基于REOF的两种卫星降水产品(IMERG和MSWEP)在金沙江流域降水分区尺度精度评估

高时空分辨率降水产品的精度评估是卫星降水用于水文气象干旱等研究的前提。本研究提出在降水分区尺度下评估IMERG和MSWEP两种卫星降水产品的精度,并与不分区尺度(即流域尺度)进行比较。首先采用旋转经验正交函数(REOF)对金沙江流域(JSB)进行降水分区,通过贡献率得出8个分区较为适合。然后识别降水的空间分布特征,发现2种降水产品都可以很好地捕捉降水呈现出的从上游到下游逐渐增加的趋势。最后在日尺度、降水发生概率和极端降水探测能力3个方面对降水产品在分区尺度和不分区尺度的性能进行评估。结果表明,在日尺度上,MSWEP的精度在多数降水分区优于IMERG,被推荐5次(1、3、6、7和8区),集中在流域的中游。同时流域尺度也推荐MSWEP。在降水事件发生概率方面,MSWEP能再现不同等级降水强度的概率密度分布,但过高估计0.1~1 mm/d降水事件的发生概率;而IMERG过高估计小于0.1 mm/d降水事件的概率。在极端降水探测能力方面,流域尺度的KGE值都是正值,且IMERG优于MSWEP,但分区尺度上,KGE值在部分降水分区中存在负值,表明IMERG和MSWEP均不能很好地探测出该区的极端降水事件。本研究成果表明降水分区尺度是必需的,能够更加精细地评估降水产品。研究结果可为具有类似气候条件的卫星降水评估提供参考。     

遥感降水产品在中国不同气候区的适用性研究

遥感降水产品相对于气象站观测数据能够更好地反映降水的空间分布特征,对其进行不同气候区上的差异性评价对数据产品选择和遥感降水反演算法改进均有重大意义。本文选择中国典型气候区（干旱区、过渡区、湿润区和青藏高原地区）,以649个经偏差矫正后的气象站降水数据为标准,评估了5种国际常用的遥感降水产品 (CHIRPS v2.0, CMORPH v1.0, MSWEP v2.0, PERSIANN-CDR, TRMM 3B42v7) 在中国典型气候区的适用性。研究发现,各产品的性能存在空间差异性。MSWEP在各气候区的相关系数(CC),Kling-Gupta efficiency（KGE）,均方根误差（RMSE）等基本统计性能指标均优于其他4种产品。相对偏差（BIAS）方面,在干旱区、湿润区、青藏高原、过渡区表现较优越的产品分别为MSWEP、CHIRPS、PERSIANN、TRMM。在评估遥感降水产品对降水事件发生概率的估算能力方面,选择了误报率（FAR,降水事件预报错误的比例）、命中率（POD,降水事件预报正确的比例）、关键成功指数（CSI,降水事件正确预报综合性能）、精度指数（ACC,等级预报综合性能）和降水等级概率分布（PDF）5个指标作为评估依据,结果表明,就POD,CSI和ACC而言,在各气候区MSWEP表现明显优于其他产品;对于FAR,TRMM和CMORPH产品在湿润区表现优越,其余气候区仍以MSWEP表现较为优越;就PDF而言,PERSIANN和MSWEP产品对1~20 mm的日降水量的估算偏高,特别是MSWEP在青藏高原和湿润区对小雨的估算频率明显偏高, MSWEP有待在该区提高频率预报的能力。综合而言,多源数据融合的MSWEP在各气候区的基本统计性能和降水等级性能较好,可作为可靠的降水数据源用于中国水文气象研究,同时也表明多源数据融合产品具有良好的应用前景。     

基于广义加性模型估算1979-2014年三峡库区降水及其特征分析

高精度、长时间序列、空间连续的降水产品是气候分析、水文模拟等众多研究领域中的重要输入。近期欧洲研究人员融合了3种不同类型的降水数据：站点观测、遥感产品、再分析资料,制作了全球1979-2014年3小时一次0.25°空间分辨率的降水产品（Multi-Source Weighted-Ensemble Precipitation, MSWEP）,凭借高时空分辨率及其对多源信息的挖掘和融合,该产品一经发布即受到广泛关注。本文利用三峡库区及附近地区气象站点的降水资料对MSWEP月降水数据进行评估,采用广义加性模型算法（General Additive Model,GAM）融合站点降水空间插值结果和MSWEP产品,对三峡库区融合后降水进行分析。主要结论为：① 降水估算精度呈现冬春季偏高、夏秋季偏低的特征,MSWEP产品与站点插值方法具有互补性,前者对夏秋季降水估算精度更高,后者对冬春季降水估算精度更高;② GAM算法可以充分发挥站点插值和MSWEP数据各自的优势,提高区域降水估算精度,与融合前相比,均方根误差减少了17%~50%,相关系数r提高了10%~30%;③ 2003年库区蓄水前后降水变化的主要特征有：库区中部长江以南地区汛期降水（5-10月）下降,库区西部干季（1-4月,11-12月）降水增加,库区外围西北部（大巴山地区）汛期降水增加,降水空间格局异质性增加,干季降水占全年降水比例升高。     

Spatio-temporal accuracy evaluation of MSWEP daily precipitation over the Huaihe River Basin,China: A comparison study with representative satellite- and reanalysis-based products

Multi-source weighted-ensemble precipitation (MSWEP) is one of the most popular merged global precipitation products with long-term spanning and high spatial resolution. While various studies have acknowledged its ability to accurately estimate precipitation in terms of temporal dynamics, its performance regarding spatial pattern and extreme rainfall is overlooked. To fill this knowledge gap, the daily precipitation of two versions of MSWEP (MSWEP V2.1 & V2.2) are compared with that of three representative satellite- and reanalysis-based products, namely the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM 3B42 V7), the climate prediction center morphing technique satellite-gauge merged product (CMORPH BLD), and the fifth-generation reanalysis product of the European Centre for Medium Range Weather Forecasts (ERA5). The comparison is made according to the dense daily rainfall observations from 539 rain gauges over the Huaihe River Basin in China during 2006-2015. The results show that MSWEP V2.1, MSWEP V2.2 and CMORPH BLD have better performance on temporal accuracy of precipitation estimation, followed by ERA5 and TRMM 3B42 V7. MSWEPs yield the most even spatial distribution across the basin since it takes full advantage of the multi datasets. As the weighted-ensemble method is independently carried out on each grid in MSWEPs, the spatial distribution of local precipitation is changed by different source data, which results in that MSWEPs perform worse than CMORPH BLD in terms of the representation of precipitation spatial pattern. In addition, the capability of MSWEPs to describe the spatial structure in the rainy season is lower than that in the dry season. Strong precipitation (≥100 mm/d) events are better represented in TRMM 3B42 V7 products than in MSWEPs. Finally, based on the comparison results, we suggest to improve the merging algorithm of MSWEP by considering the precipitation spatial self-correlation and adjusting the merging weights based on the performance of the source datasets under different precipitation intensities.     

太湖平原高度城镇化下降雨特征时空变化研究

随着人类活动和气候变化影响的加剧,降雨特征变化引发的洪水问题日益突出,探讨其时空演变特征对保障高度城镇化地区洪涝安全有较大理论和实际意义.本研究以高度城镇化的太湖平原地区为例,选取降雨强度、降雨历时、降雨集中程度和降雨峰值程度为降雨类型特征指标,以高分辨率短历时加权集合降水资料MSWEP(multi-source weighted-ensemble precipitation)为基础探讨了快速城市化发展下(1979—2016年)不同降雨历时—强度—类型的时空演变规律及其演变机制.研究结果表明：(1)研究区的降雨频次呈现出强度小、历时短、雨量集中于中期和高峰型降雨发生的频次高的特征;同时历时较短、集中于前期和后期的降雨频次趋于增加,而历时较长、集中于中期且中峰型降雨的频次趋于减少.(2)城镇化对降雨雨型的影响分析发现,高城镇化水平地区较低城镇化水平地区的降雨量更大,其中降雨强度大于25 mm/d的大雨和暴雨事件更易发生;并且更倾向于发生前期型和高峰型的极端分布降雨.随着城镇化发展研究区更易于遭受因降雨量过于集中而导致的雨涝灾害.