多源融合降水实况分析产品在海河流域的适用性评估

基于逐小时地面站点降水观测数据和国家气象信息中心研发的5 km多源融合降水实况分析产品,采用算术平均法对2021年6~9月海河流域面雨量进行估算。通过相关系数、平均误差和均方根误差等多种评估指标,客观定量评估多源融合降水实况分析产品在海河流域的适用性。结果表明:多源融合降水实况分析产品与地面观测资料估算的面雨量结果基本一致,能较好地反映2021年6~9月海河流域面雨量的时空变化特征,但在量值上存在高估且随着降水量增加,估算误差也越大。分区对比,融合实况分析产品和站点的误差与子流域的平均降水量、海拔高度和面积密切相关。对于各量级面雨量出现的频次,融合实况分析产品与站点整体相差不大,准确率可以达到90%及以上。总体而言,5 km多源融合降水实况分析产品的质量较高,可进一步应用于海河流域精细化面雨量监测业务中。

两种气温多源数据融合实况产品在新疆地区的评估与对比

利用新疆2019年1—12月自动气象站气温观测资料,对1、5 km两种国家级气温多源融合实况产品进行评估检验,评估指标包括平均误差、平均绝对误差、均方根误差、相关系数和准确率。结果表明:(1)两种气温实况产品在新疆地区总体质量较好,但在海拔较高、地形复杂地区站点误差较大。平原站点的评估结果优于山区。1 km产品的准确率较5 km产品在各区域明显提升,其他评估指标1 km产品较5 km产品在平原站点质量有所提升、山区站点略有下降。从评估指标分段误差的站点数量来看,1 km产品较5 km产品处于误差低值区的站点数量明显增多,但误差高值区的站点数量也有所增加。(2)以北疆和天山山区的站点为例,分析评估结果逐月变化及日变化情况。1—3、12月(冬季)评估结果较差、波动较大,4—11月评估结果较好且较为稳定。北疆12—20时是各指标质量最佳的时段,且较为稳定,07时表现较差;天山山区07时产品质量较差,18—19时质量最好。(3)两种气温实况产品日最高、日最低气温质量较好,相关系数均超过0.99。

缺资料地区多源降水产品适用性评价——以巴西巴拉那河为例

作为地面站降水监测的补充,以卫星遥感为代表的多源降水产品是准确识别区域特别是缺资料地区降水分布的关键。从时间和空间两个维度,以决定系数(R 2)、纳什效率系数(NSE)和相对误差(RE)为评价指标,以地面站实测降水信息为参照,比较评估了CFSv2、ERA5和基于改进model-X knockoffs的随机森林方法遥相关建模形成的降水产品(TPP)在巴西巴拉那河上游流域降水信息识别中的适用性。结果表明:TPP和ERA5预测研究区降水量与实测值拟合精度高于CFSv2产品。时间上,交叉时段3种典型降水产品计算研究区的面雨量与实测值拟合R^(2)和NSE均表现为ERA5>TPP>CFSv2,其中,CFSv2产品存在计算的面雨量较实测值偏大问题,拟合RE为28.2%;ERA5则相反,与实测值拟合RE为-10.3%;TPP产品计算的面雨量与实测值拟合RE最小,仅为0.33%。空间上,3种产品与遴选气象站点实测降水量拟合R 2和NSE表现为ERA5>TPP>CFSv2,|RE|则表现为TPP<ERA5<CFSv2,其中,CFSv2和ERA5产品在流域东南部高海拔少雨区与实测值拟合精度高于流域西北部低海拔多雨区。研究成果可为相似降水产品适用性评价研究提供借鉴,为巴拉那河流域径流预报、水资源综合管理提供支撑。

多源融合实况分析产品在重庆地区的适用性分析

文章利用重庆市范围内的1984个地面自动气象观测站2019年11月—2021年10月的气象观测资料,通过误差、平均误差、绝对误差、平均绝对误差、均方根误差、相关系数等评估指标对气温、相对湿度、风速、能见度、降水等5大类12种的5 km多源融合实况分析产品在重庆地区的适用性进行评估分析。评估结果表明:多源融合实况分析产品整体质量良好,温度产品最优,相对湿度和降水产品次之,风速产品最差;产品质量呈现季节性变化趋势,春、冬季优于夏、秋季,其中降水产品随季节变化最为明显。因此需结合本地特点和应用选择适合的产品。

基于多源GPP和ET产品的秦岭生态系统水分利用效率研究

通过评价多种生态系统总初级生产力(gross primary productivity,GPP)和蒸散(evapotranspiration,ET)遥感数据产品,构建了适用于我国秦岭区域的GPP和ET组合数据集,并计算分析了秦岭区域生态系统水分利用效率(water use efficiency,WUE)的时空变化规律。结果表明:不同产品对于不同植被类型GPP和ET的估算效果差异较大,其中VPM GPP和RF GPP这2种GPP产品,China ET和PML-V2 ET这2种ET产品的总体表现较好。秦岭区域的多年平均GPP_(year)为1489.95 g C/m^(2),ET_(year)为588.49 mm,WUE_(year)为2.56 g C/kg H_(2)O,多年平均WUE_(year)的变化率为0.156 g C/(kg H_(2)O·10 a)。秦岭区域WUE_(year)总体呈现出不显著的上升趋势(p>0.05);秦岭区域不同植被覆盖下的多年平均WUE_(year)数值差异不大,但WUE_(year)的变化趋势略有不同,部分植被类型呈现上升趋势,而其他植被类型呈现下降趋势;多年平均逐月WUE_(month)变化多呈现较为明显的“双峰”模式。研究结果为不同类型生态系统水碳关系研究中获取和选择数据提供了依据和途径,加深了对秦岭区域生态系统WUE时空变化规律的认识,从而为研究气候变化对秦岭地区生态系统的影响提供了数据支持和科学参考。

多源气象数据融合格点实况产品研制进展

阐述了中外主要的多源气象数据融合产品研究进展与趋势,重点介绍了中国气象局国家气象信息中心研制的陆面气象要素(包括气温、降水、湿度、风、气压、辐射等)、土壤温度与土壤湿度、洋面温度与洋面风、三维云等多源融合格点产品研发现状,以及中国气象局国家气象信息中心多源数据融合中试平台及统一质量检验评估系统的进展,并对未来多源气象数据融合产品研制进行了展望。

中国北方冬季降水的多源资料产品评估和融合优化

为了考察不同来源降水产品在中国北方冬季(特别是固态降水)的精度和可用性,优化融合降水产品质量,利用2019年12月—2020年2月美国CMORPH和IMERGE卫星反演降水、日本GSMaP、中国气象局雷达定量估测降水(MOC-QPE)、CMAMESO模式预报以及地面观测插值等不同来源分析的降水产品,以地面站观测逐小时降水量数据为基准,从KGE评分、相关系数、平均误差和均方根误差等精度统计指标以及命中率(FOD)、虚警率(FAR)和TS评分等降水事件发生角度开展评估,结果表明:中国区域单源降水产品中地面插值分析产品对冬季降水描述精度最高也最稳定,但存在明显的系统偏低;其次是MOCQPE和IMERG卫星产品,对中国北方偏南部地区的降水有一定的描述能力,但对北方高纬度地区固态降水的反映能力较差;卫星产品中IMERG精度最高,CMORPH则基本没有反演能力;CMA-MSEO模式产品虽然误差较大但与地面站观测的降水特别是固态降水存在较高相关,明显优于雷达和IMERG、GSMaP等卫星产品。采用BMA技术融合雷达、模式、卫星降水形成优化背景场,评估逐步引入不同的数据源对融合降水在冬季的精度影响,引入IMERG卫星和CMA-MESO模式产品均能提升高分辨率融合产品的质量,其中模式产品的改进效果最显著。

基于Triple-collocation方法的多源降水产品评估

多源降水产品在过去十几年来得到了广泛的应用,然而在数据缺失区其可靠性检验的难度较大。采用Triple-Collocation(TC)方法可以在未知真值的情况下,对三组相互独立的产品进行交叉评估。基于TC方法,综合评估了卫星遥感产品、再分析产品与地面实测数据集在中国区域的不确定性。研究所选空间分辨率为0.25°,时间分辨率为日尺度,数据选用时段为2013—2015年。首先,在中国南方对TC方法进行可靠性验证。通过与传统方法所得结果(相关性系数CC与均方根误差RMSE)对比,相对偏差仅为4.5%与3.0%,而后将方法应用于整个中国大陆区域(除台湾地区),并重点关注青藏高原数据缺失区。结果显示:在卫星产品中,IMERG整体表现最优;在青藏高原无台站网格点上,IMERG与ERA-interim所得平均CC分别为0.63与0.61,略优于地面实测数据集(0.58),这表明卫星遥感产品与再分析产品在青藏高原区域具有一定的优势和应用潜力;实测数据在台站稀疏区域的高不确定性也得到了进一步验证。研究成果证明了TC方法在中国大陆区域的适用性和可靠性,为数据缺失区的降水产品评估提供新的思路和方法。

多源融合降水产品在陕西的适用性评估

为评估多源融合降水产品在陕西区域质量,文章利用陕西省99个国家级自动气象站质控后逐小时累计实测降水数据,对2018年国家气象信息中心研发的三源融合逐小时降水产品进行检验评估。结果表明:1)多源融合降水产品存在一定程度低估现象,但总体上与实测降水相关性较好,降水命中率较高,尤其在秋季质量较好;2)多源融合降水产品质量与海拔、坡度无显著相关性,在所选区域东南坡表现较好;3)受复杂地形影响,多源融合降水产品在延安北部和榆林东南部地区质量较好。

基于多源融合产品的区域站雨量系统性偏差检测方法设计

利用由国家气象信息中心下发的多源融合产品,通过对区域自动站降水系统性偏差的异常数据表现形式和大样本统计分析,设计出总偏差、总相对偏差、雨差率、晴差率、邻站降水倍数、邻站相对偏差差值检测参数。结果表明:检测参数可较好地检测出观测雨量长期存在偏差的台站,并对江西省区域自动站雨量数据进行质控试验;在不对观测仪器进行现场检定的情况下,该方案检测结果可为设备维护人员提供观测仪器运行状况参考,提升设备可用率,进而提升观测数据质量。

多源融合降水实况分析产品在山东一次强降水过程中的质量评估

利用山东省地面观测小时降水数据,针对2021年发生在山东地区的一次强降水过程,从降水时空特征、降水分量级检验等多个方面,评估分析了1 km逐小时降水实时多源融合实况分析产品的数据质量。结果表明:1) 融合降水产品质量较高,能较好地反映降水落区与降水变化趋势,整个降水过程的平均绝对误差为0.21 mm,均方根误差为1.04 mm,相对偏差为3.12%,相关系数达0.97。2) 在降水发生初期和末期,融合降水产品与观测降水的相对偏差较大、相关性较差,在降水较强的时段降水产品与观测降水更接近。3) 融合降水产品在弱降水量级的技巧评分和命中率最好,但对弱降水存在明显的高估;对于大值降水,降水产品的命中率较低,并存在低估大值降水的现象。

2019—2020年1—3月降水和气温的多源数据融合产品检验评估及对比分析

对2020年1-3月CLDAS多源降水融合实况、多源气温融合实况采用平均绝对误差分析、均方根误差分析及相关系数分析等方法进行检验评估,并与2019年同时段多源降水融合实况、多源气温融合实况进行对比分析。结果表明:2月降水多源融合实况较观测实况偏多;3月多源气温融合实况最接近观测实况;西部地区的日最低气温多源融合实况较为接近观测实况。

中国大陆TMPA降水产品气候态的评估

利用逐日全国降水分析产品,对2012年12月下旬发布的最新版本的TRMM等多源卫星降水估算产品(TMPA)进行评估,评估时间从2008年9月到2012年8月。从评估结果来看,研究产品3B42V7产品与CPAP产品具有高的相关性,两者的相关系数达到了0.94,相对误差在—0.11%左右,标准偏差约为0.53 mm·d^(-1)。实时产品3B42RT产品与CPAP产品的相关性相对较差,相关系数为0.75,相对误差也上升到了39.3%,标准偏差为1.25 mm·d^(-1)。3B42RT产品在我国西部高估了降水,全年的相对误差为116.60%(春夏秋冬四季分别为104.52%、105.73%、117.64%和326.60%);3B42V7产品的相对误差仅为0.82%(春夏秋冬四季分别为2.25%、1.24%、—5.27%和—24.64%)。

基于天津市全城气象观测数据的高分辨率实况分析产品质量评估

基于天津市254个地面观测站数据,通过计算多种统计指标评估了高分辨率多源气象数据融合产品对2020年9月份2 m气温和10 m风速的同化结果。结果表明,就天津市全域来看,产品对2 m气温和10 m风速的同化结果与观测具有较高的一致性,但也存在区域差异,误差较大的区域主要集中在北部蓟州山区和城区。这说明在实际预报业务与应用中,对融合产品的使用要结合各个地区的特点,如地形、下垫面等因素以及变量的选择。

不同分辨率的气温格点实况分析产品在重庆的对比检验

通过对比检验1 km与5 km分辨率的国家级气温格点实况分析产品在重庆地区高温月份的数据质量,为两种产品在业务上的合理应用和高温天气过程中数据改进提供参考依据。结果表明:1 km与5 km气温产品数值均以偏小为主,平均绝对误差分别为0.63℃、1.1℃。站点观测气温偏高时,两种产品的平均值误差均增大,1 km产品在各高温区间的平均误差始终小于5 km产品;随海拔的升高,两种产品的准确率均降低,且均在气温观测值为[20,25]℃区间内准确率最高;在不同海拔高度区间,1 km产品准确率均比5 km的产品准确率要高,5 km产品准确率呈现夜间高于白天的特征。两种实况产品受高温天气及高海拔影响较大,未来可以结合重庆本地复杂的地形特征,选择最优的数据融合方案做本地化改进。

基于2021年重庆市暴雨监测数据的CMPAS产品精度评估

针对2021年重庆市具有代表性的7次区域性暴雨天气过程,以经过质量控制后的重庆市35个国家气象站及1822个区域自动站逐小时降水资料为基准,评价了国家多源降水融合分析产品的精度。结果表明,对于不同时刻、地形、降水等级,0.01°空间分辨率的NRT、RT降水融合产品的精度均优于0.05°分辨率的FAST、FRT降水产品,T等级评分在前4个降水等级呈下降趋势,当降水等级≥20 mm/h时略有回升;FAST、FRT产品的相关系数C和偏差B的空间分布较一致,NRT、RT产品的分布较一致,但分布范围的形态和细节上略有区别,其中,FAST、FRT、NRT、RT产品的C_(COR)≥0.90的站点百分比分别为73.94%、78.36%、93.54%、93%,C_(COR)≥0.95的站点分别为34.73%、38.88%、77.98%、75.66%;|B_(COR)|≤0.1的站点百分比分别为60.04%、60.69%、78.19%、77.87%;FAST、FRT、NRT、RT产品与AWS的降水量空间分布范围和量级分布较吻合,但范围形态和细节处理上以NRT、RT产品最为接近,4种产品均以偏小为主;坡向上各产品精度变化并不明显,各产品在坡度、海拔、起伏度较大的情况下精度更高。

基于重庆“6·22”特大暴雨的降水融合产品质量评估

为对比分析CMPAS(CMA multi-source merged precipitation analysis system)中国区域融合降水分析系统的二源和三源降水融合产品对特大暴雨降水过程的监测能力,以2020年6月19-22日重庆特大暴雨过程为例,利用重庆1977个自动气象站逐小时降水数据进行空间对比和统计评估。结果表明:(1)降水等级偏小时,两种降水融合产品数值以偏小为主,随着降水等级增大,估算误差也增大,两种产品数值以偏大为主,出现单站极端降水时,估算误差达到最大,两种产品数值均偏小,但三源产品值更接近站点观测值。(2)对于10 mm/h以下的降水区域,3种降水资料的空间分布结构完全一致;对于10 mm/h以上的降水区域,二源和三源产品的空间分布结构、量级与站点观测值分布基本吻合。出现极端降水的区域,二源和三源产品值较站点观测值偏小,在空间结构和量级的细节处理上,三源降水产品更接近实况。

大别山区地形降水特征分析

利用2012—2014年地面自动站与中国区域CMORPH(Climate Prediction Center Morphing)多卫星降水数据相融合的逐时降水量数据集,分析大别山区的降水时空分布特征。2012—2014年大别山区年平均降水量978.5mm,降水大值区出现在大别山主峰的东南侧,降水主要集中在5—7月,且呈现明显的地形降水特征。从时间变化情况看,降水量呈现单峰的特征,7月降水量最大。从空间分布情况看,大别山及其东部地区是强降水的频发区,出现暴雨日数最多的区域位于主峰及其东侧。降水中心表现出显著的季节变化特征,冬季降水中心位于大别山区的东南部,进入春季以后降水中心向西北方向移动,北抬至大别山主峰北侧,进入秋季(9月以后)以后降水中心逐渐向南回落。大别山区大气环流的季节性变化及其与地形的相互作用是造成大别山区出现明显地形降水(与降水随海拔先增加后减小)和降水季节性变化的主要原因。

安徽大别山区5—8月不同阶段降水时空分布特征

利用2008—2016年中国区域CMORPH(Climate Prediction Center Morphing)多卫星降水数据相融合的、分辨率为0.1°×0.1°的逐时降水量数据集,将每年5—8月分为梅雨前(5月1日至入梅前1日)、梅雨期(入梅当日至出梅当日)和梅雨后(出梅次日至8月31日),分析了大别山区梅雨季节降水的时间和空间演变趋势。大别山区梅雨期间年平均降水量360.3 mm,梅雨前平均降水量279.7 mm,梅雨后平均降水量287.0 mm。梅雨季节主要存在3个降水大值区:山区北侧中段、主峰东南侧和西南侧。从日变化情况来看,梅雨期降水日变化呈现双峰特征,出现峰值的时间分别是09:00、16:00。梅雨前、梅雨后降水日变化呈单峰特征。强降水出现频率的空间分布大值区也随着梅雨前—梅雨期—梅雨后的时间变化逐渐北抬。

Evaluation of CMPAS precipitation products over Sichuan,China

高质量和高分辨率的降水产品在天气预报,数值模式模拟和气象防灾减灾方面起着重要的作用.本文利用四川地区高密度的地面降水传感器观测数据,比较CMPAS四种不同时空尺度的降水实况分析产品,评估CMPAS的融合准确性与在四川地区的适用性.研究表明:四种CMPAS降水产品都在四川盆地内精度较高,攀西地区和川西高原次之.随着降水量的增加,产品的误差也随之增加.CMPAS在夏秋两季对降水量高估,在春冬两季对降水量低估.总而言之,CMPAS在四川盆地内与观测数据的融合准确性较高.由于高原地区气象观测站点数量不足且观测数据受复杂地形和气候条件影响较大,CMPAS在高原地区的适用性检验仍需进一步研究.