TRMM 3B42降水产品在洮河中上游的精度评估分析

基于洮河中上游2006-2016年气象站实测降水数据,在不同时间尺度上评估了TRMM 3B42 V7卫星产品在该区域的精度。结果表明:(1)研究区超过60%的降雨事件能被TRMM卫星探测到,综合评价指标ETS平均达到0. 31,体现了TRMM卫星在洮河中上游具备较好的降雨事件探测能力;TRMM产品在中雨和暴雨的尺度上探测能力表现最好。(2)TRMM数据和实测数据在日尺度的相关系数平均为0. 64,在降水量对比中,两者相差较小,精度较好;月尺度的精度比日尺度高,相关系数平均为0. 94;在月份差异上,温暖湿润的季节效果优于寒冷干燥的季节。(3)在年均和夏秋季节降水空间分布上,TRMM数据与站点实测降水的对应较好,两者均表现出洮河中上游降水西南多、东北少的趋势,且TRMM轻微高估了实测降水。以上结果表明了TRMM 3B42 V7降水产品在洮河中上游精度较高,对站点稀缺区具有重要的应用价值。     

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。     

CMORPH和TRMM 3B42降水估计产品的评估检验

文章利用2007-2010年中国2447个站点的逐小时降水观测数据对同期CMORPH和TRMM 3B42卫星降水估计产品进行了检验和评估。经过对比分析得出:CMORPH和TRMM 3B42卫星降水资料与地面台站资料的日平均降水量空间分布具有较好的相似性,3 h降水量的相关系数在大部分地区分别在0.5和0.4以上;偏差均在±0.25 mm之间,但CMORPH存在显著的南北差异;平均绝对误差、相对误差和均方根误差均存在明显的季节周期性变化;两种卫星资料能够较好反映我国大部分区域夏季降水日变化特征,但在部分地区存在大的偏差;CMORPH和TRMM 3B42总空演率分别为7.23%和2.63%,总漏演率分别为3.25%和5.50%。     

不同降水卫星数据反演降水量精度评价——以雅鲁藏布江流域为例

利用多种定量指标和分类指标,评估PERSIANN-CDR(Precipitation Estimation from Remotely Sensed Information using Artificial Neural Netw orks-Climate Data Record)和TRM M 3B42 V7 (Tropical Rainfall M easuring M ission 3B42 V7)两种降水卫星产品在雅鲁藏布江流域的反演精度,并首次在雅鲁藏布江流域使用降水量体积分类指标对卫星数据的适用性进行评价。结果表明:(1)降水卫星数据的偏差主要表现在微量和重度降水的偏差上,两种降水卫星数据总是高估了弱降水,低估了强降水,PERSIANN降水卫星要比TRM M降水卫星对降水数据偏离程度小;(2) PERSIANN-CDR降水卫星数据与地面实测数据的相关系数为0. 663,偏差为0. 845,TRMM 3B42 V7降水卫星数据与地面实测数据的相关系数为0. 666,偏差为0. 579。只考虑定量指标的评价体系,两个降水卫星数据的精度差异相对较小;(3) PERSIANN-CDR卫星数据在各站点的各分类指标数值范围均比TRMM 3B42 V7卫星数据的指标数值范围大,PERSIANN-CDR卫星数据对降水事件和降水量的反演精度要高于TRMM 3B42 V7卫星数据。考虑降水量分类指标的评价指标体系比单纯使用传统定量指标评价降水卫星数据更能有效地反映出降水卫星对资料稀缺的高寒地区地面降水特征的捕捉能力。     

卫星反演降水资料在青藏高原地区的适用性分析

利用2000—2012年青藏高原附近地区251个台站的降水观测资料评估了CMOR.PH、PERSI—ANN、TRMM3B41RT、TRMM3B42RT和TRMM3B42V7等5种卫星反演降水资料在青藏高原地区的差异性和一致性。结果表明,5种卫星反演降水资料均能较好地表征降水量在青藏高原地区从东南向西北递减和夏季降水多、冬季降水少的特征。通过分析相对误差和空间相关系数表明,5种卫星资料在夏季的反演效果最好、冬季最差,白天好于夜间。相对于其他4种资料,TRMM3B42V7资料与观测值之间的差异最小,除了冬季一段较短时间内空间相关系数较低外,一年之中大部分时段空间相关系数都在0.5以上。CMORPH仅次于TRMM3B42V7,在青藏高原地区的适用性也较好;对不同等级降水频数的反演效果表明,CMORPH和TRMM3B42V7反演的小雨降水频数与台站观测值基本一致,高估了大雨和暴雨的降水频数,而TRMM3B42V7对中雨降水频数的反演较为合理。     

中国区域逐日融合降水数据集与国际降水产品的对比评估

中国国家气象信息中心基于2400多个国家级台站观测日降水量和CMORPH卫星反演降水产品,采用概率密度匹配和最优插值相结合的两步数据融合方法,研制了中国区域1998年以来的0.25°×0.25°分辨率的逐日融合降水产品(CMPA_Daily)。通过该数据集与广泛应用于中国天气气候领域的两种国际上降水融合产品TRMM 3B42(Tropical Rainfall Measuring Mission, 3B42)和GPCP(Global Precipitation Climatology Project, 1 degree daily)的对比评估,考察CMPA_Daily产品的质量,评价其能否合理体现中国降水的天气气候特征。首先利用2008—2010年5—9月独立检验数据定量对比了CMPA_Daily、TRMM 3B42和GPCP 三种降水产品的误差,结果表明,在误差的时间变化和空间分布上,CMPA_Daily均具有最高的相关系数和最小的平均偏差及均方根误差,TRMM 3B42其次,GPCP的误差相对较大。CMPA_Daily只低估了大暴雨,TRMM 3B42低估了大雨以上量级的降水,而GPCP低估了除小雨以外的所有降水。CMPA_Daily产品因融入了更多的站点观测信息,不论在中国东部沿海,还是中西部地形复杂区,其精度均优于TRMM 3B42和GPCP产品,即使在站点稀疏的青藏高原地区,CMPA_Daily降水量也更加接近站点观测,呈现明显的高相关。CMPA_Daily与独立检验数据的高相关在地形起伏时效果也较稳定,TRMM和GPCP的相关系数则随着地形变化幅度陡变而非常明显地降低。进一步通过对比分析各降水产品1998—2012年的气候平均降水特征表明,3种资料对中国区域气候平均降水量、降水强度、频率分布以及年际变化的总体描述基本一致,因有效融入了更多的中国站点观测信息,不论降水空间分布还是降水量,CMPA_Daily与地面观测均最为接近,在中国的中东部大部分地区对降水的估计精度明显更高,而在站点分布较稀疏的青藏高原地区,CMPA_Daily的降水分布型与TRMM、GPCP卫星融合资料类似,较地面站点插值产品更能体现出合理的降水分布。对中国强降水事件监测对比表明,CMPA_Daily产品可以更加准确地描述降水的强度变化,细致刻画降水空间分布,在把握降水小尺度特征上具有明显的优势,体现出高分辨率、高精度降水产品的特点。     

TRMM 卫星降水数据在商洛地区的精度分析及订正

利用商洛地区193 个国家和区域气象站点实测降水数据，从时间和空间尺度，运用相关分析、偏差、均方根误差等统计分析方法对 TRMM 卫星 3B43 v7降水数据在商洛地区的适用性进行了分析，在此基础上采用比值系数法对TRMM 卫星月降水产品进行订正。结果表明：①在时间尺度上，TRMM 月降水数据与站点实测月降水数据线性高度相关，TRMM 降水数据低估站点实测降水数据。②对月、季和年尺度的TRMM和站点降水量进行比较，决定系数R２均在0.8以上，拟合优度较高，季降水量结果拟合结果较月降水量有所提高。③利用比值系数法对TRMM降水量产品进行偏差订正，验证结果表明，订正后的TRMM 3B43月降水结果偏差更小，决定系数更高。TRMM 降水精度与降水强度和地形有关，TRMM月降水量与实测月降水量时间序列趋势一致，拟合性较高，分布规律相一致。总体上，降水量多的年份，TRMM 数据倾向于低估降水量，反之，高估站点降水量。通过对TRMM 卫星降水产品在商洛地区的精度评估和订正，为该地区地面降水数据提供有效补充。     

基于GWR模型的贵州喀斯特山区TRMM 3B43降水资料降尺度分析

基于降水与地形起伏之间的非平稳关系,结合有限的观测降水数据,利用GWR回归模型,对贵州喀斯特山区的TRMM 3B43降水资料进行降尺度和校准,最终得到空间分辨率为1 km×1 km的降水量分布数据并进行了验证。结果显示:(1)考虑地形起伏和降水空间非平稳性的GWR模型,提高了贵州喀斯特山区TRMM 3B43遥感降水资料的空间分辨率和准确度。(2)不同时间尺度的验证结果表明,在与观测降水的相关统计中,TRMM降尺度降水具有较TRMM 3B43降水更高的统计精度和更小的误差,更接近于地面观测降水;该降尺度算法在贵州降水较少的时间尺度更加接近真实值。(3)当TRMM 3B43可以被重采样的地形起伏度(RDLS)进行准确预测时,TRMM 3B43的精度是GWR降尺度算法中的主要误差源;当区域的降水与地形起伏弱相关或无关时,应考虑引入其他影响降水的空间变量来修正这一空间非平稳性关系。     

6种卫星降水产品在中国区域的精度特征评估

采用2012—2013年国家气象信息中心2419个国家级地面气象站格点化数据和TRMM(3B40RT、3B41RT、3B42RT)、CMORPH、GSMaP、HYDRO共6种0.25°×0.25°卫星反演降水数据,从中国区域、中国东部区域及中国西部区域3种空间尺度综合验证和比较了日尺度上卫星反演降水产品的精度。结果表明：春、夏、秋季卫星反演降水产品对降水描述的准确性高于冬季。相关性、均方根误差等指标随季节变化明显,且差异较大,夏季每种降水产品的评估指标均优于冬季。不同区域之间定量评估指标差异明显,具有月尺度变化特征。卫星反演降水产品对冬季小降水及固态降水的反演能力有限。对于中国区域的大范围降水事件,每种降水产品可以较好进行再现,但均以多传感器联合后的产品质量较高,单一微波、红外或可见光的效果较差。TRMM的3B42RT在夏季对降水反演的落区较好,但极值偏大,CMORPH的综合评价较好。卫星降水产品精度的空间分布与地形有一定的关系。     

近实时卫星降水数据对南京“20170610”极端性强降水过程的监测分析

以高密度的地面雨量站网观测数据为基准,综合分析了TRMM 3B42RT V7、IMERG Early、IMERG Late、GSMaP NRT、GSMaP NRT Gauge共5种近实时卫星降水数据对南京及周边地区2017年6月10日一次破历史记录的极端性强降水过程的监测能力。结果发现,在累积雨量方面,2种GSM aP数据有比较明显的低估,但基本再现了雨量中部高、南北低的空间分布格局;而3B42RT V7和2种IMERG对累积雨量的主要空间分布特征的辨识性较差。在降水强度时序变化方面,所有卫星数据均能正确探测到南京全市与江宁区的"20170610"降水过程,但在区域和网格尺度上对降水强度变化的动态跟踪能力明显不足,定量误差比较突出。5种数据中,GSMaP NRT的综合精度相对较高,而2种IMERG数据的表现尚不及3B42RT V7。总体上,近实时卫星降水数据对中小尺度极端性强降水过程的监测已展现了一定的积极效果,但捕捉降水落区及追踪降水动态变化的能力尚需大力改进。     

基于TRMM卫星的近10a甘肃临夏降水变化特征

基于2001~2010年TRMM 3B43降水资料和数字高程模型（DEM）数据,采用回归模型＋残差的方法,对甘肃临夏回族自治州近10 a的TRMM 3B43降水数据进行降尺度运算,并结合研究区6个雨量站的观测值,对TRMM 3B43降尺度结果进行精度检验,在此基础上定量研究了临夏回族自治州近10 a的降水量时空变化特征。结果表明：TRMM 3B43降尺度降水量数据整体上具有一定的可信度,但比地面台站的观测值偏小;甘肃临夏州年降水量呈现出由西南向东北递减的趋势,且降水量随着海拔高度的升高而逐渐增加,两者相关系数为0.82;年内降水主要集中在5~9月,基本占全年降水量的70%以上,其中6月降水量最大,12月降水量最小。     

四川省2013年夏季卫星降雨数据的对比研究

选取2013年5 8月CMORPH version1.0、TRMM3B42 version6两种卫星降雨产品,分别在3 h,1天及1个月三种不同时间尺度上,结合同时段四川省157个地面站点观测的降雨数据,对比评估了两种卫星降水数据对降雨量和降雨事件探测的效果。对比研究中,根据站点的位置选择与之空间距离最近的卫星降雨格点作为对比对象,选用相关系数评估卫星数据的同步效果,选用偏差BIAS评估卫星降雨的系统误差和相关程度,选用均方根误差RMSE评估卫星数据的偏差。结果表明,3 h时间尺度上,两种降雨产品与地面站点的同步效果都很差,都不能很好地反映四川省降雨信息,但TRMM3B42 V6的系统误差比CMORPH小,与站点相关程度更高;在1天的时间尺度上,两种卫星降雨数据与站点数据的同步效果都有所增加,TRMM3B42 V6降雨产品与站点降雨量偏差更小,相关程度更高,表现出更强地一致性;在1个月的时间尺度上,TRMM3B42 V6对降雨量的探测表现出一定程度的低估,但同CMORPH产品相比,TRMM3B42 V6降雨产品仍表现出与站点降雨更高的一致性,而CMORPH对降雨量的探测则明显偏高,可能原因是由于CMORPH产品利用红外数据进行了移动矢量计算,而对流云对云顶亮度温度有较大影响,从而导致CMORPH探测的降雨量偏高。研究还选用了发生概率和部分分数及Heidke评分标准来确认卫星降雨产品能否反映降雨的发生,发现CMORPH在探测降雨事件发生时优于TRMM3B42 V6降雨产品。     

TRMM降雨数据在甘肃省干旱监测中的应用

热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)的微波数据能够提供高时空覆盖性的降水速率数据,可用于区域尺度的干旱监测。选取甘肃省为研究区域,利用28个气象站降雨资料对TRMM月降雨产品进行相关性分析,同时计算站点标准化降水指数(SPI)检验基于TRMM数据构建的降水距平百分率(Pa_TRMM)和降水状态指数(PCITRMM)监测干旱变化的时间序列信息,进一步分析区域干旱时空变化规律。结果表明:(1)TRMM数据精度较高,月降水、年降水数据的相关系数R分别为0.92和0.95,均通过α=0.01显著性检验;(2)Pa_TRMM、PCITRMM与SPI指数的逐月变化有较好一致性,能够有效监测干旱事件;(3)Pa_TRMM和PCITRMM监测出的2000年甘肃省春旱和盛夏旱以及2009年春夏连旱的发生发展过程与实况相符,只是在干旱程度的监测上略有差异。     

TRMM和CMORPH卫星资料对三峡库区降水的评估分析

利用1998—2016年TRMM和CMORPH两种遥感卫星资料降水和同期三峡库区气象观测站数据,通过比较干、支流和远、近库区气象站点的降水变化和蓄水前后降水量、雨日、降水强度和频率等变化特征,分析评估了基于两种卫星遥感降水和测站降水的三峡库区局地降水变化。结果表明:库区TRMM和CMORPH卫星降水年际变化特征总体上与气象观测站相符,反演效果在日尺度TRMM略逊于CMORPH,在季尺度CMORPH略逊于TRMM;两种卫星资料对冬季降水反演效果都偏弱。三峡库区干流和支流站点的降水变化总体一致,干、支流各站点降水量均具有较强的年际变化特征。TRMM相比CMORPH更能重现干、支流测站降水的年际变化特征,CMORPH降水年际波动振幅总体上比测站偏大。蓄水前后时段(1998—2003年与2004—2016年)对比,从不同等级降水的强度和雨日、季节降水频率和总量等变化反演效果来看,CMORPH资料分布相比TRMM更接近测站的变化趋势,反演效果略优于TRMM;但两种卫星资料的降水频率和降水量分布与测站的误差在蓄水前后变化都不明显。此外,气象测站、TRMM、CMORPH资料都表现出蓄水后三峡远、近库区年降水量的比值呈平稳波动状态,表明三峡水库蓄水后附近地区降水没有明显变化。     

中国中东部区域TRMM降水产品降尺度研究及其时空特征分析

该研究以中国中东部区域(17°～50°N,98°～135°E)为研究范围,在前人研究基础上,根据水汽与降水之间的关系,基于MOD05水汽产品,采用偏最小二乘法,对中国中东部区域2001—2010年10 a平均TRMM3B43_V 7月降水产品进行降尺度,旨在得到空间分辨率为1 km×1 km的月降水空间分布。通过比较分析,发现该降尺度模型能大幅提高TRMM产品空间分辨率,估算结果平均相对误差为15.35%,与地面观测较接近,能体现中国中东部区域降水宏观分布趋势,且估算结果精度高于前人基于归一化植被指数(NDVI)的降尺度模型,能满足降水产品的精细化需求。     

TRMM卫星降水数据在天山山区的校正方法研究

本文基于全球降水观测(Global Precipitation Measurement,GPM)及天山山区40个气象站点数据,提出了一种新的热带降水测量任务(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)卫星数据误差校正方法(MERGE),并与广泛使用的地理差异分析(Geographical Different Analysis,GDA)方法进行对比,通过交叉验证来评价两种方法对山区年/月降水的校正效果。结果表明,MERGE方法不仅能提高TRMM的空间分辨率(0.05°),且在年(平均Bias降低了21%)、月(平均Bias降低了37%)尺度上的校正结果都优于GDA方法;校正后TRMM降水的误差在不同月份存在很大差异,即在降水较多的雨季(4—10月)误差较大(MAE3mm),而在干季(11月至次年3月)误差较小(MAE3mm)。MERGE方法不仅能有效改善高海拔地区的降水误差(平均误差降低了59%),且对原始TRMM数据的依赖性较小(R2=0.47),即使在原始TRMM数据表现不佳的局部区域,也能有效降低其误差。     

基于卫星探测资料的珠江三角洲城市群对降水影响的观测研究

利用卫星观测TRMM降水以及QuikSCAT风场资料, 对珠江三角洲地区及临近区域降水的分布特征进行了探讨, 结果表明: (1) 同一纬度相比, 珠江三角洲城市群所处的区域降水明显多于其周边地区, 表明了城市化可能会使所处区域的降水增加; (2) 珠江三角洲城市群所处区域降水的增加存在明显的季节变化特征, 在前汛期城市所处区域的降水增多较其它季节明显; (3) 珠江三角洲城市化对降水的影响与风场的分布密切关联, 降水增多的区域通常位于城市群所在之处及其下风方向的邻近地区; (4) 珠江三角洲城市化使城市群所处区域的降水时次减少, 而降水强度则加强; (5) 珠江三角洲城市群的天气、 气候效应只对对流性降水产生影响, 而层状降水的分布则与城市群的位置没有明显关联。     

CMPA降水资料在中国地区不同地形下的精度评价研究

以2001—2010年中国地面自动站降水资料为基准,对中国大陆范围内CMPA(CMPA_Daily)降水资料进行精度评价研究,并与CMORPH1.0(CPC MORPHing technique gauge-satellite)、TRMM3B43V7(Tropical Rainfall Measuring Mission 3B43)降水资料精度进行对比,并进一步结合高程、坡度、坡向、坡向修正因子分析地形因子对数据质量的影响并探讨不同地貌类型下数据的精度。结果显示:CMPA在年、月尺度上均能较好地反映降水的多寡,与站点实测数据具有较高的相关性,误差波动较为平稳,数据质量及稳定性优于CMORPH与TRMM;从时间序列曲线显示CMPA的精度呈现较为明显的季节性差异,均方根误差夏季高于冬季,相关系数、百分比偏差、平均相对误差冬季高于夏季,总体而言CMPA夏季的误差高于冬季,由于夏季降水的基数大而导致了百分比偏差以及平均相对误差较低;分析地形的影响表明,高程、坡度对数据质量的影响大于坡向与坡向修正因子;在复杂地形下,高海拔与高坡度地区CMPA精度均有所降低,但降水资料的精度仍然优于CMORPH与TRMM。     

基于卫星探测资料分析浙江省降水的时空分布特征

利用1998—2013年TRMM 3B42逐3 h降水强度资料和TRMM 3A12逐月对流和层状降水率资料,分析了浙江省多年降水的时空分布特征。结果表明:浙江省降水呈现自南向北、沿海向内陆递减,年降水存在显著的年际变化特征;此外,降水还存在季节内变化和月际变化特征,最大降水量在夏半年,春季、夏季、冬季降水内陆多于沿海,秋季降水则沿海多于内陆;采用EOF分析发现,浙江省降水的空间分布存在3个典型场:一致偏多(少)型、南涝北旱型、东西差异型;浙江省下垫面的差异引起的天气、气候效应对对流性降水产生影响,而层状降水则与浙江省降水关联不大,对流性降水率远远大于层状降水率。     

广西TRMM降雨产品多时间尺度精度评估

集合不同观测降水数据优势,获取更为精细化降水产品,可以更好地再现区域降水时空异质性,这也使得多源降水数据精度评估、校正及融合应用成为当前研究热点。从降雨时空一致性、降雨量误差、日降雨事件探测能力方面对广西TRMM降雨产品进行了精度评估,并对比分析了TRMM对干旱的评估效果。结果表明:（1）广西TRMM降雨产品与气象站观测降雨存在显著的时空相关性,日尺度相关系数最低为0.5~0.6,月、年尺度相关系数则均在0.7以上;（2）广西TRMM降雨量总体略偏大,其相对偏差主要在0~10%;（3）TRMM产品在广西地区的日降雨事件探测能力优于全国平均水平,尤其在强降雨月份POD>0.75,但也存在降雨量较少的冬季月份准确率显著下降的现象。（4）TRMM降雨产品在广西干旱强度监测方面,能够揭示区域干旱的时空尺度效应和强度累积效应,具有比有限地面站点数据更精细化的空间异质性表达。相关成果有望促进区域多源降雨数据的校正及融合应用研究,为区域更有效的旱涝灾害评估、预报预警等提供科学支撑。