GPM与TRMM降水数据在中国大陆的精度评估与对比

为评估TRMM 3B42（TRMM）和新一代GPM IMERG（GPM）卫星降水产品精度,基于国内824个气象站点日降水数据,选用相关系数（R）、相对误差（E_R）和公正先兆评分（S_ET）等指标,对比分析了二者在中国大陆和九大流域内逐日、逐月尺度的观测精度。研究表明:①在日尺度上,中国大陆内的GPM降水数据精度整体优于TRMM,二者的R、E_R和S_ET分别达到了0.73、2.03%、0.36和0.70、3.75%、0.33;②GPM和TRMM日降水数据在海河流域、淮河流域、长江流域、珠江流域、东南诸河流域呈现较高的观测精度,在松辽流域、黄河流域、西南诸河片区精度次之,在内陆河片区相对最低;③在月尺度上,中国大陆内的GPM冬季降水精度明显好于TRMM,这是由于GPM提高了对弱降水和固态降水的观测能力。总体上,GPM降水产品在中国各大流域精度较好且优于TRMM,表明其在流域降水研究及水文模拟中将有较好的应用前景。     

基于TRMM卫星雷达降雨的流域陆面水文过程

利用热带降雨观测计划(TRMM)卫星雷达降雨数据驱动分布式陆面水文模型,研究流域尺度陆面水文过程,评估该数据在水文模拟与预报等研究领域的性能。通过与实测雨量资料比较,验证TRMM卫星雷达降雨数据的质量。分别将TRMM卫星雷达降雨与观测降雨作为耦合模型的气象输入,模拟和研究淮河流域1998~2003年的陆面水文过程时空变化。结果表明,TRMM卫星雷达降雨数据能够很好地描述降雨的时空分布,利用TRMM降雨模拟的结果与利用观测降雨模拟的结果精度相当;模拟流量与实测资料基本吻合。卫星雷达降雨数据在陆面水文过程研究中具有广泛的应用前景。     

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。     

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。     

SWAT模型水文过程模拟的数据不确定性分析——以青海湖布哈河流域为例

降水、 气温的空间分布是影响流域水量平衡模拟的关键因素, 运用距离权重反比法(IDW)、 梯度距离权重反比法(GIDW)、 样条函数法(Spline)和克里金插值法(Kriging)对青海湖流域及周边地区43个气象站1995-2009年逐日气温和降水进行了空间插值, 并以气象要素空间插值数据驱动模型, 进行布哈河流域径流模拟. 选用布哈河口月平均流量, 以Nash-Suttclife系数(E_ns)、 相关系数(R)和相对误差(R_E)为评价指标, 进行校准期(2000-2004年)和验证期(2005-2009年)的径流模拟效果比较. 结果表明: 径流模拟精度较高, GIDW和IDW更适合于布哈河流域的气象要素空间化, 并且气象要素空间插值数据误差是引起模型模拟不确定性和参数据不确定性的原因之一.     

TRMM3B42降雨数据在渭河流域的应用分析

运用渭河流域24个气象站点日降雨数据对2001~2012年热带测雨卫星(TRMM)3B42数据在不同子流域、不同降雨强度以及不同时间尺度的精度进行了对比验证,并对比分析了基于TRMM和站点数据的渭河流域降雨时空分布特征。结果显示:在不同子流域的日TRMM数据比站点观测数据对低值降雨更为敏感,而在极大值降雨数据观测上两者差距较大,月尺度TRMM站点观测数据确定性系数在0.89到0.96之间;两种数据在流域降雨的时空分布上表现一致性,在年内6月中旬~10月初为湿润多雨期,其余月份降雨较少,空间分布呈东南部大,西北部小的格局。     

Satellite-based rainfall estimation and discharge measurement of Middle Indus River,Pakistan

The impacts of floods and droughts are intensified by climate change, lack of preparedness, and coordination. The average rainfall in study area is ranging from 200 to 400 mm per year. Rain gauge generally provides very accurate measurement of point rain rates and the amounts of rainfall but due to scarcity of the gauge locations provides very general information of the area on regional scale. Recognizing these practical limitations, it is essential to use remote sensing techniques for measuring the quantity of rainfall in the Middle Indus. In this research, Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) estimation can be used as a proxy for the magnitude of rainfall estimates from classical methods (rain gauge), quantity, and its spatial distribution for Middle Indus river basin. In order to use TRMM satellite data for discharge measurement, its accuracy is determined by statistically comparing it with in situ gauged data on daily and monthly bases. The daily R ² value (0.42) is significantly lower than monthly R ² value (0.82), probably due to the time of summation of TRMM 3-hourly precipitation data into daily estimates. Daily TRMM data from 2003 to 2012 was used as input forcing in Soil and Water Assessment Tool (SWAT) hydrological model along with other input parameters. The calibration and validation results of SWAT model give R ² = 0.72 and 0.73 and Nash-Sutcliffe coefficient of efficiency = 0.69 and 0.65, respectively. Daily and monthly comparison graphs are generated on the basis of model discharge output and observed data.     

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。     

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。     

基于TRMM降水数据的山区降水垂直分布特征

选择天山和祁连山区为典型区,利用台站降水数据验证以上两区多卫星降水数据(TRMM)精度的基础上,借助TRMM数据分析了所选山区年降水梯度效应,并探讨了天山及祁连山最大降水高度带.结果表明,多卫星降水数据在天山和祁连山区精度较高,天山及祁连山年降水量都明显受到海拔影响,降水随海拔升高而增加,但天山降水与海拔正相关关系最好,南、北和西坡相关系数分别为0.90、0.81和0.58,多年平均降水直减率分别为11.0mm/100 m、6.3 mm/100 m、7.4 mm/100 m,最大降水高度带则分别位于海拔2 200~3 500 m和3 200~3 700 m和3 000m左右;祁连山东、中、西段降水随海拔有增加趋势,但降水梯度效应在祁连山东段明显高于祁连山中西段地区,梯度效应由东向西呈现递减趋势,其最大降水带主要分布在东段4 000~4 500 m的高山带.     

概化的Tank模型及其在龙羊峡水库汛期旬平均入库流量预报中的应用

Tank模型（又称为水箱模型），是一种用于流域径流预报的确定性水文模型，根据龙羊峡水库入库主要产流区－－黄河上游唐乃亥水文站以上流域下垫面条件下产汇流特性，将其概化为以降雨量为输入，径流量为输出的单孔出流的线性水箱，工用于该水库汛期旬平均入库流量的预报，经对历史资料进行拟合和试验预报的 结果表明，该模型具有较高的预报精度，现已应用于黄河上游龙羊峡水库汛期旬平均入库来水量的中期预报中，取得了十分显著的经济效益。     

Relationships among remotely sensed soil moisture,precipitation and landslide events

Landslides are triggered by earthquakes, volcanoes, floods, and heavy continuous rainfall. For most types of slope failure, soil moisture plays a critical role because increased pore water pressure reduces the soil strength and increases stress. However, in-situ soil moisture profiles are rarely measured. To establish the soil moisture and landslide relationship, a qualitative comparison among soil moisture derived from AMSR-E, precipitation from TRMM and major landslide events was conducted. This study shows that it is possible to estimate antecedent soil moisture conditions using AMSR-E and TRMM satellite data in landslide prone areas. AMSR-E data show distinct annual patterns of soil moisture that reflect observed rainfall patterns from TRMM. Results also show enhanced AMSR-E soil moisture and TRMM rainfall prior to major landslide events in landslide prone regions of California, U.S.; Leyte, Philippines; and Dhading, Nepal.     

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。     

基于地理空间要素的雅砻江流域面雨量估算

反映流域整体降水情势的面雨量一直是水文模型的重要输入参数之一,在泰森多边形雨量法的基础上考虑地理空间要素对降雨空间分布的影响,采用面向对象的遥感信息聚类方法提取出雅砻江流域2项形状因子(周长、面积)和5项地形因子(平均高程、平均坡度、平均坡向、高程差周长比和高程差面积比)。降雨—径流相关性分析结果表明:地形因子雨量法在月尺度上的降雨估算精度高于年尺度,且在月尺度上能更好地反映流域不同区段的降雨空间分布特征;在月、年际降雨变化趋势分析方面,年尺度上的降雨与径流一阶差分后平均相关系数为0. 903,高于月尺度的0. 629,主要由于水电站调蓄过程对流域径流异质性的影响,且影响度随着时间尺度缩小而放大。     

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。     

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。     

东北半干旱地区流域分布式水文模拟——以洮儿河流域为例

以东北半干旱地区典型流域-洮儿河流域为研究对象,应用SWAT模型对流域水文过程进行了模拟研究;选择流域上游子流域和中下游子流域分别进行参数敏感性分析,识别出影响模拟结果的敏感参数,研究发现部分参数敏感性存在空间变异性,分析主要原因在于气候和下垫面的空间异质性导致了流域上下游产流模式存在差异。采用1988-1997年水文气象数据进行模型率定和验证,结果表明：干流水文站月流量过程率定期Nash-Sutcliffe 效率系数平均值为0.78,验证期为0.72,相关系数都达到0.86以上,水量误差大多在20%以内,对日过程的模拟也有较高的精度;枯水年模拟结果较差,主要是因为流域降水站数量不够,难以反映降水的时空分布。对于水文、气象等资料相对缺乏的东北半干旱地区,SWAT模型的模拟结果总体令人满意,可以应用于与流域径流相关的各种模拟分析,研究成果对进一步加强洮儿河流域水资源综合管理提供了依据和手段。     

山脉走向对降水中δ18O垂直递减率的影响——以黑河流域上游祁连山区为例

准确定量计算降水中稳定同位素的垂直递减率对水文、古气候及古海拔高度重建等研究有重要意义.使用方差分析方法,分析了黑河流域上游祁连山区3个站点2007年10月至2008年9月降水中δ¹⁸O与海拔的关系.结果表明：由于青藏高原北缘气候特征受西风环流控制,水汽的主要运移路径与祁连山脉走向基本平行,导致降水过程中缺乏水汽沿海拔爬升的过程,以及存在广泛的水汽混合等因素的影响,使得在显著性水平α=0.05下,祁连山区海拔1600～3300 m之间降水中δ¹⁸O在年尺度和季节尺度上均没有表现出明显的高程效应,其年均值为-7.1‰.结果说明除水汽来源外,山脉走向与主要水汽运移轨迹之间的空间关系也是影响降水中稳定同位素特征的重要因素.最后,讨论了青藏高原降水δ¹⁸O垂直递减率的区域变化特征.     

Runoff and sediment yield modeling using SWAT model: case of Wadi Hatab basin,central Tunisia

This study presents an application of the model Soil and Water Assessment Tool (SWAT) to simulate daily and monthly water flow and sediment fluxes in the Wadi Hatab watershed (2200 km²) located in central Tunisia. The study basin is characterized by a significant climatic contrast, abrupt topography, and soil fragility, resulting thereby in flash floods and important water erosion rates. This alarming situation requires urgent interventions in order to preserve water and soil resources, implying the need for a decision tool for proper integrated management of the watershed. The model was calibrated and validated based on a comparison of simulated and observed flow rates at the basin outlet (hydrometric station Khanguet Zazia), during the periods 1987–1988 and 1989–1990, respectively. The comparison was based not only on visual inspection of the agreement between observed and simulated time series, but also on statistical parameters. Indeed, for the daily time step application, the Nash—Sutcliffe efficiency (NSE) values were 0.52 and 0.61, and the coefficient of determination (R²) was 0.54 and 0.61 for calibration and validation, respectively. As for the monthly time-step application, the obtained NSE values were 0.67 and 0.89 while R² values were 0.83 and 0.87 for calibration and validation, respectively. This clearly shows the reasonably good agreement between simulated and observed flow rates. In terms of erosion, the model gave sediment yield values ??of 1.15 and 5.37 t/ha/year during the periods of calibration and validation, respectively.     

雅鲁藏布江流域地-气系统的水平衡

利用NCEP/NCAR1980-1989年10年逐日00UTC、12UTC再分析资料及青藏高原降水、径流资料,研究了青藏高原雅鲁藏布江流域的水平衡特征,估算了雅鲁藏布江流域的蒸发、土壤和地下水含量。结果表明:雅鲁藏布江流域夏季是水汽辐合区,降水大于蒸发;秋末到次年春季是水汽通量辐散区,蒸发大于降水。降水主要集中在6～9月。径流的年际变化趋势同降水相近,径流主要是由降水补给的,径流峰值滞后降水峰值一个月。雅鲁藏布江流域土壤及地下含水量从1～6月逐渐减少,7月以后开始增加,10月是土壤及地下水最丰富的时段。20世纪80年代中期和后期降水、蒸发、径流等呈增长趋势,这同ENSO事件有关。