基于GWR的陕西省夏季GPM降水融合降尺度研究

以陕西省为研究目标,基于GWR方法,使用NDVI对GPM降水进行融合降尺度分析,结合87个地面雨量计数据,分析融合前后降水在空间上的差异和原因;同时,考虑陕西省特殊地形,将陕西分为陕北、关中和陕南三部分,利用雨量计数据分析这3个区域的降尺度效果.研究发现:1)GPM和融合降尺度数据均能反映降水在空间上的分布特征,融合降尺度数据更能呈现降水细节;2)参数计算显示,融合降尺度数据与站点数据更接近;3)当具体到某一个较小的范围时,GPM和融合降尺度数据精度仍有待提高;4)GPM和融合降尺度数据能反映陕北、关中和陕南不同的降水特征,且关中和陕南观测质量优于陕北;5)GPM和融合降尺度数据对高降水量的记录更为准确,对小降水量的记录能力有待提高.

GPM DPR产品在东北地区两类降水过程中的应用评估

全球降雨观测计划(Global Precipitation Measurement,GPM)卫星自2014年2月发射以来,为高纬度地区的降水三维观测提供了基础,其搭载的双频星载测雨雷达(Double-frequency Precipitation Radar,DPR)反演的4种降水产品可以为中高纬度地区降水研究提供参考。本文利用GPM DPR提供的4种降水产品(Ka_HS、Ka_MS、Ku_NS和DPR_MS),对东北地区两次不同类型降水天气过程的降水结构特征进行分析,探究其宏微观特征的差异,并对GPM DPR的4种产品性能差异进行对比。结果表明:东北地区春季层状云降水的分布范围很广,大部分降水强度低于4.00 mm·h^(-1),且云系发展较为平缓,而夏季混合性降水的强度分布极其不均,且垂直方向发展较为旺盛,回波顶高度可达12 km。对比4种降水产品发现,Ka_MS降水强度、回波顶高度和降水类型划分都具有明显缺陷;Ka_HS可探测到更多的弱降水样本,但在雨强较大时也会出现严重衰减;Ku_NS能够提供较为可靠的回波顶高度和降水类型划分;DPR_MS产品具有独立表现,其中小于0.50 mm·h^(-1)的弱降水与Ka_HS的相关性较好,大于1.00 mm·h^(-1)的降水与Ku_NS有较好的一致性,此外,DPR_MS对降水和雨滴谱的垂直结构表征最合理。

永兴岛GPM-IMERG降水数据空间降尺度研究

高时空分辨率的降水栅格数据是多种水文模型和气候模型的重要输入数据。引入经度、纬度、温度、风速和比湿作为解释变量,基于多元线性回归、长短期记忆递归神经网络(LSTM)和随机森林(RF)模型对GPM-IMERG降水数据进行降尺度。以永兴岛三沙气象站的测量数据为真实值,选取偏差(Bias)、相关系数(R)、均方根误差(R_(MSE))以及平均绝对误差(M_(AE))对原始GPM-IMERG降水数据和降尺度数据进行精度验证。结果表明,在日尺度上,GPM-IMERG降水数据与气象站实测降水数据之间偏差为-0.004 mm,平均绝对误差为3.537 mm;通过GPM-IMERG降尺度得到永兴岛10 m空间分辨率降水数据;RF模型降尺度结果精度最高,相较于原始GPM-IMERG降水数据均方根误差和相关系数分别提高了46.9%、30.1%。本研究可以在气象站稀少的情况下,为岛礁获取高空间分辨率降水数据提供了一种新的思路。

1例基于GPM概念化重度神经认知障碍的案例督导

本研究探讨1例60岁男性案例,其症状表现为进行性记忆下降5年。诊疗采用GPM模式中的生物遗传、精神动力学和家庭动力学诊断方法,最终诊断为重度神经认知障碍。结合患者过去完全食素的情况,目前考虑亚急性联合变性的可能性较大。生物治疗方面,根据患者体内维生素B12缺乏的情况进行补充;心理治疗方面,可采用一些康复支持治疗措施,以减轻患者部分症状,帮助其恢复社会功能。

XGBoost算法在河北省GPM卫星降水数据降尺度中的应用

针对GPM卫星降水产品分辨率相对较低问题,本研究引入XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)回归算法,旨在改善河北省GPM降水数据的分辨率水平和应用精度。基于地形变化、土地利用、NDVI应用、经纬度和地面降水数据构建XGBoost的回归模型,然后运用网格搜索法进行参数优化,进而对河北省2020年GPM数据进行降尺度,利用独立验证点进行精度评估。结果表明,降尺度后的GPM数据与地面降水量在年尺度上具有高一致性,其R2达到了0.88,MAE(Mean Absolute Error,平均绝对误差)和RMSE(Root Mean Square Error,均方根差)分别为62.07 mm和85.72 mm。相比原始GPM数据,降尺度后的GPM数值精度R2提升了4.55%,MAE和RMSE分别降低了70.23%、71.14%。XGBoost模型能准确拟合星地多源降水数据之间非线性规律,在低精度、低分辨率GPM降水数据降尺度处理方面具有广阔应用前景。

FY-4A和GPM卫星降水数据在新安江水库流域的适用性

为对比评估GPM和FY-4A卫星降水数据在新安江水库流域的适用性,利用2012~2022年站点面雨量小时数据、GPM的Late Run日值降水数据和2018~2022年FY-4A卫星AGRIL2级降水数据,选用7个评价指数对降水量误差、降水量时间演变特征、不同等级降水事件探测能力和强降雨过程准确性等多个方面进行了综合评估。结果表明,GPM和FY-4A面雨量与站点面雨量在日尺度和月尺度上一致性较好,2020年开始FY-4A面雨量数据更加精准。GPM和FY-4A面雨量存在不同程度的低估,在4~9月对降水日数的命中率较高。GPM对不同等级降水过程的识别能力、准确率和判断水平均优于FY-4A,但随着降水强度的增加两者差异减小。FY-4A对大雨、暴雨和大暴雨的观测更精准。强降水过程中,FY-4A与站点小时值面雨量一致性较好,能精确反映实际面雨量的时间变化;其面雨量峰值多提前1h,对相邻面降雨量峰值的初次降水峰值存在高估,对二次降水峰值存在低估,可为水库调蓄预报预警提供依据。

顾及时滞效应的北部湾经济区GPM数据降尺度

为提高全球降水卫星计划(Integrated Multi-satellite Retrievals for Global Precipitation Measurement,GPM IMERG)等卫星降水数据的空间分辨率,以北部湾经济区为研究区,探讨最优的降尺度方案。以2001—2020年GPM卫星降水数据为数据源,构建地理加权回归模型(geographically weighted regression,GWR),结合归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)、数字高程模型(digital elevation model,DEM)和坡度数据;分别以NDVI和EVI为解释变量对北部湾经济区GPM数据进行降尺度,并进一步探讨滞后期为0~3月的植被指数对降尺度结果的影响;然后基于研究区内24个气象站点观测值进行精度验证。结果表明:GPM数据与气象站点实测数据在时间和空间上表现出较好的一致性和适用性,各站点决定系数介于0.65~0.93。降尺度数据在保证数据精度的前提下,空间分辨率有较大提升(由0.1°提升至1 km),且EVI降尺度GPM数据精度优于NDVI降尺度结果。考虑时滞效应时,滞后期为1~2个月的EVI为解释变量时,降尺度GPM数据精度最优,且干旱年份降尺度结果优于湿润年份。在北部湾经济区,EVI比NDVI更适合GPM数据做降尺度因子,使用滞后期为1~2个月的EVI降尺度结果更精确。

GPM和CMORPH卫星产品在重庆暴雨过程中的应用评估

基于2020年6月重庆地区连续3次暴雨过程期间地面高时空分辨率加密雨量观测资料,评估GPM(IMERG)和CMORPH两种主流卫星降水产品对重庆暴雨强降水的估测精度。结果表明,IMERG和CMORPH总体上能较好地捕捉到重庆地区暴雨强降水的时间和空间分布特征,但两种卫星产品均表现为高估过程降水量,IMERG的相对误差RB在0.7%~41.6%之间,CMORPH的RB在23.7%~82.8%之间,CMORPH较IMERG高估更为显著。两种卫星产品对雨强小于20mm·h^(-1)的降水估测精度具有显著的系统性误差,表现为低估雨强小于2.0mm·h^(-1)的降水,高估雨强4.0~19.9mm·h^(-1)的降水,且IMERG的估测精度要优于CMORPH。对雨强超过20mm·h^(-1)的极端强降水,两种卫星产品均表现出极大的不稳定性,探测率(POD)和临界成功指数(CSI)均小于0.1,误报率(FAR)均大于0.85,估测能力有限,需要进一步改进算法。

基于FuncNN的海河流域GPM降水产品空间降尺度分析

针对星际降水产品低空间分辨率问题,文章以GPM_IMERG产品为降尺度目标,综合地面实测降水量及地形、NDVI和海陆位置数据,构建基于FuncNN算法的海河流域降尺度模型,将海河流域GPM数据提升至500m分辨率。结果表明:经降尺度后,GPM数据优化了空间细节表现力,不牺牲数值捕捉精度,相比于降尺度之前显著改进,GPM数据在海河流域具有可替代性。

基于MGWR模型的华北GPM卫星降水数据降尺度研究

卫星降水产品是地面稀疏站点观测降水量的重要补充,但存在分辨率粗糙的缺陷。为提升GPM数据可用性,以华北地区为研究区域,纳入归一化植被指数(NDVI)、地表温度(LST)、地形为协变量,构建混合地理加权回归(MGWR)模型,重构华北地区降水数据集。结果表明:原GPM年降水数据与地面观测降水量之间存在较高一致性,但在反映降水量空间细节分布方面明显欠缺,经MGWR模型降尺度后的GPM数据精度得到提升,MGWR模型在GPM数据降尺度方面具有良好应用性。

基于ATAK算法的GPM产品与地面观测降水数据融合处理

为降低卫星遥感降水产品误差,文章提出基于ATAK的星地降水数据融合方法,以长江流域气象站点观测降水量数据为真值,运用ATAK方法对研究区GPM遥感降水产品进行融合,评估验证精度。结果表明,长江流域GPM和地面观测降水量之间良好一致性,区域降水量平均值约为1123.3~1245mm,符合正态分布特征;经ATAK融合后,GPM数据精度R2达0.85,MAE和RMSE依次为118.01、156.37mm,相对于未融合前的R2升高16.47%,MAE和RMSE分别降低55.16%、16.47%。研究为降水数据的空间降尺度和多源降水融合提供新思路。

GPM反演降水数据IMERG在浙江省的适用性研究

【目的】为了研究全球降水测量计划(GPM)综合多卫星检索降水产品(IMERG)在浙江省的适用性。【方法】以浙江省为研究区域,基于浙江省自动观测站降水数据,利用相关系数、均方根误差、相对偏差、分类指数统计法分别从年尺度、季尺度、月尺度、日尺度以及小时尺度分析GPM在浙江省的适用性。【结果】(1)春、秋、冬季的GPM和自动站对应效果远好于夏季,月尺度、日尺度、小时尺度下GPM和自动站降水数据对应效果较好,但整体上存在高值区略低估、低值区略高估现象;(2)年尺度与季尺度下GPM与自动站降水平均值的变化趋势一致,但GPM降水平均值较高,其中秋季表现最好;(3)年、月、日3个尺度下,尺度越精细化,相关系数越高、相对偏差越小,均方根误差越小;小时、日、月3个尺度下,降水阈值越低,产品尺度越粗糙,估测能力越高;降水阈值越低,产品尺度越精细,误报降水的比例越低;降水阈值越低,综合探测能力越高;(4)小时尺度下,在0.5~1 mm·h^(-1)区间,GPM虽然对降水事件略有高估,但拟合效果较好。【结论】综合来看,GPM日尺度降水数据产品精度在浙江省有较大应用潜力。

GPM IMERG卫星降水数据在青海的适用性评价

为了探究GPM IMERG卫星降水数据在青海的适用性,本文基于青海31个气象站点2001—2017年获取的降水观测数据,应用相关系数(CC)、均方根误差(RMSE)和相对偏差(RB)对GPM IMERG卫星降水数据在青海的适用性进行了评价。结果表明:(1)在年、月尺度上,GPM IMERG卫星降水数据与实测降水数据拥有较高的一致性(CC_(年)=0.741,CC_(月)=0.768),月尺度的RMSE为30.878 mm,且GPM IMERG降水量总体呈低估现象(RB=-17.77%)。(2)在空间尺度上,GPM IMERG卫星降水数据与单一站点降水数据的精度验证具有明显的空间差异性,GPM IMERG卫星降水数据在青海南部地区的精度明显高于北部地区,但大部分气象站点的GPM IMERG降水量呈低估现象,高估现象主要集中在柴达木盆地。(3)随着海拔高度和局部地势起伏的变化,GPM IMERG卫星降水数据和实测降水数据具有相同的变化趋势;随着海拔梯度的增加,GPM IMERG对降水的监测逐渐由偏低转向偏高。(4)基于K9ppen气候分区进行精度评价的结果表明,GPM IMERG在Bwk(干旱荒漠-寒冷气候)和ET(寒冷苔原气候)气候类型区的精度最高,在Dwc(冬冷干-夏冷气候)气候类型区的精度次之,在Bsk(干旱草原-寒冷气候)和Dwb(冬冷干-夏暖气候)气候类型区的精度最低。

集成GPM卫星与地面观测数据的辽宁省降雨侵蚀力提取

近年来随着人类活动的增强,水土流失量不断增加,对生态环境造成一定影响。为提高水土保持水平,以辽宁地面观测降雨量资料和环境变量数据为基础,建立基于GBDT算法的融合模型预测辽宁省降雨侵蚀力空间分布信息;运用独立验证法评估预测效果。结果表明:辽宁省降雨侵蚀力介于3039 MJ·mm/(hm^(2)·h·a)、7041 MJ·mm/(hm^(2)·h·a)之间,呈现自南向北、自西向东地带性减少;GBDT算法对降雨侵蚀力预测精度R^(2)达0.89,预测精度高于经典OK、IDW模型。研究结果可为水土保持提供数据支持和方法。

基于GPM遥感数据与随机森林算法唐山市降水量空间制图研究

准确预测降水空间分布是水文气象研究与应用中的重要研究方向之一。以衡水市2020年12个气象站点年降水量为基准值,以GPM卫星降水产品、DEM地形因子、经纬度信息作为协变量,采用随机森林(RF)方法拟合降水量空间分布规律,并预测生成30m空间分辨率的降水量分布图。结果表明,降水量制图建模的样本数据具有统计学意义,GPM卫星数据符合高斯分布;RF准确拟合了降水量分布细节信息,降水呈现自动向西、自南向北减少的格局,其验证精度R2达0.62,MAE和RMSE分别为MAE和RMSE仅为55.81 mm、65.88 mm。该制图结果克服了该地高分辨率水文气象信息缺失的问题,可为类似站点稀疏地区异源降水数据融合提供基础。

GPM卫星遥感降水产品在赤峰市的应用研究

多源卫星遥感降水产品在时空分辨率方面展现出极大优势,然而其与地面观测降水量之间一致性探究仍然不足。选取赤峰市2020年26个标准气象站点的逐月降水量观测数据,定量评估GPM降水量产品的可靠性。结果显示,2020年赤峰市逐月降水量空间分布不均衡,降水量分布中心在1月~5月呈顺时针由北向南移动,在6月~12月呈顺时针由北向西移动。该地年降水量介于286 mm~581 mm,年降水量分布中心位于南部丘陵、北段山地地带;而东部平原、西部高原地区最少。独立验证显示,GPM数据对赤峰市月降水量捕捉精度R^(2)=0.98,MAE和RMSE分别为2.07 mm、3.13 mm;对年降水量捕捉精度度R^(2)=0.75,MAE和RMSE依次为30.74 mm、33.23 mm。评价结果显示赤峰市GPM降水量产品可靠性较高,在区域水文气象方面具备良好应用价值。

GPM和FY2G卫星降水数据在金沙江石鼓以上流域的适用性评价

为评估GPM卫星(Early、Late和Final)及FY-2G卫星逐日降水产品在金沙江石鼓以上区域的精度,基于流域内12个国家级气象站日降水数据为基准,用相关系数(CC)、相对误差(RB)等指标,从多时间尺度精度表现、日降水探测能力、极端降水监测能力等方面进行了对比分析。结果表明:GPM卫星降水产品在金沙江石鼓水文站以上流域精度较好且优于FY-2G,且GPM Final产品精度较GPM Late和GPM Early有显著提升,能够更准确地反映流域内降水的时空分布,在业务运行中可以作为缺少实测降水地区的重要补充数据。

基于RRF算法临沂市GPM卫星降水量降尺度研究

本文针对现存开源降水量产品存在的低空间分辨率问题,基于多源环境数据提取地形、经纬度等5个环境变量集,运用正则化随机森林(RRF)算法建立2019年临沂市GPM产品的降尺度模型,并利用12个地面观测站资料进行验证。结果表明,RRF模型的验证精度R 2达0.73,MAE为42.09,RMSE为51.60 mm;比区域原始GPM产品精度R^(2)提升了65.91%,MAE和RMSE依次降低了32.15%、28.64%。降尺度后的降水栅格面精细刻画了降水量地带性渐变规律,因此更符合区域实际,且降尺度过程中的误差呈随机性。

新疆GPM卫星降水数据降尺度研究

GPM卫星降水产品在全球降水观测中具有良好替代性,但存在粗糙的空间分辨率缺陷。结合地面气象观测站降水量资料、地形、NDVI和经纬度等环境变量,运用支持向量机(SVM)回归建立降尺度模型,将研究区0.1°的GPM降水产品提升至1 km空间分辨率。结果表明,研究区2020年GPM降水量与地面站点降水量之间具有良好一致性。经过降尺度后,GPM数据与地面站点资料之间的R2提高了21.92%,MAE和RMSE依次降低了60.15%、59.97%。结果可为该地精细化气象资料提供参考依据。

正硅酸乙酯改性的GPMS有机-无机材料研究

为了考察正硅酸乙酯(TEOS)对材料性能的影响,采用溶胶-凝胶法制备了TEOS改性的γ-环氧丙基醚丙基三甲氧基硅烷(GPMS)有机-无机杂化材料,并用浸渍法使其在玻璃基体上成膜.利用红外光谱、核磁共振谱和原子力显微镜对GPMS-TEOS杂化材料的结构进行了表征,采用差热分析仪、纳米硬度测试仪和扫描分光光度计等对其物化性能进行了测试.结果表明,制得的材料具有纳米级倍半硅氧烷结构,TEOS的含量对杂化体系性能有较大影响;当TEOS质量分数为15%～20%时,杂化体系的热稳定性、硬度和模量等性能最佳,并且具有良好的透光性.