赣江流域TRMM遥感降水对地面站点观测的可替代性

多卫星遥感降水产品为无/缺资料地区的水文过程模拟提供了新的数据来源。结合地面高密度雨量站网,在中国典型暴雨区赣江流域定量评估两种TRMM降水产品(3B42V7和3B42RTV7)的精度,并通过耦合分布式水文模型CREST,探讨了水文模拟中TRMM卫星降水产品对地面观测降水的可替代性。研究表明:3B42和3B42RT与地面观测流域平均月降水相关系数达到0.9以上,偏差在5%以内,日尺度上相关性略差,偏差略有增加。同时设计2种水文模拟对比试验:情景I为静态参数,使用地面雨量站降水率定模型参数,采用卫星降雨验证模型;情景II为动态参数,采用卫星数据重新率定模型参数,再利用卫星降雨验证模型。对比结果表明:情景II中完全使用TRMM降水后模型效果明显改善,证明TRMM卫星数据在赣江流域具有替代地面站点观测的潜力,但需要重新根据卫星降雨率定模型。     

TRMM3B43卫星降水数据在京津冀地区的适用性研究

以京津冀地区为研究区域,利用散点斜率法、相对偏差、均方根误差和相关系数法,对研究区域内176个国家级雨量站2006-2015年的实测降水资料在不同时空尺度下检验了同期TRMM （Tropical Rainfall Measurement Mission）卫星降水产品3B43 V7的适用性。结果表明：TRMM 3B43多年均降水量与站点实测降水时空分布规律一致,在不同时间尺度下具有良好的相关性,相关系数均在0.85以上,随时间尺度的增加精度有所降低;整体上TRMM 3B43降水数据略小于站点实测降水,在常年降水高值区域出现低估现象,季尺度上,夏季和冬季误差较大;就区域而言,TRMM 3B43在西北山地高原地区相对偏差和均方根误差均较小,相关系数基本在0.9以上,拟合精度较高,可信度较强。     

TRMM卫星降水数据在洣水流域径流模拟中的应用

采用地面雨量站点观测降水作为基准数据,评估热带降雨观测计划（TRMM）最新一代卫星降水产品3B42V7的精度;利用站点和卫星两种降水数据驱动栅格新安江模型,采用SCEM-UA算法考虑模型参数不确定性,进行流量过程模拟,评估TRMM 3B42V7在流域水文模拟和预报中的应用能力。数据精度评估显示:在平均意义上,TRMM 3B42V7日降水精度较高,较站点观测低估了6.68%;但在绝对值意义上,TRMM 3B42V7日降水精度较低,绝对偏差达到57.76%;TRMM 3B42V7经过了地面月降水量偏差校准,其精度在月尺度上有较大提高。径流模拟结果表明:TRMM 3B42V7模拟的日径流过程精度较低,有部分洪峰没有捕捉到,但仍能表征径流的日变化特征;月尺度上模拟径流与实测径流吻合较好,能表征径流的季节性和年内变化特征;计算的日尺度和月尺度95%置信区间包含大部分实测流量过程。     

卫星降雨数据在高山峡谷地区的代表性与可靠性

以长江上游金沙江流域典型高山峡谷地区为研究对象,用该区域地面观测降雨量数据对TRMM PR 3B42 V6产品进行了3 h、日、月3个时间尺度的有效性评估,旨在为开展区域卫星与地面降水数据融合的流域水文模拟及预报奠定数据基础。分别采用了线性回归方法分析降雨量相关性、经验正交函数-奇异值分解方法(EOF-SVD)分析降雨量主要模态空间分布特征、相对偏差B_ias、错报率R_FA和探测率P_D指标对该卫星产品进行了精度评定。研究结果表明:研究区该卫星产品与地面观测数据在3个时间尺度存在显著的线性时间和空间相关性,但相关程度随时间尺度的减小而减弱;二者在空间分布上总体具有一致性特征,但在高海拔、大坡度区域表现出较为显著的差异;相对偏差指标显示2008-2010年降雨量均值相对偏差在±10%的概率密度百分数为36.08%;随高程的增加,卫星数据R_FA呈逐渐增加趋势变化,P_D呈逐渐减小趋势变化;总体上小雨对误差的贡献最大,大雨峰值误差贡献次之,时段降雨量偏差随时间尺度的增加逐渐减小,而随高程的增加卫星数据的探测精度下降。因此,对于类似的高山峡谷流域,要应用该卫星产品进行日、3 h尺度水文模拟及预报,有必要对流域卫星数据和地面观测数据进行融合,充分发挥两种数据的优势。     

TRMM卫星降水反演数据在珠江流域的适用性研究——以东江和北江为例

为评估最新一代TRMM 3B42-V7卫星降水反演数据产品在珠江流域的精度和适用性,选取位于珠江流域下游的东江和北江流域为研究区域,基于地面雨量站点数据评估了该产品的精度和适用性,并结合可变下渗容量（Variable Infiltration Capacity,VIC）水文模型进行了水文模拟验证。对比分析结果表明,在网格尺度上,大多数网格日尺度相关系数达到0.60以上,月尺度相关系数达到0.90以上,3B42-V7产品表现出较好的精度,在区域尺度上精度得到了进一步提高;水文模拟验证分两种情景下进行,情景Ⅰ的结果表明,当水文模型由地面雨量站点数据率定时,3B42-V7产品数据的水文模拟效果不佳,个别区间内存在对洪峰流量明显的低估;情景Ⅱ的结果表明,由3B42-V7产品数据重新率定水文模型时径流模拟效果有了较大改善,说明该产品可在一定程度上作为资料缺乏地区的降水数据来源。     

青藏高原北麓河地区降水量观测与对比分析

根据2011年11月至2012年9月通过Thies激光雨滴谱仪、 T-200B雨雪量计和TE525翻斗式雨量筒获取的青藏高原北麓河地区降水量数据, 按3个时间段分别对3种仪器记录的降水量行了对比分析. 结果表明: 激光雨滴谱仪获取的固态降水量与经Jimmy校正公式修正后的T-200B降水量极为接近. 但在测量雨夹雪时, 激光雨滴谱仪对降水类型、 颗粒直径的误判造成了获取的降水量远高于T-200B雨量筒. 而3种仪器获取的液态降水量有很好的一致性. 但是, 当小时降雨量在2 mm以上时, 激光雨滴谱仪获取的降雨量比T-200B和TE525雨量筒小20%左右. 同时, 在风吹雪对激光雨滴谱仪的影响方面做了相关的分析研究, 初步认为风吹雪的颗粒直径主要集中在0.5 mm以下.     

Daily rainfall statistics of TRMM and CMORPH: A case for trans-boundary Gandak River basin

Satellite precipitation products offer an opportunity to evaluate extreme events (flood and drought) for areas where rainfall data are not available or rain gauge stations are sparse. In this study, daily precipitation amount and frequency of TRMM 3B42V.7 and CMORPH products have been validated against daily rain gauge precipitation for the monsoon months (June–September or JJAS) from 2005–2010 in the trans-boundary Gandak River basin. The analysis shows that the both TRMM and CMORPH can detect rain and no-rain events, but they fail to capture the intensity of rainfall.     

贵州高原地带TRMM 3B42卫星降水数据的精度评价

在下垫面相对复杂,位于高原地带的贵州,利用19个气象站点实测数据分别从年、季度、月和天时间尺度对TRMM 3B42卫星降水数据进行精度检验,并讨论TRMM 3B42卫星对不同降水强度的探测能力,以此来分析其在贵州的适用性。结果表明,TRMM 3B42降水数据在年尺度上拟合优度较好(R=0.82)。研究区内19个站点年均相对误差为-2.39%,其中将近70%的站点数据表现TRMM 3B42降水量低于地面气象站点。月尺度上整体相关系数很好,R达到0.89。但是TRMM 3B42卫星数据对不同季节的探测能力存在差异,其中,冬季相关系数最低。在日尺度上TRMM 3B42降水数据与实际降水偏差大,对降水强度过大或过小的降水情况均不能准确地探测。对于单个站点而言,海拔较低的站点TRMM卫星探测出的降水与实测降水偏差小。     

Validation of TRMM 3B42 V6 for estimation of mean annual rainfall over ungauged area in semiarid climate

This research compares data from the Tropical Rainfall Measuring Mission 3B42 V6 with data obtained from 19 synoptic rain gauges during the period 1998–2010 over the semiarid climate of Khorasan Razavi, Iran. Validation was performed using three spatial extents, including 1 TRMM grid face from the synoptic station (1PTRM), 3 TRMM points surrounding the synoptic station (3PTRM) and 5 TRMM points surrounding the synoptic station (5PTRM), using ArcGIS 10.2 software. The perfect and poor r were obtained at stations S08 and S19, with values of 0.92 and 0.26, respectively. According to the Nash–Sutcliffe efficiency coefficient, the TRMM satellite can predict the spatial variation of the mean annual rainfall by 0.23, 0.43 and 0.38 for 1PTRM, 3PTRM and 5PTRM, respectively, at 19 stations. The agreement significantly increases by 0.88, 0.83 and 0.80 for 1PTRM, 3PTRM and 5PTRM, respectively, when gauges S05, S07, S11 and S13 are excluded from the dataset, which may be associated with orographic or instrumental error at the stations.     

赣江流域TRMM降水数据的误差特征与成因

阐明TRMM 3B42V6（Tropical rainfall measuring mission 3B42 version 6）的误差特征及成因,对于合理使用该卫星降水数据,并完善其降水反演算法具有重要意义。在赣江流域0.25°×0.25°空间尺度上,对比了TRMM 3B42V6、TRMM 3B42RTV6和CMORPH的精度特征。结果表明,3B42V6的系统偏差远低于3B42RTV6、CMORPH,但平均绝对值偏差、效率系数和探测率均明显劣于CMORPH。TRMM 3B42V6的系统偏差较低的原因主要在于该数据采用地面月降水量进行了校准,而其绝对值偏差、效率系数和探测率明显劣于CMORPH的主要原因在于所采用的热红外/被动微波降水联合反演算法不及后者有效。今后有必要对TRMM 3B42的精度进行全面评估,并改进该数据的热红外/微波降水反演算法及与地面降水信息的融合算法。     

GPM和TRMM卫星日降水数据在黄河源区的适用性分析

通过评估GPM计划三种日降水产品（IMERG-E、 IMERG-L和IMERG-F）和TRMM卫星、 两种日降水产品（TMPA 3B42和TMPA 3B42RT）在黄河源及其周边区域38个台站的适用性, 探究了五种产品探测精度和海拔高度及雨强的相关关系, 结果表明： 在与实测资料的一致性和偏差方面, GPM卫星产品要全面优于TMPA产品。在TRMM卫星产品中, 3B42产品明显优于3B42RT。五种产品的相关系数均表现出明显的从东南到西北递减的趋势, 均方根误差北部普遍低于南部。IMERG产品的探测率（POD）和探测成功率（CSI）都要普遍高于TMPA产品, 而误报率（FAR）则是TMPA 产品更低, 表现更好。五种产品均在个别台站出现了严重误报的情况, 这些台站主要分布在研究区的西北部。IMERG三种产品对于海拔高度的依赖程度具有很强的一致性, 而3B42RT产品对海拔高度几乎没有依赖。除3B42RT产品外, 其余四种产品的偏差均随雨强的增加而增大。在探测率方面, IMERG产品对小雨、 中雨和大雨的探测能力均优于TMPA产品。     

中国地区地面观测积雪深度和遥感雪深资料的对比分析

比较了气象台站观测和卫星遥感(SMMR、 SSM/I、 AMSR-E)的积雪深度两种资料在空间分布、 年际变化及其与中国夏季降水之间关系的异同性.结果表明: 两种资料在积雪稳定区的分布比较一致, 积雪深度的大值区位于东北地区、 新疆北部和青藏高原地区; 对于季节性积雪区且积雪深度不大的区域而言, 二者之间存在着较大的差异, 尤其在江淮流域及长江中下游地区, 台站观测的积雪深度大于遥感得到的积雪深度; 平均而言, 两种资料获得的积雪深度在各地区基本一致.在新疆北部和高原南部, 二种资料的年际变化存在着差异, 在新疆北部, 台站观测大于遥感得到的积雪深度, 而在高原东南部遥感大于台站观测积雪.近30 a来, 两种资料获得的积雪深度在新疆北部和青藏高原的年际变化趋势基本一致, 新疆北部为增加趋势, 青藏高原有减少的趋势.值得注意的是, 在东北地区, 近30 a来两种类型资料的年际变化趋势呈相反变化.两种资料在新疆北部的相关最强; 东北、 青藏高原其次; 而高原东南部最差, 在使用时应加注意.青藏高原地区的两种积雪资料与中国夏季降水的相关"信号"基本一致.青藏高原地区积雪与东北西部地区和长江中下游夏季降水之间的相关最为显著.资料间的差异性并不影响高原地区积雪对中国夏季降水"信号"的应用.     

IMERG卫星降水数据在嘉陵江流域的干旱监测效用评估

针对嘉陵江流域存在雨热同期,水旱灾害频发的现象,为快速且准确地把握流域内降水与干旱情况,利用覆盖范围广且分辨率高的网格化IMERG卫星降水数据对嘉陵江流域进行多时空尺度反演,并基于卫星降水数据采用标准化降水指数(SPI)对流域实行干旱监测。结果表明：1)根据分类指标与统计指标的计算结果,三种卫星降水数据中的IMERG-F能更准确地反映流域内的日降水量,与地面降水数据CC达0.737,整体高估地面降水2.6%,具有在干旱监测方面的应用潜力。2)三种卫星降水数据驱动的SPI指数在干旱监测方面存在一定的差异,IMERG-F驱动的SPI指数与地面降水数据驱动的SPI指数保持较高的一致性(CC>0.9),较近实时产品IMERG-F更能准确地呈现出流域的干湿特征。3)卫星识别降水与干旱监测的能力受地形地貌的影响,IMERG卫星降水数据在平原丘陵地带具有较好的适用性。     

Bias adjustment of satellite-based precipitation estimation using artificial neural networks-cloud classification system over Saudi Arabia

Precipitation is a key input variable for hydrological and climate studies. Rain gauges can provide reliable precipitation measurements at a point of observations. However, the uncertainty of rain measurements increases when a rain gauge network is sparse. Satellite-based precipitation estimations SPEs appear to be an alternative source of measurements for regions with limited rain gauges. However, the systematic bias from satellite precipitation estimation should be estimated and adjusted. In this study, a method of removing the bias from the precipitation estimation from remotely sensed information using artificial neural networks-cloud classification system (PERSIANN-CCS) over a region where the rain gauge is sparse is investigated. The method consists of monthly empirical quantile mapping of gauge and satellite measurements over several climate zones as well as inverse-weighted distance for the interpolation of gauge measurements. Seven years (2010–2016) of daily precipitation estimation from PERSIANN-CCS was used to test and adjust the bias of estimation over Saudi Arabia. The first 6 years (2010–2015) are used for calibration, while 1 year (2016) is used for validation. The results show that the mean yearly bias is reduced by 90%, and the yearly root mean square error is reduced by 68% during the validation year. The experimental results confirm that the proposed method can effectively adjust the bias of satellite-based precipitation estimations.     

TRMM 3B43降水数据在黄河源区的适用性评价

应用1998-2013年气象台站实测的降水数据以及2013年6-9月使用雨量桶收集的数据对TRMM 3B43 V7降水数据在黄河源区的精度从不同时间尺度、不同台站、以及不同海拔、坡度和坡向进行评价。检验发现,TRMM 3B43 数据对年和四季降水出现了不同程度的高估或低估,对于年降水、秋冬季降水表现为高估,而对春夏季降水表现为低估。同时,TRMM 3B43 数据在位于半湿润区的气象站点的降水数据质量优于半干旱区的气象站点的数据质量。除此以外,对TRMM降水在不同海拔、坡度和坡向的精度评估发现,随着海拔的升高,TRMM降水的相对偏差呈现出增加-减少-增加的变化趋势;随着坡度的升高,TRMM降水的相对偏差呈增加趋势;TRMM降水在东北坡、东坡和东南坡的偏差相对较小,而在西坡、南坡、北坡、西南坡的偏差相对较大。     

Analysis of the 1 November 2015 heavy rainfall episode in Algarve by using weather radar and rain gauge data

The trigger for the study presented in this paper was the extreme rain event of 1 November 2015 in Algarve region. The main objective was the analysis and improvement of the precipitation field using a radar–rain gauge merging method. Ordinary kriging with radar-based error correction has been applied to hourly values of precipitation from both sensors. The merging technique allowed keeping the better radar spatial pattern, being the respective estimates corrected by the rain gauges observations. The procedure led to a reduction in the errors of the precipitation estimates, evaluated by cross-validation, when compared to univariate interpolation of rain gauge observation or radar rain product. Finally, some discussion is also added on the problematic of flooding in urban areas, especially those with absent or deficient urban planning.     

考虑有雨无雨辨识的多源降水融合方法

多源降水融合是精准估计降水时空分布的重要途径,多聚焦降水量或降水强度的误差订正,对短历时降水雨区辨识的重视不足。提出考虑有雨无雨辨识的多源降水融合框架,耦合地理加权逻辑回归与地理加权回归模型,构建兼顾雨区辨识及雨量估计的降水融合方法,并应用于汉江流域MSWEP V2.1与地面站网观测日降水融合。结果表明：所提方法成功再现有雨无雨空间格局并刻画了降水中心,整体强化了MSWEP V2.1对地面降水的表征能力,降低误报率和误报降水量的幅度超过了60%,提高临界成功指数和Kling-Gupta效率系数达40%以上;较降水空间插值数据,削减误报降水量并提升Kling-Gupta效率系数高于10%;另外,较参考数据,降水融合改善强降水事件(雨强≥50 mm/d)分辨精度的增益不低于60%。所提方法有效改善了降水估计效果,为多源降水融合提供了新思路。     

GPM近实时反演数据对河南省2021年“7·20”极端暴雨的比较分析

近实时卫星降水反演数据具有覆盖范围广、空间连续性和时效性较强以及开放获取等优势,是重要的全球性降水资料。针对2021年河南省“7·20”极端暴雨,基于116个地面气象站观测资料及其空间插值数据,综合解析了4种GPM近实时卫星降水数据(IMERG early、IMERG late、GSMaP NOW和GSMaP Gauge NOW)对极端强降水事件的表征能力。结果发现：(1)IMERG early、IMERG late对站网累积雨量的低估程度在20%左右,GSMaP NOW和GSMaP Gauge NOW的高估程度分别达到了约35%和70%,但2种GSMaP数据更易探测到500 mm以上的累积雨量。(2)在雨量过程方面,4种GPM数据对小时降水事件均具有较强的分类辨识能力,但未捕捉到主要雨峰过程,定量误差较突出,与地面降水量之间表现出显著的负相关关系。GPM降水数据对小时雨量低于10 mm的降水事件以高估为主;对于小时雨量超过30mm的降水事件以低估为主,甚至存在普遍低估。(3)在空间格局方面,4种GPM数据的精度指标均具有较强的时间波动性,IMERG数据的空间相关系数和体积临界成功指数...     

新疆冬春季积雪及温度对冻土深度的影响分析

利用新疆64个气象台站1960-2010年的气象资料,分析了新疆50 a来冻土深度的变化趋势,并讨论了温度（平均地温、平均气温）、降水（冬春季年降水、平均积雪深度）与冻土深度（平均冻土深度、最大冻土深度）的相关关系. 结果表明：以10 a时段的年代际变化分析,新疆50 a来平均冻土深度和最大冻土深度均呈明显减小趋势. 50 a来平均冻土深度全疆、北疆、南疆分别减小了约7 cm、10 cm、4 cm,最大冻土深度则分别减小了约11 cm、16 cm、9 cm. 新疆50 a来平均气温和平均地温均呈波动上升趋势,且与冻土深度均有着良好的相关性,其与平均冻土深度的相关系数分别达到了-0.67、-0.77,与最大冻土深度的相关系数也分别达到了-0.51、-0.65,地温与气温的上升对应着冻土深度的减小. 新疆冬春季年降水与冻土深度有着较好的相关性,其与平均冻土深度、最大冻土深度的相关系数分别达到了-0.40、-0.37. 新疆的平均积雪深度与冻土深度也有着一定的弱相关,其原因与积雪对地面的保温作用有关.     

北疆极端降水事件的区域性和持续性特征分析

基于新疆北部1961—2007年43个站点的逐日降水资料,采用百分位方法定义极端降水事件的阈值,分析了北疆地区极端降水事件的区域性和持续性特征.结果表明:春夏秋冬四季,大范围发生极端降水事件的区域分别位于北疆的东北部地区、北部地区、东北部地区和西北部地区以及东南地区,发生持续性较强的极端降水事件的频数大值中心分别集中在伊犁河谷、中东天山地区、北疆西南部和北疆盆地.持续1d的极端降水对总降水贡献四季分布均匀,夏季略高.差异主要表现为由春季到冬季,大值中心呈现出从北疆的东天山地区向中天山和盆地地区移动的趋势.持续2d的极端降水对总降水贡献四季之间差异较显著,一般夏、冬季的较大而春、秋季的则较小.各类持续性极端降水平均强度表明,北疆地区的强降水灾害多数是由持续时间较长的极端降水事件所造成的,四季北疆地区区域平均的持续性极端降水均为显著的线性上升趋势.