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降水数据在横断山区的精度

利用相关系数法和散点斜率法对横断山区1998~2011年之间月尺度的TRMM 3B43降水数据精度进行了检验。研究表明,TRMM 3B43降水数据与实测数据相关性很强,但是比实测降水量偏大33.9%。在横断山北部大雪山以东地区和南部香格里-贡山-德钦一带三江并流区TRMM 3B43数据误差较大。各个季节TRMM 3B43降水与实测值误差的空间分布有较大区别,但是都表现为北部沿经向分布,南部沿纬向分布的趋势;横断山区高海拔地区气象站点稀少和复杂的下垫面环境是产生观测误差的主要原因。     

2001-2010年石羊河流域上游TRMM降水资料的降尺度研究

在地形比较复杂的石羊河流域上游,基于2001-2010年TRMM3B43降水数据和1 km空间分辨率DEM数据,采用回归方程+残差法的插值方法,对石羊河流域上游10年平均TRMM3B43和2001、2007年两个典型干、湿年份的TRMM3B43数据分别进行降尺度操作,将空间分辨率由原来的0.25°×0.25°提高为1 km×1 km。利用研究区34个雨量站的观测数据作为"真实值",对2001-2010年的TRMM3B43和降尺度结果进行精度检验,结果表明:TRMM3B43降水数据整体上具有一定的可信度,但比地面站点观测的降水量偏小;TRMM3B43经过降尺度之后,数据在空间分辨率和精度方面都有一定程度的提高,其中10年平均TRMM3B43降尺度结果的精度要高于2001年(干旱),而2001年的降尺度结果精度又高于2007年(湿润);就单个雨量站而言,位于西部高海拔区域的站点的降尺度结果精度较高,而位于东部低海拔区域的站点的降尺度结果精度较低。     

1998-2012年青藏高原TRMM 3B43降水数据的校准

运用1998-2012年青藏高原的TRMM 3B43降水数据以及气象台站实测降水数据,对比分析了青藏高原地区TRMM 3B43降水数据偏差分布规律。结果表明:(1) TRMM 3B43降水数据在青藏高原地区存在明显误差,特别是降水量大的地区和月份,偏差量较大。(2)青藏高原地区TRMM 3B43降水数据偏差分布与海拔、经纬度、降水量存在密切的关系。用偏差分布规律,加法修正法结合随机森林算法对青藏高原地区TRMM 3B43降水数据进行了校准。经过校准之后,数据精度得到显著提高,有效增加了数据的可用性,多年月平均数据决定系数R²最大可达到0.9(3、10月),最小也接近于0.5(12月),效率系数E均为正值,最大可达到90(3、10月);多年季平均和多年平均降水数据中除了第一季度结果稍差外(决定系数R²为0.58),其余数据校准效果均较好。     

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。     

基于TRMM数据的鄱阳湖流域降雨时空分布特征及其精度评价

基于1998-2007 年热带测雨卫星(TRMM) 3B42 V6 降雨数据分析鄱阳湖流域降雨时空分布特征, 并利用40个气象站观测日降雨数据对TRMM数据在不同子流域、不同降雨强度及不同季节里的精度进行了对比分析, 弥补了以往只评价整体精度的不足。结果显示:鄱阳湖流域北部地区修水、饶河子流域较易出现暴雨, 导致雷达信号衰减, 使TRMM对大雨强降雨的探测出现较大偏差;流域内降雨以10~50 mm为主, 其雨量占到总雨量的60%;流域降雨在年内1-3 月中旬为干旱少雨期, 3 月下旬-9 月初为湿润多雨期, 9-12 月再次进入干旱少雨期;而空间分布呈东、西部大, 中部小的格局;同时发现, 在赣南山区TRMM降雨较观测雨量低300~400 mm, 这可能受高程和坡度的影响, 使TRMM对山区降雨的探测精度也出现较大偏差。     

祁连山TRMM降水数据降尺度不同方法比较研究

降水数据对研究山区陆面过程、水文模型、生态模型至关重要,而山区地形复杂降水数据获取困难,且TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission)降水数据空间分辨率难以进行小尺度区域降水研究。本文以祁连山为研究区,应用2005—2016年的TRMM降水数据,从不同时间尺度对TRMM降水数据在祁连山的适用性进行分析,利用多元逐步回归模型、地理加权回归模型、随机森林模型三种降尺度方法,分别建立了降水与高程、植被指数、纬度、经度、坡度、坡向的关系,获得1 km高分辨率的TRMM降尺度数据,并通过对比三种模型的降尺度结果来选取适用于祁连山的降尺度方法。结果表明:(1)TRMM降水数据适用于祁连山。TRMM降水数据和实测数据在不同时间尺度上具有显著的相关性,年、季、月相关系数分别为0.88、0.92、0.88。(2)三种降尺度模型都能有效地获得1 km高分辨率的TRMM降尺度数据,其中随机森林模型更适用于获取祁连山TRMM降尺度降水数据。(3)相比于原始TRMM降水数据,随机森林模型降尺度结果整体偏小,同时具有更高的空间分辨率和更小的偏差。本研究可以为进一步获取西部山地高空间分辨降水数据和开展水文研究提供参考与借鉴。     

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。     

环境因子对土壤水分空间异质性的影响——以北京市怀柔区为例

为了探讨山区表层土壤水分的空间分布格局及其影响因素,以北京市怀柔区为研究区域,联合使用ALOS/PA-LSAR微波数据和Landsat-5遥感影像反演得到研究区的土壤水分数据,运用旋转主成分分析法分析了高程、坡度、坡向和植被盖度4个环境因子对土壤水分的影响情况及分布规律,并确定相应的主控因子.结果表明:高程和坡度是影响山区表层土壤水分空间变异的主控因子,植被盖度次之,坡向的影响最弱.对主控因子(高程和坡度)的单因素分析表明,土壤含水量随着高程的增加而逐渐减少,随着坡度的增加,土壤含水量总体上呈现先增加(坡度＜3°)后减小(坡度＞3°)的趋势,对深入研究山区土壤水分分布特性和水土保持具有指导意义.     

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。     

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。     

基于氢氧稳定同位素和水化学的青藏高原高寒内陆流域水文过程示踪研究

氢氧稳定同位素和水化学已成为研究水文循环过程的良好示踪剂,两者的结合能很好地揭示流域或者区域（特别是缺少水文观测数据的高寒内陆地区）的水文循环过程。青藏高原地表环境较恶劣,缺乏流域尺度的水文观测资料,不利于对流域尺度水文循环过程的综合理解和认识,成为水资源高效综合利用的瓶颈。为此,本文以青海湖沙柳河流域为研究对象,通过对降水、河水和地下水的定期定点高密度采样和对其氢氧稳定同位素组成（δD、δ¹⁸O）和水化学氯离子（Cl^-）浓度的分析测定,其目的旨在识别和示踪流域不同水体间的补给关系,探究D-¹⁸O同位素和Cl^-离子能否指示流域水文过程。结果显示,青海湖沙柳河流域干、支流河水和地下水均受降水补给,自上游至下游,干流河水受降水补给作用较强,支流河水受补给作用依次减弱,地下水受降水补给作用较弱。下游干流河水主要受下游地下水和全域支流河水补给,比例分别为15.45%和84.55%;下游地下水主要由中上游的河水和地下水补给,比例分别为42.40%和57.60%。上述结果表明结合氢氧稳定同位素和水化学手段可定量揭示高寒内陆河流域的水文过程,可为青藏高原其他类似流域水文过程示踪研究提供范例。     

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。     

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。     

塔里木河源流山区径流模拟及不确定性研究

自然环境恶劣、站点稀少、观测困难是干旱区水文系统研究面临的基本问题。特殊的自然地理条件给水文过程带来了极大的复杂性和不确定性,也阻碍了干旱区水文过程和机理研究的发展。选取塔里木河源区开都河流域为研究区,采用分布式水文模型MIKE SHE模拟大尺度资料稀缺地区水文过程,将流域内气象、水文站点数据与遥感数据相结合,利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨等资料,模拟流域水文过程;在出山口径流数据的基础上对模型进行率定和验证;分析了模型中的不确定性的来源,探讨模型优化方法。结果表明,MIKE SHE模型能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,但精度仍有待提高;通过分析识别出了隐含于模型结构、输入及参数等3个方面的8种不确定性来源。     

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。