TRMM卫星和全球降雨观测计划GPM及其应用

全球变暖和气候变化影响全球水循环,从而导致异常天气,如频繁的大雨和干旱。热带降雨观测卫星TRMM和全球降雨观测计划GPM是进行全球尺度的降雨观测的国际卫星观测计划,对全球变化研究具有很大作用。首先介绍了热带降雨观测卫星TRMM的概况及其5个有效载荷,即降雨雷达、可见/红外扫描仪、微波成像仪、云和地球辐射能量探测器以及闪电成像仪;接着介绍了即将于2007年发射的全球降雨观测计划GPM;最后介绍了TRMM卫星的应用。

基于郑州“7·20”降雨的第六堡降雨观测能力分析

为了分析第六堡降雨观测能力,利用雨量滴定仪以4 mm/min雨强模拟郑州“7·20”特大暴雨最大小时雨强,对现有雨量观测设备进行测试,测试结果表明第六堡降雨观测能力能够满足要求。根据测试结果结合实际需要,初步提出第六堡雨量观测提升方案,以确保最大程度内测得到、测得准、测得及时,为防洪抗旱、防灾减灾、工程运行调度提供准确及时的雨情信息。

遥测降雨观测资料中误差的抗差修正

对雨量观测资料误差的修正,特别是对实时洪水预报遥测雨量观测误差的修正,是目前提高实时洪水预报精度的一种重要方法。抗差理论提出了污染分布概念,分析随机误差分布在污染邻域内的可能变化范围,用极值函数和相应的抗差特征函数描述一般的误差特征,建立起了相应的估计理论和方法。把抗差估计理论与方法引入遥测雨量观测误差修正中,分析了遥测雨量观测误差的特点,提出了利用抗差估计理论修正遥测雨量观测误差的方法。选用闽江七里街流域1988～1998年46场洪水的1h雨量资料,进行统计分析,确定了权函数的函数变量。然后用生成的误差系列,进行模拟估计,取得了较满意的效果。

“全球降雨观测”卫星发射升空

2014年2月28日，“全球降雨观测”（GPM）卫星由日本H-2A火箭从种子岛发射，该卫星是“全球降雨观测”计划中的主卫星，也是“热带降雨观测”（TRMM）卫星的后继星，由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和美国航空航天局（NASA）联合研制。“全球降雨观测”卫星是世界上首颗配备以Ku频段雷达（KuPR）和Ka频段雷达（KaPR）组成的双频段、毫米频段、具备多普勒测速功能雷达为主的降雨观测卫星，它不仅可用于地球观测，也能用于安全保障。

日、美联合研制的新型地球观测卫星——热带降雨观测卫星

本文简要介绍了日、美共同研制的新型地球观测卫星——热带降雨观测卫星的概况,包括系统结构、制导控制以及主要星载遥感器,此外还介绍了它的后继星——非太阳同步轨道降雨观测卫星的概况。

全球降雨观测（GPM）卫星计划

全球降雨观测（Global Precipitation Measurement，简称GPM）卫星计划是由美国宇航局（NASA）执行，，日本宇宙航空开发机构（The Japanese Aerospace Exploration Agency，JAXA）以及欧盟等其他一些国际组织合作建设的主要用于气象预报的卫星监测系统，目的在于提高测量精度和采样频率。实现更准确的、更早期的气象预报。GPM是GEOSS（Glohal Earth Observation System of Systems）的示范项目，计划2012年开始发射，预计发射一个核心卫星与八颗小卫星，它将全球降雨量以每3小时一次的速度提供给地面观测人员。GPM拓展了TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）的观测范围。可对高纬度地区降雨量进行观测；可提供更频繁更丰富的全球水文循环信息。GPM可观测变化范围以1／100英寸／h4英寸／h的降雨量。可估计不同大小的降雨成份。可区分雪和雨，可以每3小时对全球80％地区重复观测一次，数据在观测3小时内可传到用户手中。GPM的核心卫星（Core）由NASA和JAXA一起建设及发射。Core将携带一个双频降雨观测雷达（DTR）和GPM微波成像仪（GMI），JAXA提供天气雷达以及可能的发射装置。NASA提供被动微波辐射度、卫星构造以及地面控制部分。除Core外的8颗小卫星组成GPM的传感器网。每个小卫星装载单独的辐射计。这些小卫星称为机动卫星。各自具有单独的科研任务，同时又为GPM的降雨观测提供服务。GPM的任务还包括通过太阳同轨和不同轨卫星周期观测因日出、日落引起的降雨量的日变化。GPM卫星计划主要用于观测全球降雨情况，同时对全球天气预报将有划时代的影响，对于后续地面经济分析、水灾、泥石流预测、干旱预测等都有极大帮助。

雷达降雨观测精度分析与应用研究

在雷达技术不断发展成熟的背景下,雷达测雨系统也在不断改进优化。为确定雷达降雨观测精度,本文以雷达降雨观测为研究对象,从雷达降雨观测系统运行原理、系统建设等方面,阐述了雷达自动面雨量观测系统研究现状。并结合具体雷达面雨量自动观测系统应用项目,对雷达降雨观测精度的应用效果进行了进一步研究。

青藏高原暖季中西部的断面降雨观测:系统设计与初步结果

青藏高原中西部环境恶劣,地表圈层相互作用强烈,近40年来气候和水循环变化显著.降水实测数据匮乏是该地区地表过程研究的一个瓶颈.近6年来,我们为该地区设计并建立了降雨的南北观测断面和东西观测断面,获得了暖季(5~9月)的小时分辨率降雨数据.南北断面从喜马拉雅山南坡的亚东河谷延伸到高原腹地的双湖县,共31个站;东西断面从高原西边的狮泉河延伸到中部的那曲,共22个站.该观测数据已应用于阐明高原中西部降水的时空变化特征,评价典型格点降水产品的质量,支持区域气候模式的开发,揭示夏季的湖气相互作用过程.该观测数据已在国家青藏高原科学数据中心公布.

顾及位移与雨量观测的降雨驱动滑坡稳定性分析

滑坡是一种多发且危害巨大的自然灾害,对其进行实时的监测,并基于结果分析它的稳定性状态具有重要的意义。本文基于"卸加载响应比模型",综合运用数学统计的方法,提出一种大型滑坡稳定性分析的方法。首先根据GPS的观测结果,分析滑坡的位移特点,然后耦合GPS观测以及降雨观测结果,选择不同尺度,计算ULDRR系数,最后分析滑坡的整体稳定性和区域相对稳定性特点。以四川省理县西山村滑坡为例,建立观测网络,对大型滑坡稳定性分析方法进行验证。结果表明,西山村滑坡呈现三级变形的特点,水平方向变形较为明显,方向自上而下由SW转SSW,最大位移速率可达37.4mm/月;西山村滑坡稳定性与降雨在变化趋势上呈负相关,并且自上而下逐级递减,最活跃区域的平均ULDRR系数均低于2.77,不稳定率达50%以上。

南京地区基于E频段毫米波链路的降雨监测研究

近年来,利用微波链路监测降雨这项新技术越来越受关注,准确的降雨观测数据对气候监测至关重要。该研究利用在南京地区搭建的E频段毫米波链路反演降雨强度信息,对降雨引起的衰减进行分离并实时确定参考基线,基于雨滴尺寸分布计算降雨强度,校正了湿天线效应的影响。实验结果表明,基于E频段链路反演获得的降雨强度在71GHz频段的相关系数约达到0.90,均方误差约为0.11mm/h,在81GHz频段约达到0.91,均方误差约为0.15mm/h。通过与激光雨滴谱仪的实测降雨强度作比较,验证了E频段毫米波链路监测降雨的可靠性。

基于TRMM卫星雷达降雨的流域陆面水文过程

利用热带降雨观测计划（TRMM）卫星雷达降雨数据驱动分布式陆面水文模型，研究流域尺度陆面水文过程，评估该数据在水文模拟与预报等研究领域的性能。通过与实测雨量资料比较，验证TRMM卫星雷达降雨数据的质量。分别将TRMM卫星雷达降雨与观测降雨作为耦合模型的气象输人，模拟和研究淮河流域1998～2003年的陆面水文过程时空变化。结果表明，TRMM卫星雷达降雨数据能够很好地描述降雨的时空分布，利用TRMM降雨模拟的结果与利用观测降雨模拟的结果精度相当；模拟流量与实测资料基本吻合。卫星雷达降雨数据在陆面水文过程研究中具有广泛的应用前景。

卫星降雨数据在高山峡谷地区的代表性与可靠性

以长江上游金沙江流域典型高山峡谷地区为研究对象,用该区域地面观测降雨量数据对TRMM PR 3B42 V6产品进行了3 h、日、月3个时间尺度的有效性评估,旨在为开展区域卫星与地面降水数据融合的流域水文模拟及预报奠定数据基础。分别采用了线性回归方法分析降雨量相关性、经验正交函数-奇异值分解方法(EOF-SVD)分析降雨量主要模态空间分布特征、相对偏差Bias、错报率RFA和探测率PD指标对该卫星产品进行了精度评定。研究结果表明:研究区该卫星产品与地面观测数据在3个时间尺度存在显著的线性时间和空间相关性,但相关程度随时间尺度的减小而减弱;二者在空间分布上总体具有一致性特征,但在高海拔、大坡度区域表现出较为显著的差异;相对偏差指标显示2008—2010年降雨量均值相对偏差在±10%的概率密度百分数为36.08%;随高程的增加,卫星数据RFA呈逐渐增加趋势变化,PD呈逐渐减小趋势变化;总体上小雨对误差的贡献最大,大雨峰值误差贡献次之,时段降雨量偏差随时间尺度的增加逐渐减小,而随高程的增加卫星数据的探测精度下降。因此,对于类似的高山峡谷流域,要应用该卫星产品进行日、3 h尺度水文模拟及预报,有必要对流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。

TRMM降雨数据在湖南省长株潭地区的适用性

[目的]基于现有实测降雨数据和TRMM降雨数据,探讨利用TRMM数据估测实际降雨的方法。[方法]利用湖南省长株潭地区12个气象站点观测的降雨数据和TRMM降雨数据,采用相关系数法、误差分析、相对偏差分析等方法,分析长株潭地区2002—2011年TRMM降雨数据的精度。[结果]长株潭地区的TRMM数据和站点数据的拟合程度较好,年降雨量的拟合优度为0.69,春、夏、秋、冬4季降雨量的拟合优度依次为0.68,0.52,0.66,0.34,月降雨量的拟合优度达0.73,各站点月降雨量的拟合优度更好。相对偏差分析与误差分析结果表明TRMM降雨数据普遍低于实测降雨数据,这种偏差主要是因为单个观测站点实际代表面积远小于TRMM单个栅格的代表面积,而相对偏差均为负值则可能是城市的降雨量和雨强大于农村所致。此外偏差和地形起伏存在一定的联系,地形起伏越大的地区偏差越大。[结论]TRMM降雨数据在长株潭地区有一定的适用性,但在使用时需要用观测数据进行必要的修正,TRMM数据也可作为历史降雨观测数据分析的一个参考以提高其空间精度。

遥测降雨的抗差修正研究

分析了遥测降雨观测资料的分布特征,引入抗差估计理论修正遥测降雨资料中出现的异常值,提高实时洪水预报精度.根据实际应用中出现的问题进行了改进.对闽江七里街流域1988～1998年45场洪水的暴雨资料,用生成的误差系列比较了各种方法的修正效果和探测效率.改进后的三步抗差修正的优越性获得了较好的修正效果,均超过60%.

土壤侵蚀与降雨关系研究

通过2年玉米试验地降雨观测,分析了雨量、雨强、降雨历时与土壤侵蚀的关系,研究结果表明,大雨、暴雨、大暴雨容易引起水土流失,采用等高种植和秸秆或薄膜覆盖技术可减缓侵蚀程度。

全球降雨计划GSMaP与IMERG卫星降雨产品在陕西地区的精度评估

以中国气象局提供的地面降雨观测资料为参考,利用相关系数、均方根误差和相对偏差,降雨误报率、命中率和关键成功指数等6种不同的统计分析指标,从年、季、月、日4种不同的时间尺度对两种高分辨率卫星降雨产品(IMERG和GSMaP)在陕西省的精度进行了对比和评价,并对二者在监测强降雨过程中的表现进行了对比分析。结果表明:(1)在年尺度上,GSMaP的数据精度高于IMERG。GSMaP和站点观测数据高度相关,而IMERG和站点观测数据中度相关;GSMaP高估了年尺度的降雨,而IMERG低估了年尺度的降雨。(2)在季节尺度上,两种数据均在夏季的精度最高,总体上,IMERG在季节尺度的精度亦高于GSMaP。(3)在月尺度上,两种产品与地面观测数据均呈现较高的相关性,而且均存在一定程度的高估,但IMERG比GSMaP更具有相对较高的精度。(4)在日尺度上,GSMaP的数据精度略高于IMERG。(5)卫星降雨产品的数据精度与降雨量有关,总体表现为雨量小时高估、雨量大时低估。(6)卫星降雨产品数据精度呈现了明显的地域差异,GSMaP对陕西省的降雨总体表现为低估,其中对陕北的低估最为明显;IMERG对关中有轻微高估,对陕北和陕南则存在明显低估。(7)通过对4场次强降雨事件的分析发现,GSMaP对大雨及以上强降雨事件的监测能力比IMERG略强。研究结果可以为该地区的气象水文研究在选择和使用降雨数据资料时提供参考。

TRMM卫星降水数据在洣水流域径流模拟中的应用

采用地面雨量站点观测降水作为基准数据,评估热带降雨观测计划(TRMM)最新一代卫星降水产品3B42V7的精度;利用站点和卫星两种降水数据驱动栅格新安江模型,采用SCEM-UA算法考虑模型参数不确定性,进行流量过程模拟,评估TRMM 3B42V7在流域水文模拟和预报中的应用能力。数据精度评估显示:在平均意义上,TRMM 3B42V7日降水精度较高,较站点观测低估了6.68%;但在绝对值意义上,TRMM 3B42V7日降水精度较低,绝对偏差达到57.76%;TRMM 3B42V7经过了地面月降水量偏差校准,其精度在月尺度上有较大提高。径流模拟结果表明:TRMM 3B42V7模拟的日径流过程精度较低,有部分洪峰没有捕捉到,但仍能表征径流的日变化特征;月尺度上模拟径流与实测径流吻合较好,能表征径流的季节性和年内变化特征;计算的日尺度和月尺度95%置信区间包含大部分实测流量过程。

基于TRMM降水数据的山区降水垂直分布特征

选择天山和祁连山区为典型区,利用台站降水数据验证以上两区多卫星降水数据（TRMM）精度的基础上,借助TRMM数据分析了所选山区年降水梯度效应,并探讨了天山及祁连山最大降水高度带。结果表明,多卫星降水数据在天山和祁连山区精度较高,天山及祁连山年降水量都明显受到海拔影响,降水随海拔升高而增加,但天山降水与海拔正相关关系最好,南、北和西坡相关系数分别为0.90、0.81和0.58,多年平均降水直减率分别为11.0mm/100 m、6.3 mm/100 m、7.4 mm/100 m,最大降水高度带则分别位于海拔2 200-3 500 m和3 200-3 700 m和3 000m左右;祁连山东、中、西段降水随海拔有增加趋势,但降水梯度效应在祁连山东段明显高于祁连山中西段地区,梯度效应由东向西呈现递减趋势,其最大降水带主要分布在东段4 000-4 500 m的高山带。