for driving the hydrological model, and TRMM data produced the best simulation performance. Satellite-based precipitation estimates could be suitable data sources when simulating hydrological processes for large data-poor or ungauged watersheds, especially in international river basins for which precipitation observations are difficult to collect. CHIRPS data provide long precipitation time series from 1981 to near present and thus could be used as an alternative precipitation input for hydrological simulation, especially for the period without TRMM data. For satellite-based precipitation products, the differences in the occurrence frequencies and amounts of precipitation with different intensities would affect simulation results of water balance components, which should be comprehensively considered in water resources estimation and planning.     

亚非夏季风降水与热带东风急流的关系

为研究亚非夏季风降水的时空变化特征及其与热带东风急流的相关性,利用1948-2008年61年NCEP／NCAR再分析资料,采用经验正交函数分解和奇异值分解等方法讨论了亚非夏季风降水的变化及其与热带东风急流的关系。结果表明：从包括撒赫勒在内的北非地区到印度西北部、青藏高原南部,直到中国华北东北地区,是亚非夏季降水的最主要的空间分布型式。亚非夏季风降水总体呈现出逐年递减的趋势。多年亚非季风区夏季降水分布与热带东风急流的强度有密切关系,在急流不同部位降水特征不同。亚非夏季风降水与热带东风急流呈显著正相关,二者的分布趋势在极大程度上吻合。     

新疆阿克苏河流域降水空间变异特征分析

根据阿克苏河流域降水空间观测数据,其降水稀疏且分布不均匀的特点,选取不同模型对降水空间变化规律进行研究,其结果精确性差异很大。通常应用地统计理论研究降水空间变异性,一般只涉及单个变量,传统的多元回归分析虽然涉及多个变量的影响,但缺乏区域化的空间结构特征。揭示具有协同区域化特征的降水空间变异现象及建立其空间分布模型,既要考虑多元信息的空间位置关系,即同一变量在不同地理位置上的相关性,又要考虑多元信息由于空间重复性引起的协同关系,即同一地理位置上不同变量的相关性。本文用阿克苏河流域范围内的降水观测数据建立析取-协克立格模型,考虑高程变量对降水量空间分布的影响,定量地揭示降水区域化变量的空间变异规律,并将其结果用于降水量的空间最优插值。     

Characteristics of rainfall erosivity based on tropical rainfall measuring mission data in Tibet, China

Rainfall erosivity in Tibet from 2000 to 2OlO was estimated based on simplified erosion prediction model using daily rainfall data derived from the Tropical Rainfall Measurement Misssion （TRMM） 3B42 rainfall measurement algorithm. Semi- monthly erosive rainfall and rainfall erosivity were validated using weather station data. The spatial distribution of annual rainfall erosivity as well as its seasonal and annual variation in Tibet was also examined. Results showed that TRMM 3B42 data could serve as an alternative data source to estimate rainfall erosivity in the area where only data from sparsely distributed weather stations are available. The spatial distribution of rainfall erosivity in Tibet generally resembles the distribution of multi-year average of annual rainfall. Annual rainfall erosivity in Tibet decreased from the southeast to the northwest. The concentration degree of rainfall erosivity shows an increasing trend from the southeast to the northwest. High rainfall erosivity accompanies low rainfall erosivity concentration degree and vice versa. Rainfall erosivity increased in the middle and western Tibet and decreased in the southeastern Tibet during the 11 years of this study.     

基于DEM修正的MODIS地表温度产品空间插值

地表温度是资源环境、气候变化、陆地生态系统等科学研究的重要参数之一。MODIS LST（Land Surface Temperature, LST）产品是地表温度相关研究的重要数据源。而现有MODIS LST产品均存在云覆盖区域,因此云覆盖区域地表温度估计已成为热红外遥感的前沿性研究难题。为解决MODIS LST产品云遮挡区域地表温度信息缺失,以秦岭地区为研究区,选用2001-2017年的MOD11A2数据,在传统的反距离权重（IDW）、规则样条函数（SPLINE）、普通克里金（OK）、趋势面（TREND）空间插值方法中引入高程因子,通过反复试验形成基于DEM修正的MODIS LST空间插值方法。分析空间插值结果表明： ① 空间插值精度由高到低为：OK>SPLINE>IDW>TREND,基于DEM修正后精度分别提高了约0.38、0.31、0.32和0.78℃; ② 空间插值结果的精度呈现季节差异,夏季6、7、8月的精度较高,1月的精度最低;③ 插值精度与云区的范围存在一定的关系,当云覆盖区域<1.1 km²时,DEM+OK方法的插值误差<0.55 ℃,当云覆盖区域<3.1 km²,插值误差<1 ℃;DEM+SPLINE方法在云覆盖区域<2.7 km²时,插值误差<0.55 ℃,云覆盖区域<10.4 km²,插值误差<1℃;当云覆盖为1.1~2.7 km²时,DEM+SPLINE方法的插值精度高于DEM+OK方法。     

Comprehensive drought monitoring in Yunnan Province,China using multisource remote sensing data

Development of drought monitoring techniques is important for understanding and mitigating droughts and for rational agricultural management. This study used data from multiple sources, including MOD13 A3, TRMM 3 B43, and SRTMDEM, for Yunnan Province, China from 2009 to 2018 to calculate the tropical rainfall condition index(TRCI), vegetation condition index(VCI), temperature condition index(TCI), and elevation factors. Principal component analysis(PCA) and analytic hierarchy process(AHP) were used to construct comprehensive drought monitoring models for Yunnan Province. The reliability of the models was verified, following which the drought situation in Yunnan Province for the past ten years was analysed. The results showed that:(1) The comprehensive drought index(CDI) had a high correlation with the standardized precipitation index, standardized precipitation evapotranspiration index, temperature vegetation dryness index, and CLDAS(China Meteorological Administration land data assimilation system), indicating that the CDI was a strong indicator of drought through meteorological, remote sensing and soil moisture monitoring.(2) The droughts from 2009 to 2018 showed generally consistent spatiotemporal changes. Droughts occurred in most parts of the province, with an average drought frequency of 29% and four droughtprone centres.(3) Monthly drought coverage during 2009 to 2014 exceeded that over 2015 to 2018. January had the largest average drought coverage over the study period(61.92%). Droughts at most stations during the remaining months except for October exhibited a weakening trend(slope 0). The CDI provides a novel approach for drought monitoring in areas with complex terrain such as Yunnan Province.