长江上游流域数值降雨预报产品精度评估

根据实测站点降雨数据和ECMWF、梯调降雨预报数据，评估两种降雨预报产品在长江上游流域51个降雨分区的面雨量预报精度。各分区面雨量预报值采用网格算术平均法计算，观测值采用泰森多边形法计算。相关系数、平均绝对误差和ROC曲线的AUC数值指标的计算结果表明，两种产品在长江上游流域均具有较好的预报效果，其中梯调降雨预报数据在预见期较长时相对精度更高，质量更为稳定；梯调降雨预报数据相较于ECMWF数据更适用于流域的上游和下游区间，中游区间ECMWF数据的预报效果更好。     

渠溪河流域GPM IMERG卫星降水对地面站点降水的可替代性研究

为评估IMERG卫星降水产品在空间覆盖范围、时空分辨率、雨雪数据观测等方面较上一代产品TMPA的改进效果,以三峡区间渠溪河流域为例,选择地面实测雨量数据作为参考值,在对IMERG产品进行统计分析评估的基础上,进一步运用BTOPMC分布式水文模型对其进行水文适用性评估,探讨IMERG卫星降水对实测降水GAUGE的可替代性,并选择TMPA产品进行了对比。结果表明,IMERG在渠溪河流域精度较高、水文表现较好,具有替代地面站点观测数据的潜力。     

卫星雷达测雨在长江流域的精度分析

针对传统的雨量站点观测方法存在的缺陷,基于TRMM卫星降雨数据较高的时间和空间分辨率,通过TRMM数据与长江流域实测站点数据在时间和空间分布上的对比分析,研究了TRMM数据在长江流域的适用性.结果表明,TRMM数据在长江流域有较高的精度,为分布式水文模型提供了良好的数据支撑.     

城镇化背景下太湖流域极端降雨时空演变特征

研究城镇化发展程度对极端降雨的影响对于指导高度城镇化地区防洪排涝工作意义重大。在太湖流域城镇化区域划分基础上,基于1965～2014年70个雨量站的日降雨数据,采用空间分析法、Mann-Kendall趋势检验法、线性回归法、滑动平均法等提取各站极端降雨特征,分析城镇化背景下太湖流域极端降雨时空演变规律。结果表明,太湖流域城镇化发展较快的区域主要集中在武澄锡虞区、阳澄淀泖区、浦东浦西区;浙西区年极端降雨量较大,武澄锡虞区、阳澄淀泖区、浦东浦西区极端降雨量则较其他地区呈显著增加趋势,分别上升34.5、38.2、31.7 mm/10a;全流域极端降雨事件增多、强度增大,其中城镇化发展高速地区由流域极端降雨频次低值区逐渐演变为高值区之一,极端降雨强度亦显著增加,表明其遭受洪涝灾害的风险增大。     

基于改进的湿润地区站点与卫星降雨数据融合的洪水预报精度分析

目前卫星降雨数据是水文研究中重要的数据来源,但其精度尚未达到洪水预报的要求。将TRMM3B42RT、TRMM 3B42、GPM IMERG Early及GPM IMERG Late分别与站点实测降雨数据融合,并利用HEC-HMS模型进行洪水模拟,从而改进卫星降雨洪水预报精度。结果表明,卫星降雨数据在经过与实测降雨数据的融合处理后,误差明显降低,相关系数由0.7提高到0.9以上,进而提高了模拟洪水的精度,在洪水预报方面有一定的可行性。     

基于深度学习的无资料地区多源降水融合与性能综合评估

为研究卫星-地面站点降水融合校正对遥感降水数据在无资料地区水文应用的意义,构建了考虑时空因素的深度神经网络(CNN-LSTM)融合模型,结合地形因子和气象站点实测资料对渫水流域TRMM 3B42遥感数据进行融合校正,并定量评估校正后的日降水误差。结果表明,经过CNN-LSTM模型校正后的降水数据精度有所提高,其与站点降水资料的相关系数在0.65以上,均方根误差、平均绝对误差、探测率分别比原始TRMM数据精度提升4.01%、8.09%、16.61%,且校正后的数据明显低估了降水;在不同雨强条件下遥感融合校正降水精度表现良好,但对于暴雨事件探测的精度仍有待提高。     

近60年来福建省降雨时空分布特征

近年来,全球气候变化使各种极端降雨事件显著增加,导致洪涝灾害频发。鉴于福建省是受洪涝、风暴潮和次生灾害影响频繁的省份之一,基于近60年来福建省18个站点的气象观测数据,运用Mann-Kendall趋势分析、Morlet小波分析等方法分析了福建省降雨时空变化特征。结果表明,福建省年降雨量总体呈不显著增加趋势,增幅达8.11mm/10a,然而暴雨雨量增幅达13.56mm/10a;雨日呈逐渐减少趋势,降雨强度却不断增大,尤其是夏季降雨强度增幅最为明显;沿海的厦门、平潭地区夏季降雨呈显著增多趋势(p0.05),降雨由东南沿海向西北山区逐渐递增;暴雨和其他等级雨量的空间分布存在较大差异,多发生在西南和东北地区山脉东部的迎风坡。建议福建省应加强极端降水事件增多导致的洪涝灾害及其次生灾害的防范力度。     

基于地形影响的龙羊峡库区人工增雨效果评估

对1997年黄河上游地区龙羊峡水库人工增雨效果采用垂向混合产流模型进行效果评估。对目标区数据进行还原处理时,充分考虑地形对降雨空间分布的影响,将降雨量与所在站点经度、纬度和高程进行多元相关。研究结果表明,由于充分考虑了地形因子对降水的影响,用该法得出比用对比区降雨量来简单相关目标区降雨量更高的精确度。     

五种降水数据产品在元江—红河流域的适应性评估

红河作为重要的国际河流,研究不同降水产品在红河流域的适用性,对于丰富区域水资源数据有重要意义。基于红河流域及其附近的29个气象站点实测降水数据,从时间和空间两个角度评估CRU、GPCC、GPCP、PREC/L、APHRO五种产品的降水数据。结果表明,总体上来看,这五种产品均能较好地反映红河流域降水的时空分布特征,综合分析GPCP表现最佳。从年降水量的对比来看,CRU、GPCC、PREC/L、APHRO存在对降水的低估,GPCP存在对降水高估;五种降水数据在旱季的降水精度比雨季表现好,夏季表现最差。在年降水量的空间分布上,五种降水数据整体上均表现出较为一致的空间分布特征;通过计算五种降水数据的降水空间分布图与实测降水空间分布图的Kappa系数,GPCC与实测降水空间分布表现为显著一致,其他降水产品表现为基本一致,且多数格点数据的降水精度与实测气象站点的高程呈正比。评估红河流域多源降水数据集的适用性,极大地丰富了红河流域的降水资料,为资料匮乏地区水资源研究提供了更多可能。     

降水分布指数模型精度分析及验证

为评估降水分布指数模型(DPEM)的精度问题,基于圣卡塔利娜岛4场次降雨7个观测站点的实测数据,分别运用距离倒数加权插值模型(IDW)、修正距离倒数插值模型(RIDM)、空间线性插值模型(SLIM),通过交叉验证,比较了四种模型的插值精度。结果表明,对不同验证站进行插值时,各方法呈现不同特征。验证站位于样本地理分布边缘时,SLIM、IDW模拟误差有增大趋势;RIDM考虑高程作为权重因子后,模拟结果优于IDW;而DPEM模拟产生的误差更小,且能够反映降水中心的趋势位置。该评估比较对降水分布指数模型在降水数据输入时有指导意义。     

淮河流域近58年降水特征分析

为了更明确、具体地了解淮河流域降水的时空分布特征,基于1959～2016年淮河流域170个高密度站点逐日降水资料,采用Spearman秩次相关和对趋势分析较准确的成对斜率回归中值等统计方法,分析了流域不同级别降水的降水量、降水日数和降水强度等指标的时空分布特征。结果表明,淮河流域年降水南北差异较显著,由西北向东南递增,年降水量和降水日数最大的地区均位于流域最南部大别山地区,其值为最小值的2倍左右;平均日降水强度及年暴雨量和暴雨日数的分布相似,东部沿海地区和西南部山区为大值区,西北部海拔流域最高的地区为最小值分布区,在流域中部由西北向东南方向逐渐增多;平均暴雨强度的一个大值区位于流域中部偏西的河南驻马店地区,淮河流域极端强降水的发生地也集中在此地周围;流域整体年降水量有轻微下降趋势,降水日数明显减少(东北部地区尤其显著,干旱风险增加),导致平均日降水强度显著增加。这主要是由10mm以下的小雨尤其是0.1～1mm的微量降水的频数显著减少导致的,而50mm以上的暴雨各指标在流域整体上均无显著的变化趋势;流域春秋两季降水量呈减少趋势,夏冬两季降水量呈增加趋势,属于春秋变干、冬夏变湿的地区。     

ERA-5降水数据在澜沧江流域高山峡谷地区的适用性研究

以澜沧江流域典型高山峡谷地区为例,首先对最新发布的ERA-5再分析降水产品进行不同时空尺度下的精度评估,发现ERA-5数据与站点数据之间的相关性较高,可较好反映流域降水分布空间变化趋势,但高估了实测降水,存在着较大的系统误差,且误差有明显的时空变异特性,需经校正才可投入实际应用;然后使用比率偏差校正法对ERA-5进行校正,针对每个包含气象站的ERA-5网格计算其日降水事件对应的校正系数,将校正系数插值到每个网格,从而实现整个研究区域的校正,校正后的ERA-5数据在降水空间分布和数值上的精度均大幅度提升;最后采用水文模型间接评估校正效果,结果表明校正后的ERA-5降水径流模拟精度同样明显高于原始数据。     

吉林省近60年降水量时空演化特征分析

为准确分析吉林省1951~2011年近60年年降水量时空演化特征,基于8个雨量站年降水量数据,采用一元线性回归分析法、预置白Mann-Kendall法(PW-MK法)进行趋势特征分析,结合预置白Mann-Kendall法和滑动t检验法进行突变特征检测,并采用Morlet小波进行周期特征识别。结果表明,1951~2011年吉林省各站年降水量均呈减少趋势,年降水量多年平均值在三大地貌单元上自西向东呈增加趋势,其与雨量站高程存在较强的正相关关系,且年降水量自东向西减少趋势越来越显著,其中西部和中部呈显著性减少趋势,东部呈不显著减少趋势;吉林省西部和中部降水突变年份在1998年前后,东部突变年份在1975年前后;吉林省各站均存在5、10年左右的主周期,其中,西部和中部还存在15、20年左右的主周期,东部还存在15、28年左右的主周期。     

黄河中上游多源降水数据精度评估

为研究黄河中上游遥感降水数据的可替代性,以2001~2010年站点实测降水数据为依据,采用相关系数、均方根误差和平均误差三个指标,分别从年、季、月尺度对14种卫星降水数据进行精度评价,并以水系为空间单元对极端降水事件进行评估。结果表明,在年、季、月尺度上,ITPCAS的精度均相对较高,GSMaP、PERSIANN的精度最低。季节上,降水数据均易高估春、夏季暴雨以下降水,低估暴雨以上降水;均易高估秋季大雨以下降水,低估大雨以上降水。对于极端降水,GSMaP、CHIRPS呈严重高估,PERSIANN呈严重低估;区域上,甘宁、内蒙水系各数据集对极端降水的评估与实测降水的一致性较强,其余水系中各数据集对极端降水评估的精度差异较大。     

黄河中上游多源降水数据精度评估

为研究黄河中上游遥感降水数据的可替代性,以2001~2010年站点实测降水数据为依据,采用相关系数、均方根误差和平均误差三个指标,分别从年、季、月尺度对14种卫星降水数据进行精度评价,并以水系为空间单元对极端降水事件进行评估。结果表明,在年、季、月尺度上,ITPCAS的精度均相对较高,GSMaP、PERSIANN的精度最低。季节上,降水数据均易高估春、夏季暴雨以下降水,低估暴雨以上降水;均易高估秋季大雨以下降水,低估大雨以上降水。对于极端降水,GSMaP、CHIRPS呈严重高估,PERSIANN呈严重低估;区域上,甘宁、内蒙水系各数据集对极端降水的评估与实测降水的一致性较强,其余水系中各数据集对极端降水评估的精度差异较大。     

岩溶区流域降雨径流趋势变异分析

为了识别变化环境下岩溶区流域水文序列趋势发生的变异及变异程度并预估未来变化趋势,采用趋势分析法和变异分析法分析了澄碧河水库流域降雨径流序列在3个时间尺度下的趋势性及变异性,并结合相关函数法预估其变化趋势。实例研究表明,流域内降雨序列在不同时间尺度下总体上均呈持续下降趋势(倾向率为-13.6~-32.2mm/10a),相应发生了不同程度的变异(h=0.512~0.956),其中百炼站发生了巨变异,变异强度大致以全年—雨季—枯季尺度递减;年径流与雨季径流呈同步微弱下降趋势,而枯季径流则呈微弱上升趋势,但均处于弱变异(h=0.675)状态;未来一定时期内,水库流域3个时间尺度下降雨序列呈显著下降趋势,而径流则呈微弱减少趋势。     

东江流域降水时空变化及其与ENSO事件的响应关系

为了解东江流域降水的时空变化特征,揭示气候变化对流域降水变化的驱动关系,采用去趋势预置白Mann-Kendall检验、直线回归滑动平均、交叉小波等方法分析了东江流域1959~2018年降水时空特征,并揭示其与ENSO事件的响应关系。结果表明,东江流域近60年来降水以-4.29mm/10a的幅度缓慢减少,年内分布不均,属夏季降水最多,占年降水总量44%;各季节降水变化不一,春、秋两季在缓慢减少,夏、冬两季则在缓慢增加。汛期降水占年总量79%,以-10.6mm/10a的幅度减少;非汛期降水以6.1mm/10a幅度增加。空间上降水地域差异性明显,汛期降水与年际降水呈现由中游向上游、下游逐渐递减的分布;非汛期降水则呈现由上游向下游递减的带状分布;降水与ENSO事件响应关系显著,主要表现在1970年代2~4年周期与1990年代后期3~6年周期尺度上,表明气候变化是目前降水变化的主要驱动因子。     

大渡河流域近51年降水径流特征分析

为给大渡河流域水资源科学开发利用提供参考依据,根据大渡河流域1960～2010年流域的降水和径流资料,采用线性倾向估计法、Morlet小波变换、肯德尔秩次相关法和双累积曲线等方法,分析了年降水、年径流和年降水—年径流关系。结果表明,流域年降水量呈增加趋势但不明显;流域年降水存在准4～7、8～13、23～27年的振荡周期,未来10年将处于多雨期;年径流与年降水变化趋势一致,年径流变化主要受降雨影响。     

洛阳市降水量时空变化特征分析

基于洛阳市11个代表站1956~2013年日降水量数据,运用滑动平均法、Pettitt检验、小波分析对年降水量进行趋势分析、突变检验和周期分析,研究了洛阳市时间变化特征和空间分布规律。结果表明,近58年洛阳市年平均降水量为670.60mm,降水偏少且集中在夏季;年降水量倾向率为-13.733mm/10a,且呈明显减少趋势;年平均降水量存在15年的主周期,在1985年发生突变;洛阳地区降水量大体呈现出西多东少、南多北少的分布规律,东北部降水量少且减少速率快;洛阳市降水量减少,时空分布极不平衡将成为经济发展的制约性因素。     

湖南省降水量观测误差分析及其校正

降水观测数据与实际降水量之间的偏差影响着降水观测资料集的质量,尤其在气候差异显著的湖南省,降水量校正差异更大,对此参考应用于干旱地区的降雨观测修正方程,从动力损失、蒸发损失、湿润损失和微量降水的角度分析了湖南省18个气象站2007~2015年的月降水量和年降水量误差修正情况。结果表明,湖南省近9年观测误差对年平均降水量影响较大,平均绝对误差为184.55 mm,平均相对误差为11.18%;校正后年降水强度由实际观测的3.62 mm/d变为4.24 mm/d,这对水文过程模拟和气象变化特征的结果解释具有一定的理论意义。