塔里木河流域TRMM降水数据精度评估

利用塔里木河流域24个气象站降水数据,分析了2000-2013年TRMM多卫星降水数据(TRMM 3B43 v7)在塔里木河流域的适用性。检验结果表明:全年来看,TRMM数据对研究区所有站点的年均降水量拟合较好(R²=0.8846),流域内24个站点平均年降水量相对偏差为19.02%,其中60%的站点表现为TRMM年降水量高于地面实测年降水量;月降水方面,除个别站点(于田、且末、乌恰)较差外,大部分站点的拟合度都较好;就季节而言:春季拟合效果最好,夏、秋季的TRMM数据存在低估问题,而冬季则偏高估;流域降水量由东南向西北递增,并在西北部边缘地区增加较显著,形成一个相对丰水带;而向沙漠腹地方向延伸的降水量则呈减少趋势。同时流域最大降水区域在一年中变化存在一定的规律。     

TRMM降水数据在中天山区域的精度评估分析

 遥感降水产品能反映降水的时空分布变化,对于资料稀缺的西北干旱区生态水文研究有重大意义。TRMM卫星降水资料在热带湿润地区有大量应用,但要将其用于我国西北干旱半干旱气候地区,还需对该数据产品在质量进行评估。选择干旱区内陆的新疆天山中部为研究区,并以周边15个台站的实测数据为依据对TRMM3B42降水数据质量进行评价。结果表明：（1）TRMM3B42数据对日降水事件的估计准确率较低,但是总体上暖季好于冷季,相对于较大的降水,对发生量小的降水估计更为准确;在暖季高估量小降水,低估量大降水,冷季则相反;（2）月降水情况来看,天山南坡两站与北坡的规律不符;对北坡山区降水估计的精度好于平原区,并且精度与海拔呈抛物线分布,降水越大的区域精度越高;偏差量的年内分布在各海拔区域之内一致性较好,但区域之间规律各有特点;（3）从年降水量来看,TRMM降水整体低于站点观测值,并且差量随着高程具有抛物线分布的特征。总之,该降水产品的质量总体上不高,但是其偏差在时间和空间上具有一定的规律性,该数据在干旱区的应用需要进一步校准处理。     

RFE2.0遥感降水数据在新疆的适用性评价

结合新疆的65个气象观测站日降水数据,采用连续验证统计方法、分类验证统计方法对RFE2.0遥感降水数据在新疆的适用性进行了评估。结果表明：（1）通过连续验证统计分析,新疆地区平均偏差MBE （Mean Bias Error）总体对日降水量高估,均值为0.4 mm,在0.5 mm内的站点超过70%。RFE2.0遥感降水数据与地面观测站的日降水量之间相关系数R的平均值为0.4,表现为较低的相关性。从偏离真实值情况来说,东疆模拟值和观测值最接近。（2）分类验证统计方法对降水事件FBI （Frequency Bias Index）有所高估。按片区来说,降水事件高估的小值区主要在北疆,高估程度低于全疆平均水平。北疆的正确率POD （Probability of Detection）大于南疆、东疆,同时北疆发生空报率FAR （False Alarm Rate）的可能性也小于南疆、东疆。（3）通过实例验证了RFE2.0在北疆、南疆、东疆的可靠性。以上规律可为RFE2.0在新疆的应用提供科学依据。     

TRMM卫星降水数据在川渝地区的适用性分析

在地形复杂的川渝地区,利用72个气象站点的实测降水数据对TRMM(Tropical Rainfall MeasurementMission)卫星降水数据的精度分别在年、季和月尺度上进行验证,并进一步分析了高程和坡度对月尺度验证结果的影响,同时借助主成分分析法,对比了高程与坡度对TRMM 3B43降水数据的影响程度.结果表明:TRMM3B43估算的年降水量在川渝地区平均偏高5.38％,其中西部高原区估算结果比中东部地区相对精确.TRMM3B43与气象站点的季尺度降水数据拟合优度较高,但各季拟合优度之间存在差异,其中春季降水的拟合优度高于其余季节.而TRMM 3B43的月数据与站点实测降水数据拟合优度R2=0.7615,相关系数R=0.87,表明两者之间相关性显著,数据精度较高;就单个站点而言,大部分站点相关系数较高,误差较小,但叙永站相关系数相对较低,小金、雅安、雷波、盐源以及攀枝花站点数据误差相对较大.高程对数据精度的影响较坡度大,且呈现三次非线性回归的变化特征,随着高程的升高,R呈现增大的变化趋势,|Bias(％)|则呈现出增大—减小—增大的变化趋势;坡度对降水数据精度的影响相对较小且变化规律也较复杂,整体上随坡度变化,TRMM 3B43数据精度受到明显的影响.     

TRMM降水数据在沙溪流域的精度验证

以闽江沙溪流域2008—2012年水文站及雨量站的实测降水资料为基准数据,利用探测率、击中率、Heidke技巧评分指数、模糊评分、统计参数、降水重心等指标,对热带降水测量卫星(TRMM)的3B42V6和3B42V7两种降水产品进行精度检验和分析。结果表明:日尺度上,TRMM数据在多数情况下能比较准确预报降水是否发生,两种TRMM降水数据的探测率Pd、集中率FH、Heidke技巧评分指数的平均值都超过0.55,3B42V7的漏报率和空报率比3B42V6均有所降低;两种TRMM降水数据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,达到良好水平以上,3B42V7的效果更好一点;两种TRMM数据与实测数据的一致性都比较好,其中3B42V6的数据均方根误差、偏差、相关系数都更小;月尺度上,3B42V6降水数据呈现旱季偏差大、雨季偏差小的特征,而3B42V7数据在全年的偏差都较小;年尺度上,两种TRMM数据的降水重心位置与实测数据的降水重心位置十分接近,纬度方向的变迁路径一致,TRMM数据的空间分布与实测数据比较吻合。     

基于多种高分辨率卫星数据的TRMM降水数据降尺度研究——以内蒙古地区为例

利用内蒙古地区2001~2010年42个站点实测降水数据作为“真值”,采用LOO（Leave-One-Out）交叉验证、多元逐步回归等方法,构建TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）降水数据与地形及气候等要素之间的多元回归关系,在此基础上,利用回归值+残差值的方法,获得空间分辨率为1 km×1 km的TRMM年降水数据,并对降尺度TRMM数据进行精度检验。研究表明：① TRMM数据可用于区域年降水量估计,且与实测年降水量呈显著线性关系;② 通过建立不同年份、不同空间分辨率TRMM数据与其它遥感数据的多元统计模型,研究发现在中尺度下TRMM与观测年降水数据拟合效果较好,且在空间分辨率为0.50°×0.50°时的拟合效果最好;③ 降尺度分析提高了TRMM数据对研究区降水时空特征的描述能力,确定性系数、标准误差和偏差均有明显改善,表明降尺度算法在将TRMM降水数据空间分辨率提高到1 km×1 km的同时,并能提高降水数据的精度。     

TRMM3B42降水产品在鄱阳湖流域梅川江子流域的精度评价(英文)

在鄱阳湖流域的梅川江子流域,利用52个站点9年(2001-2005及2007-2010)的日降水数据对V6和V7两个版本的TRMM 3B42降水产品进行了精度评价。该评价针对多个时空尺度进行,包括栅格和流域两个空间尺度,日、月和年三个时间尺度。为避免尺度不匹配问题,本文利用泰森多边形方法将点尺度的站点观测数据转换到与TRMM数据相同的栅格尺度。评价结果表明,V6和V7两个版本的TRMM3B42降水产品差别较小,整体上均轻微高估了降水量(偏差均为0.04)。在日尺度,栅格和流域空间尺度上V6和V7TRMM3B42降水产品的精度均较差,相对均方根误差在135%-199%之间。因此,在该地区利用3B42数据进行日尺度的水文分析前需要对其进行校正。在月和年尺度,栅格和流域两个空间尺度上V6和V7两个版本的TRMM 3B42降水产品精度均较高,决定系数达到0.91-0.99,相对均方根误差在4%-23%之间。这表明TRMM 3B42降水产品在该地区月和年尺度的水文分析方面具有很好的应用前景。     

多源遥感降水产品在西北干旱区的气象干旱性能评估

多源遥感降水产品在气象站点稀少或分布不均地区的干旱监测方面,发挥着至关重要的作用,比如地处中国西北的干旱区。选择5套典型遥感降水产品（PERSIANN、CHIRPS、CMORPH、TMPA和MSWEP）,基于标准化降水蒸散指数（SPEI）,评估了降水产品在3种时间尺度的气象干旱性能;通过游程理论识别干旱事件,阐释了遥感降水产品捕获干旱事件的能力。研究表明：（1）在西北干旱区,5套遥感降水产品均能较好地捕捉多年平均降水量的空间分布格局,但却难以准确地捕捉降水的变化趋势。（2）在捕获SPEI性能方面,MSWEP最优,其次为TMPA、PERSIANN和CHIRPS,CMORPH表现最差。1个月尺度（SPEI1）是遥感降水产品识别气象干旱的最佳时间尺度。（3）在刻画干旱事件的特性方面,CHIRPS对干旱事件数量的识别能力最佳,PERSIANN最差;MSWEP和TMPA表征干旱严重性最好,CHIRPS较差;除CMORPH外,其余4套产品均能较好地捕获干旱事件的强度和极值。综上所述,虽然5套遥感降水产品整体上可较好地捕获西北干旱区的干旱特征,但由于受降水产品反演算法、地形复杂性以及地面验证站点疏密...     

不同偏差校正方法对青藏高原地区GPM的应用效果研究

新一代卫星降水产品GPM在全球降雨观测精度上较TRMM有大幅提升,但在青藏高原地区的精度仍然不理想,而目前遥感降水数据校正缺乏对数据中降水量、雨天频率以及概率分布多重属性的综合考虑。本文根据19个典型站点2014—2017年的日降水数据,在分析GPM降水探测精度的基础上,采用线性缩放法(LS)、局部强度缩放法(LOCI)、Gamma分布映射法以及Gamma和LOCI结合的方法(Gamma-LOCI)对青藏高原GPM数据进行了偏差校正。结果表明:(1)GPM对青藏高原日降水事件探测能力总体上表现出从年降水量较少的西北部洪积平原区以及中部腹地向年降水更丰富的东部山地区和平原区转好的趋势,从日降水强度来看,存在对小雨事件(2 mm)高估和对大雨事件(10 mm)低估的现象;(2)经四种方法校正后,GPM与站点观测数据在各百分位点上的整体偏差均有不同程度的降低,Gamma分布映射对降水时间序列的概率分布进行调整,修正了降水量并保留了极值,使其在降水偏丰区域的应用效果优于LS和LOCI;和LOCI结合后同时对降水数据中雨量、雨天频率和时间概率分布校正,其应用效果进一步改善了GPM日降水过程的精度,提高了与站点日降水序列的拟合度和匹配度。研究结果为GPM在青藏高原地区的准确应用提供参考的校正方法,为区域水文模拟、水资源管理研究奠定基础条件。     

融合时空异质特征的TRMM 3B43降水产品适宜性分析——以湖北省为例

选择湖北省75个地面站点和TRMM卫星3B43月降水产品在1998年1月至2010年12月的观测数据,运用相关分析、重心分析等方法,以年、季、月作为时间尺度,以地形地貌为空间分区标准,通过对比总结两者的降水时空异质性和分布规律来分析TRMM 3B43降水产品在湖北省的适宜性。结果表明:1)湖北省降水重心在沙洋与天门之间的平原区域呈东西向徘徊,总体降水在东南和西南部较为集中。2)TRMM 3B43降水产品与实际观测资料在时空分布上都具有较高吻合度,能够代表湖北省的总体降水水平。3)地形起伏和雨量增加会使TRMM 3B43降水产品精度下降。TRMM 3B43产品在较平坦的宜昌市东部等地区和降水量适中的潜江等湖北省中南部地区适宜性普遍较优;在坡度较大的恩施等湖北省西部地区和黄冈市等降水量较多的东部地区适宜性普遍较差。     

TRMM降水数据的空间降尺度方法研究

以天山中段为研究区,以降水与高程（DEM）、植被指数（NDVI）、坡向（Aspect）、经纬度与之间存在的相关关系为基础,构建了TRMM卫星3B43降水数据与NDVI、DEM和坡向等相关因子的回归模型,对TsHARP统计降尺度算法引入DEM和局部Moran指数进行改进,得到2001~2006年研究区的250 m高分辨率降水空间分布数据。最后利用研究区气象站点降水数据对降尺度结果进行验证,得出降尺度的结果和实测值的误差明显小于原始降水数据和实测值的误差,年均降水最大改善程度是70 mm,因此构建的降尺度方法是合理可行的,可用于山区降水数据的降尺度研究。     

基于GWR模型的陕西秦巴山区TRMM降水数据降尺度研究

应用TRMM降水数据,进行国内典型区域降尺度相关研究,可弥补应用气象站点数据研究带来的局限。以陕西秦巴山区为研究区,基于TRMM降水数据和NDVI数据,应用GWR模型和比例指数,获得GWR年、月降尺度数据并进行检验,最后分析地形对降尺度结果的影响。结果表明：获得的1 km分辨率的GWR降尺度降水数据,具有较强的细节表现能力;降尺度数据与实测降水数据年尺度上相关系数为0.88,月为0.93,相关性较好;与TRMM原始数据对比,降尺度结果降水值略小,整体低估降水;区内秦岭山地GWR降尺度结果精度变化幅度最小,相似地形条件下,海拔越高,GWR降尺度结果表现越好;采用GWR模型进行秦巴山区TRMM降水数据的降尺度研究,具有较强的适用性。     

不同源降水数据在天山南坡阿克苏河流域适用性分析

降水是水热循环以及气候变化研究的重要环节,降水资料的准确与否直接影响流域尺度的水文过程研究。本文基于2000-2015年天山南坡阿克苏河流域气象站点观测降水数据,对比分析了Tropical Rainfall Measuring Mission（TRMM）降水数据集和Global Land Data Assimilation System（GLDAS）两种具有代表性的降水格网数据集在阿克苏河流域的适用性。结果表明：TRMM3B43数据在阿克苏河流域的整体表现优于GLDAS-2数据。两种数据的精度在月尺度上表现最优,相关系数分别为0.938和0.901,通过了0.01的显著性检验;在季节尺度,TRMM3B43数据各季节与站点插值的拟合度要优于GLDAS-2数据,但二者均呈现出高估冷季降水而低估暖季降水的趋势;在年尺度上,两种数据表现较差。在空间分布上,两种数据类型均能够反映出阿克苏河流域降水自西北向东南递减的空间分布趋势。并且两种数据在平原区的表现均优于山区,低估高海拔地区降水而高估低海拔地区的降水。     

新疆北部的降水量线性变化趋势特征分析

应用新疆北疆地区以及天山山区26个气象站1961-2005年的月降水量资料,分析了新疆北部地区、天山山区、北疆沿天山经济带、北疆平原、北疆北部流域、北疆西部流域6个区域的年、暖季(5-10月)、冷季(11-4月)以及各月的降水量线性趋势特征。结果显示:6个区域及26个气象站的年降水量45a年来均呈线性增加趋势;暖季降水量6个区域均呈线性增加趋势,北疆区、天山山区最显著;冷季降水量6个区域全部呈明显的线性增加趋势;月降水线性趋势变化较显著的月份为1、2、7、11、12月,其它各月没有通过0.10显著性水平检验,12个月中增湿趋势站数明显占优势的月份可占80%左右,3、9月呈下降趋势的站数较多。增湿结果已给新疆带来风吹雪、雪崩、畜牧业雪灾、洪水、融雪性洪水、泥石流、滑坡等灾害。     

新疆夜雨和昼雨的空间分布和长期变化

用新疆98个气象站1960—2001年的昼夜降水量资料,分析了冷季（10月到翌年3月）和暖季（4—9月）昼夜降水频率和强度的差异和空间分布。结果表明：新疆暖季分别有两个频率≥55％的夜雨区和昼雨区。夜雨区分别位于西天山北坡和西昆仑山北坡;昼雨区位于阿尔泰山南坡和天山南坡等地。而到了冷季,暖季夜雨和昼雨的条状带相间的格局消失。除了海拔较高的西天山山区和海拔较低的塔里木盆地西部、吐善托盆地分别有小范围的夜雨区和昼雨区外,新疆其他地区的夜雨和昼雨的比例均在45％~55％之间,基本趋于平衡,夜雨和昼雨之差较暖季已明显减弱。对于暖季的大降水事件（一个夜间或白天降水>15 mm）,伊犁河谷、中东天山及天山北坡,昆仑山北坡60％以上发生在夜间,阿尔泰山和塔尔巴哈台南坡、天山东南部盆地地区60％以上发生在白天。另外,还对暖季夜雨区夏季降水的长期变化进行了分析,结果显示,这两个以夜间降水为主的区域,其夜间降水的增加率略大于白天,并不是很明显大于白天降水的增加率。     

1960~2015年中国天山南、北坡与山区极端气温时空变化特征

基于中国天山地区35个气象站点1960~2015年逐日最高、最低气温实测资料,应用Mann-Kendall趋势检验分析法, 空间分析法等研究了极端气温的时空变化特征,并探讨了气温指数的环流背景因素。结果表明：① 近56 a来,年平均最高、最低气温均呈上升趋势,而日较差呈下降趋势; 暖指数和日最低(高)气温极小值均呈上升趋势,而其他冷指数呈减小趋势;从季节变化看,除暖昼、暖夜之外,大部分气温指数的冬季变暖幅度均明显高于夏季。② 空间分布上,天山山区年平均最低气温和日较差以及大部分冷指数的变暖幅度大于南北坡,而暖指数则表现为南坡大于北坡和山区。③ 高温和低温指数变化幅度表现出明显不对称性变化,年平均最低温的变暖幅度明显大于年平均最高温,冷指数变暖幅度大于暖指数,夜指数变暖幅度显著大于昼指数。④ 天山地区年平均最高(低)气温和极端气温冷指数受环流指数北极涛动(AO)、北大西洋涛动(NAO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响较大,而北太平洋涛动(NPO)、东亚夏季风(EASMI)、南亚夏季风(SASMI)和南海夏季风(SCSMI)是暖指数变化的重要因素。     

1980—2017年天山山区不同降水形态的时空变化

利用1980—2017年天山山区35个气象站点的逐日降水资料，分离出3种主要降水形态后，运用线性倾向估计、Mann-Kendall(M-K)突变检验、滑动t突变检验、Morlet小波分析等方法研究了天山山区降水日数及降雨日数、降雪日数和雨夹雪日数的时空分布及变化规律。研究表明：（1）在空间上，天山山区降水日数和降雨日数表现为“北多南少，西多东少”的分布格局，降雪日数“北多南少”明显；降水日数呈现“西快东慢，北快南慢”的增长趋势，西段增长幅度明显，降雨日数普遍增多，大部分地区降雪日数减少，雨夹雪日数也有减少趋势。（2）近38 a来，天山山区降水日数表现为缓慢增长趋势，降雨日数显著增加，降雪日数减少，雨夹雪日数变化并不明显。（3）天山山区降水日数突变年在1986年前后。（4）降水日数、降雨日数、降雪日数及雨夹雪日数均存在明显的10 a左右的振荡周期，此外，降水日数、降雨日数和雨夹雪日数18~22 a周期波动也比较明显。     

Spatial and temporal distribution of precipitation based on corrected TRMM data around the Hexi Corridor, China

Accurate rainfall distribution is difficult to acquire based on limited meteorological stations, especially in remote areas like high mountains and deserts. The Hexi Corridor and its adjacent regions （including the Qilian Mountains and the Alxa Plateau） are typical districts where there are only 30 available rain gauges. Tropical Rainfall Measuring Mission （TRMM） data provide a possible solution. After precision analysis of monthly 0.25 degree resolution TRMM 3B43 data from 1998 to 2012, we find that the correlations between TRMM 3B43 estimates and rain gauge precipitation are significant overall and in each station around the Hexi Corridor; however, the biases of annual precipitation differ in different stations and are seriously overestimated in most of the sites. Thus, Inverse Distance Weighting （IDW） interpolation method was used to rectify TRMM data based on the difference between TRMM 3B43 estimates and rain gauge observations. The results show that rectified TRMM data present more details than rain gauges in remote areas where there are few stations, alt- hough they show high coherence of distribution. Precipitation decreases from southeast to northwest on an annual and seasonal scale. There are three rainfall centers （〉500 mm） including Menyuan, Qilian and Toson Lake, and two low rain- fall centers （〈50 mm） including Dunhuang and Ejin Banner. Meanwhile, precipitation in most of the study area presents an increasing trend; especially in northern Qilian Mountains （〉5 mm/a）, Badain Jaran Desert （〉2 mm/a）, Toson Lake （〉20 mm/a） and Qingtu Lake （〉20 ram/a） which shows a significant increasing trend, while precipitation in Hala Lake （〈-2 mm/a） and Tengger Desert （〈-3 mm/a） demonstrates a decreasing trend.