四川盆地及周边地区TRMM 3B42数据精度检验

多源信息融合的流域水文模拟及预报技术,是目前水文预报发展的一个重要方向。以易发生长江流域特大洪水的四川盆地及周边地区为研究区域,从单个站点及子流域降水量相关性、降雨空间分布和相对误差等方面对TRMM卫星3B42产品探测精度进行了检验分析。结果表明:研究区TRMM 3B42数据与地面观测数据在日、月尺度上具有较高的相关性(R >0.5),3 h尺度相关性较差(R<0.5),且3 h和日尺度在降水量峰值拟合上存在较为明显的数值偏差和时间上的提前或延迟;不同时间尺度下两组数据的空间分布特征总体具有较好的一致性;两组数据2008—2010年降水量序列均值相对偏差在±10%的概率密度百分数为32.26%。总体上研究区TRMM 3B42数据呈现高估(四川盆地大部分区域),局部出现低估(四川盆东南及地周边地区);研究区3 h尺度TRMM 3B42数据探测精度明显低于日尺度,高程变化对TRMM 3B42数据的探测精度具有一定影响。因此,针对该区域TRMM 3B42数据3 h和日尺度数据序列精度相对较差的问题,应用该卫星数据进行3 h尺度流域水文模拟及预报研究时,就需要对该区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。     

黄河源区鄂陵湖湖面和湖边草地对流边界层湍流结构特征的大涡模拟研究

为研究黄河源区边界层湍流特征及其对物质和能量输送的影响,本文首次采用大涡模拟的方法,对比分析了黄河源区两种不同下垫面上(鄂陵湖和湖边草地)对流边界层(CBL)中精细的湍流结构特征.使用资料为2012年夏季黄河源区鄂陵湖流域野外观测实验的GPS探空资料、涡动相关观测资料.分析表明,模拟的黄河源区草地和湖上CBL的平均结构...     

黄河源区植被变化趋势及其对气候变化的响应过程研究

利用1982～2001年NOAA/AVHRR(美国大气海洋局卫星/甚高分辨率辐射计)NDVI(归一化植被指数)资料、2000～2008年EOS/MODIS(地球观测系统卫星/中等分辨率成像光谱仪)NDVI资料以及1982～2008年黄河源区的玛多、玛曲和兴海气象台站逐月气温和降水资料,分析了黄河源区玛多、玛曲和兴海地区...     

基于FLEXPART模式对黄河源区盛夏降水异常的水汽源地及输送特征研究

依据近10年黄河源区流域气象台站的降水观测资料,提取夏季降水最强月对应的异常特征,利用拉格朗日粒子扩散模式(Flexible Particle Dispersion Model,FLEXPART),针对目标时段开展大气粒子群(气块)的后向模拟,着重分析了流域内降水正负异常状态下的水汽输送特征及其差异,并评估各水汽源地对流域内三类降水的贡献。结果表明,以“S”型跨赤道输送(“由阿拉伯海至孟加拉湾和印度半岛再由青藏高原西南侧进入黄河源区”)和“几”型输送(“由南中国海经长江中下游平原后途径四川盆地再进入黄河源区”)为代表的南支路径是2012年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径;而以东、西风急流作用下的两条远距离输送(“由南中国海至孟加拉湾和印度半岛东北部附近后再经由青藏高原西侧或北侧进入黄河源区”以及“由欧洲平原东部和中亚地区进入青藏高原西侧或北侧后到达黄河源区”)为代表的北支路径是2015年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径。在对气块后向模拟追踪的同时,对其运动过程中的比湿变化进行了对应经纬度网格的空间平均,变化特征显示出喜马拉雅山南麓、四川盆地周边、孟加拉湾和青藏高原北侧是黄河源区流域降水对应的潜在水汽源地。由定量评估贡献率的结果可知:青藏高原北侧的广大干旱及半干旱草原地区是2015年7月黄河源区降水的最主要水汽来源,其贡献率高达52.9%;而在2012年,三个主要源地的贡献率差异远不及2015年显著;无论对应何种类型的降水,青藏高原西南部和北侧提供了黄河源区主要可供降水的外来水汽。     

气候变化影响下的流域水循环:以长江和黄河典型流域为例

在对IPCC提供的多种大气环流模式(GCMs)适用性评估的基础上,采用SDSM和ASD统计降尺度模型生成未来气候变化情景,驱动分布式水文模型VIC和SWAT,分别对长江和黄河典型流域进行分布式水文模拟,定量探讨气候变化对流域水循环的影响。结果表明,适应性评估可以有效降低GCMs选择的不确定性,统计降尺度方法能够明显改善全球气候模式降水和气温输出结果。与基准期(1961—1990年)相比,未来时期(2046—2065年和2081—2100年)长江下游太湖流域径流量呈现微弱减少趋势,但汛期东南部径流量增加显著,而黄河上游流域径流量则呈下降趋势。研究结果可为开展我国各大流域适应气候变化研究提供一定的参考依据。     

MODIS反照率产品在模拟黄河源区陆面过程和降水中的应用

地表反照率是陆面过程中一个重要的物理量, 其变化直接影响地表能量的收支状况, 进而可以影响气温和降水等其它气象要素。本文利用WRF (Weather Research and Forecasting) 模式, 通过两组数值模拟试验分别探讨了地表反照率改变在黄河源区不同下垫面情况下潜热、 感热的分配关系, 详细分析了地表反照率改变对降水变化的影响机制, 最后应用EOS/MODIS地表反照率产品替代原模式低时空分辨率的地表反照率。研究结果表明: (1)当地表反照率减少(增加)时, 模拟的区域平均地表温度、感热、潜热数值相应增大(减少)。当地表反照率减少0.1时, 地表温度上升约1.0 K, 感热和潜热量增量比约为3∶1。 (2) 地表反照率改变对降水量变化影响最大的区域是黄河源区下游的草场区域, 其次是黄河源头区域, 最小的是黄河源区北部的稀疏植被区域。地表反照率通过对大气动力、 热力以及水汽条件的影响, 使得降水发生的环境改变, 主要体现在: 当地表反照率减少时, 地表气压的减少使得大气低层的辐合气流增强, 有利于上升运动的发生; 2.0 m气温的升高增强了大气近地层的热力不稳定度; 2.0 m比湿的增加表明近地层空气水汽含量增加。 (3) 与实况对比分析发现, 使用卫星遥感产品后在月尺度上能够更准确地模拟降水量的变化过程。     

黄河上游和源区气候、水文的年代际变化及其对华北水资源的影响

利用我国气象观测站1951~2000年降水、气温资料以及黄河上游有关水文测站1960~2003年的径流资料,分析了黄河上游和源区气候的年代际变化及其对径流变化的影响,并分析了黄河上游径流变化对华北水资源的影响。分析结果表明:黄河上游和源区降水从20世纪90年代有所减少,气温明显上升,导致了黄河源区和上游径流量锐减。黄河上游径流的减少是90年代黄河下游流量锐减、黄河断流天数增多的重要原因,并表明了黄河上游来水量的多少是影响华北地区水资源的重要原因。     

澜沧江源区气温与降水对径流变化的影响

为研究澜沧江源区水文气候变化特征,采用线性回归拟合分析方法、M-K非参数检验法对1960—2010年间澜沧江源区的水文气候变化趋势进行分析,计算了各季节气温变化对年气温变化的贡献量,并基于Pearson相关分析法和贡献率的计算讨论了降水量和气温对径流量变化的影响。结果表明:澜沧江源区年平均气温和各季节平均气温均呈显著上升趋势,其中,冬季的增温对年平均气温增加贡献最大(38%)。澜沧江流域源区年降水量无明显增减趋势,但春季降水量显著增加。澜沧江流域源区年径流量未呈现显著变化趋势,冬季和春季径流量呈现出显著的增加趋势。年际尺度上,径流量的主控因素是降水量,降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对丰沛的6—10月份;冬季和初春季节气温上升对径流量的改变存在一定的影响,且气温的贡献率要比降水的贡献率大,原因是气温升高加剧研究区内冰雪的消融,进而导致澜沧江源区的径流增加。     

黄河源区蒸散发量时空变化趋势及突变分析

蒸散发量是流域水文过程的关键因子。由于缺乏区域面上实际蒸散发量的长期观测,很难得到长时间序列的蒸散发时空变化趋势。因此,本研究首先利用架设在黄河源若尔盖地区的涡动相关系统观测的2010年全年的蒸散发资料进行分析,对欧洲中心提供的ERA-interim和美国国家环境预报中心(NCEP)提供的地表变量再分析数据集进行了局地适用性评估,并依据再分析蒸散数据集,基于统计学方法分析了1979~2014年黄河源区蒸散发量的时空分布及变化特征。结果表明:(1)ERA-interim蒸散发再分析资料在黄河源区适用性较好,均方根误差为0.63,NCEP蒸散发再分析资料在4~7月、10~12月模拟值偏高,均方根误差为0.81。(2)进而利用ERA-interim蒸散发再分析资料,基于Mann Kendall方法及Sen斜率(Sen’s slope estimator)检验法,分析了黄河源区蒸散发量在1979~2014年期间的变化趋势。黄河源区蒸散发量总体上呈现北高南低的年变化趋势,北部兴海—共和—贵德地区增加最为迅速,年变化率在1.5~2.5 mm/a,西南部曲麻莱—治多—玉树地区减少最为明显,变化率为-1.0~-0.5 mm/a,东南部玛沁—玛曲—久治地区蒸散发量的变化在0.5~1.0 mm/a。(3)利用滑动t检验和SQMK(Sequential Mann Kendall)方法检测出发生突变的年份集中在20世纪80年代。     

黄河源区地表水资源变化及其影响因子研究

利用1955～2005年黄河源区玛多气象站和黄河沿水文站气象、水文资料,分析了该区域地表水资源、气候及冻土演变规律,揭示了地表水资源变化的成因。研究表明:近51a黄河源流量丰枯转化频繁,但在总体上特别是进入20世纪90年代以来黄河源流量呈减少趋势,流量年内分配表现为单峰型;降水量对流量有着较为显著的影响,且具有一定的持续性;黄河源区气温的显著升高对于加大流域蒸发量导致流量补给的减少作用要大于其升高致使冰雪融水的补给作用,其中春季气温回升的这一效应更为显著;黄河源区冻土呈现出显著的退化趋势,冻土厚度与流量总体上呈显著的正相关关系,其不断减小削弱了自身天然隔水层的作用;黄河源区蒸发量呈现出显著的增大趋势,并导致流量的减少;气候变化导致流量的减少量占总减少量的70%,其余30%可能是由人类活动加剧造成的,气候及冻土因子对流量的作用大小依次为冻土、降水、蒸发和气温,显然多年冻土对于黄河源区地表水资源的形成和发育有着至关重要的作用。     

Assessment of the GPM and TRMM Precipitation Products Using the Rain Gauge Network over the Tibetan Plateau

Using high-quality hourly observations from national-level ground-based stations, the satellite-based rainfall products from both the Global Precipitation Measurement (GPM) Integrated MultisatellitE Retrievals for GPM (IMERG) and its predecessor, the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Multi-satellite Precipitation Analysis (TMPA), are statistically evaluated over the Tibetan Plateau (TP), with an emphasis on the diurnal variation. The results indicate that: (1) the half-hourly IMERG rainfall product can explicitly describe the diurnal variation over the TP, but with discrepancies in the timing of the greatest precipitation intensity and an overestimation of the maximum rainfall intensity over the whole TP. In addition, the performance of IMERG on the hourly timescale, in terms of the correlation coefficient and relative bias, is different for regions with sea level height below or above 3500 m; (2) the IMERG products, having higher correlation and lower root-mean-square error, perform better than the TMPA products on the daily and monthly timescales; and (3) the detection ability of IMERG is superior to that of TMPA, as corroborated by a higher Hanssen and Kuipers score, a higher probability of detection, a lower false alarm ratio, and a lower bias. Compared to TMPA, the IMERG products ameliorate the overestimation across the TP. In conclusion, GPM IMERG is superior to TRMM TMPA over the TP on multiple timescales.     

基于分布式水文模型的小流域山洪预报方法与应用

以2016—2017年清江流域2次大径流事件和3次小径流事件为研究对象,首先,分析了CMORPH卫星-地面自动站-雷达三源融合降水产品(CMPAS)、中国全球大气再分析产品(CRA)和雨量站降雨资料(Gauge)3种产品的降水时空分布特征;然后,基于径流事件实况与不同降水产品的特点,设计了两种径流模拟试验方案,对3种产品的降水数据输入WRF-Hydro模式的径流模拟结果进行分析。最后,结合降水时空分布差异,探讨3种降水产品在径流模拟中的应用效果。结果表明: (1)5次径流事件中,3种降水产品探测的降雨中心、雨带位置和走向大致相同,流域内面雨量随时间变化趋势较为一致。(2)两种试验方案下,3种降水产品均能模拟出各次径流事件。对大径流事件,CMPAS的模拟效果最优,相关系数均在0.76以上、纳什效率系数均在0.63以上;对小径流事件,Gauge的模拟效果最优,相关系数均在0.75以上,纳什效率系数均在0.48以上;CRA无论对大、小径流事件,其模拟效果相对都较差,但参数经重新率定后,其模拟效果明显改善。(3)3种降水产品经重新率定参数后(方案2),其在峰现、涨水、退水各时段的径流模拟效果改善不同。对小径流事件,相对涨水和退水时段,各产品在峰现时段的模拟效果改善较为明显,而对大径流事件,3种降水产品在各时段的模拟效果均无明显改善。

     

星载降水测量雷达降水产品研究进展

利用星载技术获得的降水信息与其他常规观测手段得到的信息相比,具有更广的空间覆盖性。星载产品的研究对降水微观信息的认识、数值预报的改进和水文农业的发展都有十分重要的意义。本文对美国宇航局NASA和日本宇航局JAXA联合开发的气象卫星降水产品,即第1部TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星的降水雷达(PR))和GPM(Global Precipitation Measurement)卫星的双频降水雷达(DPR)的降水产品,从评估验证、统计分析和个例分析的角度分类阐述了目前对TRMM和GPM降水产品的相关研究工作,最后提出了目前星载降水产品存在的一些问题、星载仪器的局限性以及对未来星载降水产品发展的展望。     

高分辨率卫星对“21·7”河南特大暴雨监测能力分析

2021年7月20日河南中北部突降暴雨,造成至少302人遇难,这类极端降水事件会对社会经济发展和人类生产、生活造成较大的影响,因此,准确监测这类暴雨事件至关重要。采用定性和定量方法综合评定了主流的10种高分辨率卫星降水产品（CMORPH-Raw、CMORPH-RT、PERSIANN-CCS、GPM IMERG-Early、GPM IMERG-Late、GSMaP-Now、GSMaP-NRT、FY-2F、FY-2G和FY-2H）在本次极端暴雨事件中的适用性,并分析了这10种产品对不同级别降水的监测能力。结果表明,这10种卫星降水产品均可以较为准确地再现出暴雨中心位于河南中北部的空间分布特征,但是所有卫星降水产品均较大程度低估了暴雨中心的降水量。随着降水等级的升高,各类卫星降水产品的命中率下降,TS评分降低,误报率升高。CMORPH-RT 对于暴雨量的捕捉能力强于CMORPH-Raw,且对暴雨过程的捕捉能力也更强;GPM IMERG-Late的准确度较GPM IMERG-Early有较大提高;相比于GSMaP-Now降水产品,GSMaP-NRT的准确度较高;PERSIANN-CCS和FY-2F的效果较差,不能捕捉此次极端暴雨事件。对本次暴雨事件而言,CMORPH-RT的效果最好,可以准确捕捉暴雨中心而且量值也与观测最为接近;融合红外和被动微波信息的卫星降水效果优于仅使用红外信息的降水产品,而且卫星反演算法和融合被动微波数据的多少对卫星降水的准确度有较大影响。      

Evaluation of TRMM multi-satellite precipitation analysis (TMPA) against terrestrial measurement over a humid sub-tropical basin,India

To support the GPM mission which is homologous to its predecessor, the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM), this study has been undertaken to evaluate the accuracy of Tropical Rainfall Measuring Mission multi-satellite precipitation analysis (TMPA) daily-accumulated precipitation products for 5 years (2008–2012) using the statistical methods and contingency table method. The analysis was performed on daily, monthly, seasonal and yearly basis. The TMPA precipitation estimates were also evaluated for each grid point i.e. 0.25° × 0.25° and for 18 rain gauge stations of the Betwa River basin, India. Results indicated that TMPA precipitation overestimates the daily and monthly precipitation in general, particularly for the middle sub-basin in the non-monsoon season. Furthermore, precision of TMPA precipitation estimates declines with the decrease of altitude at both grid and sub-basin scale. The study also revealed that TMPA precipitation estimates provide better accuracy in the upstream of the basin compared to downstream basin. Nevertheless, the detection capability of daily TMPA precipitation improves with increase in altitude for drizzle rain events. However, the detection capability decreases during non-monsoon and monsoon seasons when capturing moderate and heavy rain events, respectively. The veracity of TMPA precipitation estimates was improved during the rainy season than during the dry season at all scenarios investigated. The analyses suggest that there is a need for better precipitation estimation algorithm and extensive accuracy verification against terrestrial precipitation measurement to capture the different types of rain events more reliably over the sub-humid tropical regions of India.     

Validation of satellite rainfall products over Greece

Six widely available satellite precipitation products were extensively validated and intercompared on monthly-to-seasonal timescales and various spatial scales, for the period 1998–2006, using a dense station network over Greece. Satellite products were divided into three groups according to their spatial resolution. The first group had high spatial (0.5°) resolution and consists only of Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) products: the TRMM Microwave Imager (TMI) precipitation product (3A12) and the TRMM multisatellite precipitation analysis products (3B42 and 3B43). The second group comprised products with medium spatial (1°) resolution. These products included the TRMM 3B42 and 3B43 estimates (remapped to 1° resolution) and the Global Precipitation Climatology Project one-degree daily (GPCP-1DD) analysis. The third group consisted of low spatial (2.5°) resolution products and included the 3B43 product (remapped to 2.5° resolution), the GPCP Satellite and Gauge (GPCP-SG) product, and the National Oceanographic and Atmospheric Administration Climate Prediction Center (NOAA-CPC) Merged Analysis (CMAP). Rain gauge data were first gridded and then compared with monthly and seasonal precipitation totals as well as with long-term averages of the six satellite products at different spatial resolutions (2.5°, 1°, and 0.5°). The results demonstrated the excellent performance of the 3B43 product over Greece in all three spatial scales. 3B42 from the first and second group and CMAP from the third exhibited a reasonable skill.     

Validation of high-resolution TRMM-3B43 precipitation product using rain gauge measurements over Kyrgyzstan

This paper presents the validation of monthly precipitation using Tropical Rainfall Measuring Mission Multisatellite Precipitation Analysis (TMPA)—3B43 product with conventional rain gauge observations for the period 1998–2007 over Kyrgyzstan. This study is carried out to quantify the accuracy of TMPA-3B43 product over the high latitude and complex orographic region. The present work is quite important because it is highly desirable to compare the TMPA precipitation product with the ground truth data at a regional scale, so that the satellite product can be fine-tuned at that scale. For the validation, four different types of spatial collocation have been used: station wise, climatic zone wise, topographically and seasonal. The analysis has been done at the same spatial and temporal scales in order to eliminate the sampling biases in the comparisons. The results show that TMPA-3B43 product has statistically significant correlation (r?=?0.36–0.88) with rain gauge data over the most parts of the country. The minimum linear correlation is observed around the large continental water bodies (e.g., Issyk-Kul lake; r?=?0.17–0.19). The overall result suggests that the precipitation estimated using TMPA-3B43 product performs reasonably well over the plain regions and even over the orographic regions except near the big lake regions. Also, the negative bias suggests the systematic underestimation of high precipitation by TMPA-3B43 product. The analyses suggest the need of a better algorithm for precipitation estimation over this region separately to capture the different types of rain events more reliably.     

GPM IMERG和ERA5降水数据精度在云南复杂地形区域的评估检验

为评估和对比GPM IMERG、ERA5降水数据在云南的适用性,利用2014年4月至2018年6月的地面气象观测数据、GPM IMERG卫星遥感降水产品和ERA5再分析降水数据,采用定量和分类评分7项指标评估GPM IMERG和ERA5日降水产品在云南的适用性.结果表明:2种数据存在小雨日雨量高估,中雨及以上量级雨日雨...     

台风“温比亚”影响山东期间GPM资料的降水分析

为研究GPM（Global Precipitation Measurement）资料对台风雨带降水结构的探测能力,利用GPM卫星资料、地基雷达资料和地面降水实况对2018 年第18号台风“温比亚”影响山东期间的降水结构进行分析。结果表明：台风螺旋雨带造成的降水远大于台风外围云系产生的降水;台风螺旋雨带的雨顶高度大于外围云系的雨顶高度,基本在7 km以上,最大雨顶高度达到15 km;台风螺旋雨带及其外围云系都以层云和对流云降水为主,其中螺旋雨带中对流云降水所占比例高于外围云系,对流云的平均降水率是层云的3倍左右,对流云降水对应近地面降水率和雨顶高度的大值区;台风螺旋雨带的降水柱与外围云系中的降水柱相比,具有数量多、密度大、高度高的特点,这与台风螺旋雨带中对流发展旺盛有关;2A DPR数据产品对降水估测具有较好的指示意义。研究结果为用GPM产品估测降水结构提供了参考依据。     

Validation of TRMM-3B42 precipitation product over the tropical Indian Ocean using rain gauge data from the RAMA buoy array

In the present study, an attempt has been made to validate the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Multisatellite Precipitation Analysis (TMPA)-3B42 recently released version 7 product over the tropical Indian Ocean using surface rain gauges from the National Oceanic and Atmospheric Administration/Pacific Marine Environmental Laboratory Research Moored Array for African–Asian–Australian Monsoon Analysis and Prediction buoy array available since late 2004. The validation exercise is carried out at daily scale for an 8-year period of 2004–2011. Results show statistically significant linear correlation between these two precipitation estimates ranging from 0.40 to 0.89 and the root-mean-square error varies from about 1 to 22 mm day^?1. Although systematic overestimation of precipitation by the TMPA product is evident over most of the buoy locations, the TMPA noticeably underestimates higher (more than 100 mm day^?1) and light (less than 0.5 mm day^?1) precipitation events. The highest correlation is observed during the southwest monsoon season (June–September) even though bias is the maximum possibly due to relatively lower fraction of stratiform precipitation during the monsoon season than other seasons. Furthermore, the TMPA estimates slightly underestimate or misses intermittent warm precipitation events as compared to the precipitation radar derived precipitation rates.