利用热带降雨测量卫星的微波成像仪观测资料反演陆地降水

利用热带降雨测量卫星的微波成像仪资料，结合淮河流域试验加密观测期的阜阳地面天 气雷达雨量资料，建立了以散射指数和极化订正温度为主要参数的降水反演算法。对文 中所做反演试验与日本ＮＡＳＤＡ用微波成像仪和星载测雨雷达反演的雨强进行了比较。结果表明 ，文中所用的方法在反演陆地下垫面的降雨强度的分布和降雨区域的确定是比较成功的。

地球同步轨道星载降雨测量雷达设计

分析了雨的空间分布特性,对现阶段降雨测量雷达的现状进行了调研,提出了一种地球同步轨道星载降雨测量雷达设计方法。该雷达采用Ka频段工作频率,采用螺旋扫描实现5 000km直径的圆区域覆盖,可实现0.3mm/h以上强度降雨的探测。同时,地球同步轨道降雨测量雷达可实现定点观测,通过3~4颗卫星组网即可实现全球覆盖。该雷达是实现全球气候与环境变化监测,军事战场作战环境综合探测的必要装备。

一种船用降雨测量装置的实现

为解决行业内现有降雨测量装置存在的问题及缺陷,新研制了一种船用降雨测量装置,就这种船用降雨测量装置的实现过程及方法进行了描述。

台站降雨测量中超差现象与风速关系

2005年起黑龙江省5～9月间降雨量已实现自动测量,其部分测量值与人工测量值之间存在超差现象。分析其产生的原因,除仪器测量精度失真造成外,降雨时段分钟平均风速在4.5～5.4m/s时,对降雨测量超差量影响显著。应采用防风措施降低风速影响。

雷达定量测量降雨在洪水预报中的应用

应用雷达的基数据资料,提取雷达反射率,利用分组Z—I关系转化雷达反射率为雨强,运用地面雨量站网实测雨量对其进行卡尔曼滤波校准,将其结果作为洪水预报模型的降雨输入,并将该方法应用于湖北省白莲河流域.

基于AVR单片机的降雨量测量与雨样采集装置的设计

设计与研究了一种降雨量测量与雨样采集同时进行的装置。该装置采用双翻斗式雨量计设计原理,并以AVR单片机为处理器,通过相应的算法与程序根据地域、季节等影响降雨量的差异以及自身实用需要来控制雨样采集器,达到自动收集不同时段、不同雨量雨样的目的。

虹吸排水自补偿降雨量测量装置

针对传统虹吸式雨量计虹吸时产生计量误差,在野外环境难以实现自动化测量的问题,设计了一种基于称重传感器的虹吸排水自补偿降雨量测量装置。通过称重传感器将降雨重量转变为电信号输出,经数据采集处理系统完成电信号的差分放大、模数转换和数据处理,得到降雨量。为了提高降雨测量精度,通过对虹吸过程实验数据的分析,建立了一种高精度虹吸补偿数学模型,消除了降雨因虹吸排水造成的计量误差。该装置通过太阳能供电和完善的电源控制方案实现了能量自给,可以在野外环境长期稳定工作。实验结果表明:虹吸补偿算法提高了降雨测量精度,该装置的降雨测量误差范围在1%以内,并实现了在线实时监测,具有供电方便、通信稳定、测量精度高等优势。

一种简单实用的船用降水量测量工具

海上降雨量的测量由于雨量器受到调查船摇摆的影响,不能保持承雨面积,所以往往会出现很大的误差,该文介绍了一种简单实用的适合在调查船上使用的降雨量测量工具,它是以已有技术为基础,利用陀螺平衡装置维持雨量器的相对平衡,消除了船舶摆动对测量结果的影响,具有较高的实用性及推广价值。

降雨条件下地表糙度对片蚀的影响及其变化

为了进一步明确地表糙度在片蚀过程中的效应,该文通过室内人工模拟降雨的方法,就场降雨和连续降雨条件下,地表糙度对片蚀的影响及其变化进行了研究。结果表明,场降雨条件下,实施人为管理措施坡面的径流与产沙量均低于对照坡面;在雨强0.67mm/min条件下,随地表糙度的增加,径流量与侵蚀量呈先减小、后趋于稳定的变化趋势;而在雨强1.63mm/min条件下,随地表糙度的增加,径流量与产沙量却呈一直减小的变化趋势。在雨强0.67mm/min条件下,耙耱地、人工掏挖和等高耕作坡面的地表糙度均呈减小的变化趋势,而人工锄耕坡面的地表糙度呈增加的变化趋势;在雨强1.63mm/min条件下,人工掏挖和等高耕作坡面的地表糙度呈减小的变化趋势,人工锄耕、耙耱地坡面的地表糙度却呈增加的变化趋势;对照坡面地表糙度的变化,与耙耱地相反。连续降雨条件下,在前二次降雨作用下,坡面的径流量与产沙量随地表糙度的增加而逐渐减小,且均低于对照坡面;在第三次降雨条件下,径流与侵蚀产沙量变化较为复杂,且实施人为管理措施坡面均高于对照坡面。不同降雨条件下,实施人为管理措施坡面地表糙度对片蚀具有一定的抑制效应,且坡面片蚀的发展与地表糙度间的变化表现出相应的互动作用。该文研究结果为揭示地表糙度的侵蚀特征提供了一定的理论依据,同时也为黄土高原坡耕地的水土流失治理奠定理论基础。

1998～2010年全球中低纬度降水时空特征分析

基于1998～2010年热带降雨测量(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)卫星3B43资料在像元尺度进行Mann-Kendall非参数检验,计算Hurst指数,绘制降水"月历"与演化态势图谱。分析全球中低纬度降水时空特征,结果表明:全球中低纬度降水主要集中在夏季和冬初且各月降水的年际波动比较明显;全球中低纬度降水呈现由低纬向中纬递减的趋势,海洋降水明显多于陆地,海陆梯度特征显著;月尺度降水大部分地区为增加(或减少)但统计不显著的趋势,同时绝大部分地区具有显著的长程自相似性;12月份降水变化态势的空间差异明显强于其它月份,而3月份则最不明显;季节尺度98%以上的地区降水具有显著的长程自相似性,季节演化态势表现出极强的空间差异性。

基于TRMM卫星降水的太行山区降水时空分布格局

基于TRMM 3B42V7数据,综合采用多元线性回归、偏最小二乘回归和地理加权回归3种方法,建立了太行山区卫星降水产品的降尺度校正模型,将遥感降水信息从0. 25°×0. 25°降尺度到0. 05°×0. 05°。在结果评估和优选的基础上,分析了"像元—集水区—全区"年、月降水的多时空尺度干湿季节分布和垂向分布特征,并从机理方面论证了研究的合理性。结果表明:①地理加权回归校正效果最优,可明显降低校正降水与实测降水系列的均方根误差和平均相对偏差且提高决定系数;偏最小二乘回归可降低两项误差,但对决定系数无提升;多元线性回归最差,各项指标均无改善。②处于夏季风迎风侧的东坡和南坡降水量普遍高于500 mm,背风侧的西坡和北坡降水量较低,最大年降水量位于东南坡海拔1 300～1 500 m的地带。③研究区7—9月降水量占全年的58. 7%,干湿季节降水量之比为1∶18,各集水区的变化范围为1∶13～1∶25。④季风风向影响降水中心的移动路径,各月降水量沿高程变化梯度区间为-5. 2～6. 7 mm/hm,且迎风坡降水的垂向分布更复杂。

用TRMM卫星微波成像仪遥感云中液态水

应用热带降雨测量卫星微波成像仪 (TRMM/TMI)的被动遥感资料 ,选用对云中液态水变化非常敏感的 85 .5GHz垂直极化通道的亮温信息 ,通过离散纵坐标矢量辐射传输模式 ,采取逐步逼近的方法确定出地表的微波比辐射率 ,并运用迭代方法有效地反演出云中液态水含量及其分布。与对应的卫星红外云图对比结果表明 ,反演的云中液态水分布是合理和可信的。

用TRMM/TMI估算HUBEX试验区的云中液态水

文中应用热带降雨测量卫星微波成像仪的微波遥感资料反演云中液态水。由于微波成像仪85.5 GHz通道对云中液态水非常敏感,通过离散纵坐标矢量辐射传输模式,运用迭代的方法可以有效地反演出陆地上空非降水云中的液态水路径。在淮河流域能量与水分循环试验中,分别运用微波成像仪85.5 GHz垂直极化单通道和微波成像仪85.5 GHz极化亮温差两种方法来估算陆地上空的云中液态水路径,反演结果与地基微波辐射计的测量结果是较为一致的。当地表比辐射率或地表温度误差较大时,用极化亮温差法估算云中液态水路径相对较好,尤其是对于低云,因为该方法对地表温度不敏感。

TRMM-3B43降水产品在新疆地区的适用性研究

为研究热带降雨测量计划卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)-3 B43(简称"TRMM")降水产品在新疆地区的适用性,利用1998—2013年TRMM月降水量产品与新疆地区105个国家气象站点的降水观测结果,通过统计分析分别在年、季和月尺度上进行验证。结果表明:TRMM估算的年降水量与新疆地区实测降水具有很高的一致性(平均偏高5.29%);与气象站点实测的季尺度降水数据决策系数较高,相关系数均在0.7以上;与气象站点实测的月降水数据的相关系数为0.75,表明两者之间相关性较显著,数据精度较高。就单个气象站点而言,大部分TRMM降水数据与气象站点实测降水数据相关系数较高,误差在30%以内,整体相关系数达到0.81,说明TRMM降水数据与气象台站点实测降水数据的一致性较好;但TRMM降水产品在时间和空间上具有一定的偏差,使用中需要进一步订正。

基于TRMM遥感数据的旱涝时空特征分析

基于光学遥感数据反演的植被指数和地表温度进行旱涝灾害监测在时间上具有滞后性,降水数据可以更加及时直观地反映地表干湿状态的变化,目前旱涝灾害监测应用地面点上降水观测站点的数据较多,热带降雨测量卫星(TRMM)被动微波遥感为大面积进行旱涝灾害监测提供了可能。利用江苏省1998年1月—2014年3月的TRMM 3B43月降水资料,采用尺度为12的标准化降水指数(SPI12),分析江苏省旱涝时空特征变化规律。分析结果表明:江苏省16年来发生旱涝灾害的几率为34.08%,其中发生旱灾的几率(16.74%)与发生涝灾的几率(17.34%)相接近;江苏省一年四季都易受到旱涝灾害的影响且旱灾与涝灾具有交替出现的特点;1999—2014年间多次出现较严重的旱涝灾害,且江苏中部地区更易受到旱涝灾害的影响。

格点尺度对TRMM微波成像仪云水数据的影响

选取热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)液态水路径(liquid water path,LWP)轨道像元数据为研究对象,探讨了将瞬时探测以及逐月的像元数据进行格点化(0.1°、0.25°、0.5°、1.0°和2.5°五种格点分辨率)时,格点数据的失真情况。对TMI瞬时探测的个例分析结果表明,细分辨率(0.1°、0.25°和0.5°)格点能保留原始像元数据的细节;而随着网格变粗,细节受到较大的平滑。因此对于中尺度到天气尺度的天气系统分析而言,将卫星轨道数据处理到网格尺度不大于0.5°的格点更合适。对逐月LWP像元资料格点化处理的分析表明,细分辨率格点能保留LWP空间分布细节,尽管5种分辨率下LWP的概率密度分布(probability density function,PDF)均相近。因此,对月尺度及以上的气候分析研究而言,格点尺度大小对卫星像元数据格点化的影响不显著。最后利用本实验室计算的TMI/LWP格点数据与欧洲中期数值预报中心再分析资料(European Centre for Medium-range Weather Forecasts Interim reanalysis,ERA-Interim)和NCEP再分析资料(NCEP Climate Forecast System Reanalysis,NCEP CFSR)进行了对比,发现两种再分析资料都高估了LWP;TMI/LWP格点数据与两种再分析资料LWP的多年变化趋势大致相同。

基于压电效应的雨量与雨滴谱检测

为了解决雨量及降雨微观特征同步监测的难题,提出基于压电效应的降雨参数感知方法。首先,利用阵列式压电换能器消除传感器的边界效应,准确测量雨滴下落末动量,利用标定响应函数实现雨滴粒径的测量;其次,提出基于电压真有效值信号的雨滴混叠识别方法,实现雨滴数量的估计;最后,综合雨滴粒径和数量获得雨滴谱,通过累加雨滴体积得到降雨量和降雨强度。数学仿真与实物实验表明,本方案可以自动连续测量记录雨滴数量、粒径大小、降雨量和实时降雨强度等信息,能够保证对于大雨、小雨以及降雨微观特征都具有较高的测量精度。

艾比湖流域降水和风速对植被NDVI时空变化的影响

【目的】归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)不仅可以很好的反映地表植被的繁茂程度,而且是指示植被活动和植被生产力的良好指标之一。【方法】本研究采用2004年12月至2014年11月的MODIS卫星影像、TRMM卫星数据,辅以站点监测的气温和风速数据,分析植被NDVI在10年间的不同季节的时空变化特征,探讨降水量对植被NDVI产生的影响,剖析植被覆盖与风速、气温之间的相关关系。【结果】(1)10年间植被NDVI在研究区内呈现出夏季>秋季>春季>冬季的空间分布特征,在春季体现出自西向东NDVI逐步减少的趋势,夏季和秋季的植被NDVI由西南至东北逐步降低;(2)春季、夏季和秋季,降水量都呈现出由西南到东北方向逐步降低的分布特征,冬季降水量呈现了由西向东逐步递减的分异特征;(3)降水量与植被NDVI之间呈正相关的关系,相关系数表现为冬季<春季<夏季<秋季,降水对植被NDVI有驱动作用,但这种影响具有一定的时间滞后性。(4)平均风速在空间格局上都呈现出条带性的分布特征;(5)植被NDVI在夏季和秋季均与气温呈负相关关系,但与降水量呈正相关关系,与温度相比,水分条件才是影响植被生长的主导因素。【结论】本文筛选了3个气候因子,能为更全面的剖析气候变化对植被变化的影响过程起到参考作用。

多时间尺度下遥感降水产品与再分析降水产品在海河流域适用性对比分析

为了综合评估热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)、全球降水测量计划(global precipitation measurement,GPM)遥感降水产品和MERRA-2再分析降水产品在海河流域的适用性,基于流域内57个气象站点2014年3月—2018年2月期间的逐日实测降水数据,选用相关系数、均方根误差、平均绝对误差、相对误差等评价指标,对比分析三者在海河流域年、季、月多时间尺度观测精度。结果表明:在年、季、月时间尺度上,GPM数据与站点实测数据的相关性均为最优,TRMM相关性均最弱。在3种时间尺度下,MERRA-2再分析数据在海河流域的数据精度最高,GPM次之,TRMM数据误差最为明显。TRMM、GPM在年度、季度降水量上均存在一定的高估现象,TRMM表现出对降水的高估现象更加明显,但是夏季GPM相对误差略高于TRMM数据。总体上,3种降水产品在海河流域均具有较好的适用性,但MERRA-2与GPM在海河流域的适用性较好且优于TRMM,GPM在弱降水观测能力方面较TRMM明显增强,但强降水监测能力仍有待提升。

归一化植被指数对陆地水储量和降水变化的响应研究——以塔里木河流域为例

利用美国国家航空航天局(NASA)提供的MODIS归一化植被指数(NDVI)数据,探讨了2003-2013年10 a间塔里木河流域NDVI的时空动态分布情况,辅以根据GRACE重力场恢复与气候实验重力卫星和TRMM热带降雨测量使命卫星数据所反演的陆地水储量和降水量数据,研究了10 a间塔里木河流域植被覆盖变化对陆地水储量变化的响应。结果表明:(1)春季NDVI最大值为0.033 67,最小值为-0.010 13,夏季NDVI值最大值为0.617 39,最小值为-0.111 72,秋季NDVI最大值为0.563 38,最小值为-0.047 11,冬季NDVI最大值为0.281 61,最小值为-0.078 64;植被NDVI呈现出夏季>秋季>冬季>春季的规律,离河道越近,植被覆盖度也就越高,同时,植被覆盖度指数会随着越靠近沙漠、戈壁而逐步降低。(2)10 a间NDVI呈现大范围的降低趋势,只有少许范围内具有显著的增加趋势;陆地水储量和降水量的变化趋势,从西北向东南方向呈现出由急剧降低逐步递增为急剧增加。(3)区域A、B、C、D 10 a间NDVI的变化趋势分别是较为复杂、微弱降低、微弱增加和非常显著的增加。(4)降水量与NDVI之间呈现正相关关系,但影像有明显的时滞性,降水量与NDVI之间呈现负相关,植被NDVI与陆地水储量呈负相关,但是对NDVI的影响明显比陆地水储量对NDVI的影响更为显著。