基于小波多分辨率分析的环渤海地区TRMM 3B42数据校正

利用环渤海地区1998-2014年55个气象站点的日降水资料,基于小波多分辨率分析方法对TRMM3B42卫星降水产品进行订正,并分析订正后3B42数据的降水估算精度.结果表明：订正后的3B42数据与站点降水数据之间的相关系数显著提高,MAE、RMSE则明显降低;订正后的3B42数据对日降水事件的探测成功率得到提高,错报率有所下降;小波多分辨率分析方法有效提高了3B42数据对各季节,特别是冬季日降水的估算精度;但,订正后的3B42数据对日降水量仍存在一定的高估现象.

环境减灾二号A/B卫星高光谱数据反演与质量提升

针对环境减灾二号A/B卫星高光谱成像仪获取的原始干涉数据反演过程与数据质量提升方法进行研究。依据大孔径静态干涉光谱成像(LASIS)的基本原理与数据反演方法,使用实验室定标法和在轨数据统计法进行原始干涉数据的相对辐射校正。根据直方图统计结果,对反演之后的浮点型高光谱数据进行归一化,并对归一化后的数据进行基于直方图匹配的相对辐射校正,有效地去除了图像条带,使得反演生成的高光谱数据空间信噪比得到有效提升,并保持了92%以上的光谱准确度。

CMADS、ITPCAS和TRMM 3B42 3套降水数据集在玉龙喀什河流域的适用性评价

我国西北地区地形复杂、环境恶劣、气象观测水平有限,在海拔较高的山区缺乏长期观测资料。再分析气象数据集(产品)基于气象卫星、数值模拟等技术,结合站点实测资料制作而成,具有时空分辨率高、可靠性好等优点,越来越多地被应用于大气水文相关的研究工作中。选择西北典型的高寒山区流域为研究对象,首先分析3套具有代表性的再分析气象数据产品(CMADS、ITPCAS和TRMM 3B42)降水资料在研究区年际和年内的分布情况,然后利用3套降水资料驱动SWAT水文模型,将模型模拟的结果与水文站实测径流资料进行比较,并进行参数率定和敏感性分析,从而分析3套数据集在研究区对降水的模拟效果。最终获得以下结论:3套降水资料在流域内的降水量分布情况存在较大差异,CMADS和ITPCAS数据集在降水总量上大于TRMM 3B42数据集,且CMADS数据集的年际降水和年内降水分布与冰川分布较为一致;3套再分析数据产品中,CMADS数据集驱动水文模型的模拟效果最好,逐日、月的NSE系数达到0.53、0.71,ITPCAS和TRMM 3B42数据集的NSE系数较低,径流模拟效果较差。

TRMM卫星降水反演数据在珠江流域的适用性研究——以东江和北江为例

为评估最新一代TRMM 3B42-V7卫星降水反演数据产品在珠江流域的精度和适用性,选取位于珠江流域下游的东江和北江流域为研究区域,基于地面雨量站点数据评估了该产品的精度和适用性,并结合可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)水文模型进行了水文模拟验证。对比分析结果表明,在网格尺度上,大多数网格日尺度相关系数达到0.60以上,月尺度相关系数达到0.90以上,3B42-V7产品表现出较好的精度,在区域尺度上精度得到了进一步提高;水文模拟验证分两种情景下进行,情景Ⅰ的结果表明,当水文模型由地面雨量站点数据率定时,3B42-V7产品数据的水文模拟效果不佳,个别区间内存在对洪峰流量明显的低估;情景Ⅱ的结果表明,由3B42-V7产品数据重新率定水文模型时径流模拟效果有了较大改善,说明该产品可在一定程度上作为资料缺乏地区的降水数据来源。

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卫星降雨数据在湖南省的精度和可靠性评定

卫星降雨数据的高时空分辨率使其在洪涝灾害监测、流域水文模型模拟等方面得以广泛应用,而对卫星降雨数据的精度评定和可靠性分析仍然是当前重要的研究课题。采用中低纬度旱涝灾害频发的湖南省23个国家基准气象站的降雨数据作为地面验证数据,对最新一代TRMM卫星降雨产品(3B42V7)的精度和误差特征进行了全面评估。从日、月、年和季节的不同时间尺度以及空间分布和高程等不同的空间要素方面对比分析了1999-2012年该卫星降雨产品在湖南地区的适应情况。研究表明:TRMM卫星反演降雨数据在日尺度上与地面气象站数据的匹配情况较差,相关系数仅为0.31;而在月尺度上有显著提高,相关系数为0.88。在干旱季节(11、12、1、2月)的表现要优于湿润季节(5、6、7、8月)。3B42卫星反演降雨数据存在比较明显的空间变异性,空间要素如高程、位置分布等对卫星降雨数据可靠性的影响强于降雨量的影响。

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。

TRMM卫星反演降水在江苏典型平原区的评估与订正

卫星反演降水由于具有较高的时空分辨率,在大气、水文、生态等研究中起到越来越重要的作用,评估和订正卫星反演降水也成为研究热点之一。以江苏省为研究区域,以雨量站观测降水数据为基础,分析TRMM 3B42卫星降水产品在典型平原区的误差特性,并基于月水量平衡和逐步订正的基本原理订正其系统误差和随机误差。结果表明,原始的TRMM卫星降水数据和地面测站数据相关性较好,但在量值上存在明显误差。订正之后的TRMM卫星降水绝对误差和相对误差在量值和空间分布上均改善明显,均方根误差显著减小,确定性系数也有所提高。经过误差订正后的降水数据综合考虑了TRMM卫星空间分布的合理性和站点观测的精确性,提高了卫星反演降水的精度。研究成果为TRMM卫星降水数据在其他地区的应用提供了参考。

TRMM卫星降水数据在老哈河流域的精度评估

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)最新一代降水产品3B42V7在高纬度半干旱的老哈河流域的精度。结果显示:TRMM 3B42V7在老哈河流域较基准降水系统偏大,平均偏差为17.46%,相关系数为0.73,平均意义上日卫星降水精度相对较高;但TRMM 3B42V7绝对值偏差达到81.26%,在绝对值意义上日卫星降水精度较低;经过GPCC地面月降水量偏差校准,TRMM 3B42V7精度在月尺度上有较大提高,绝对偏差为21.95%,相关系数达到0.98;TRMM 3B42V7精度同纬度和高程存在明显的相关关系;TRMM3B42V7能较好反映老哈河流域日降水事件并展现降水的空间分布特征。因此,TRMM 3B42V7可用于老哈河流域月尺度的水文过程模拟、水资源评价与规划等相关研究。

基于BDS-3/GPS多频数据的GNSS-R海面高度反演方法研究

随着北斗三号(BDS-3)系统的完善与投入使用,本文基于BDS-3/GPS多频信噪比数据提出了两种全球导航卫星系统反射测量(GNSS-R)海面高度反演改进方法,即基于最高峰与次峰关系剔除粗差方法和最优频段改正方法。通过印度洋附近马约特岛的MAYG测站2020年年积日(DOY)333~337天连续5天观测数据验证该方法的有效性。结果表明,基于最高峰与次峰关系剔除粗差方法可以提高潮位反演精度,GPS频段总体提高了9.16%,BDS频段总体提高了17.34%,但是会导致反演结果数量降低。而最优频段改正方法可以在增加反演结果数量的同时提高精度,被改正的GPS S1C、S2W频段反演精度总体分别提高了26.54%、22.89%,BDS S1X、S2I、S6I和S7I 5天的潮位反演RMSE分别降低了61.36%、34.23%、47.68%和55.38%,并且精度提高程度较前者更高。

基于TRMM卫星产品的长江流域降水精度评估

卫星降水产品在降水空间格局分析中扮演着重要角色。为分析卫星降水产品在长江流域的应用精度,利用2003~2010年长江流域175个雨量站实测降水资料检验了同期TRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission)降水产品3B42 RTV7及V7的精度。结果显示:(1)长江流域年平均降水总量从东南向西北呈现明显的梯度变化,年降水量从2 000 mm/a减少到400 mm/a,降水空间差异极大,时间分布也不均。(2)RTV7和V7降水产品能够捕捉到长江流域降水空间分布格局,尤其是V7在长江流域有较高的精度,对59.85%流域面积的估算偏差在-10%~10%之间;实时产品RTV7在长江上游存在明显的高估现象,偏差大于50%的流域面积高达33.51%。(3)长江中下游RTV7和V7日降水数据与对应的实测数据相关系数都大于长江上游地区,偏差更小。(4)RTV7和V7降水产品在丰水期的估算精度整体优于枯水期。

湘江流域TRMM降水数据精度检验

数据精度检验是卫星遥感降水数据应用中的关键问题之一。目前对TRMM数据精度检验多以偏差和相关性分析等方法为主,对不同雨量等级的估计检验比较缺乏。针对湘江流域,引入模糊综合评分方法以解决不同雨量等级降水估计的检验,同时利用泰森多边形法、模糊综合评分方法、相关系数法和散点斜率法,以研究区内14个气象站点实测降水数据为"真值",对TRMM 3B42降水数据在日、月尺度分别进行了定性和定量精度检验。结果表明:研究区TRMM 3B42降水数据在月、日尺度上相关系数分别达到了0.93、0.48,前者偏差值Bias比后者低84%,精度更优;在不同降水量级的预测中,精度由好到差依次为小雨、暴雨、大雨、中雨,其中小雨预报精度最好,达到良好水平,其他雨量级预报精度为中等水平。

TRMM降水数据在沙溪流域的精度验证

以闽江沙溪流域2008—2012年水文站及雨量站的实测降水资料为基准数据,利用探测率、击中率、Heidke技巧评分指数、模糊评分、统计参数、降水重心等指标,对热带降水测量卫星(TRMM)的3B42V6和3B42V7两种降水产品进行精度检验和分析。结果表明:日尺度上,TRMM数据在多数情况下能比较准确预报降水是否发生,两种TRMM降水数据的探测率Pd、集中率FH、Heidke技巧评分指数的平均值都超过0.55,3B42V7的漏报率和空报率比3B42V6均有所降低;两种TRMM降水数据在不同降水量级的预测中精度由好到差依次为小雨、暴雨、大雨、中雨,其中小雨预报精度最好,达到良好水平以上,3B42V7的效果更好一点;两种TRMM数据与实测数据的一致性都比较好,其中3B42V6的数据均方根误差、偏差、相关系数都更小;月尺度上,3B42V6降水数据呈现旱季偏差大、雨季偏差小的特征,而3B42V7数据在全年的偏差都较小;年尺度上,两种TRMM数据的降水重心位置与实测数据的降水重心位置十分接近,纬度方向的变迁路径一致,TRMM数据的空间分布与实测数据比较吻合。

淮河流域TRMM多源卫星降水产品精度评估

不同的地区卫星降水产品的预报能力差别较大,因此需对卫星降水产品进行精度评估。基于淮河流域26个气象站的降水数据,采用统计方法评估了2001~2011年热带降水观测计划（TRMM）最新一代降水产品3B42V7和3B42RTV7在中国气候过渡带淮河流域的适用性。结果表明,两种降水产品均存在高估现象,3B42V7的性能优于3B42RTV7,两种产品夏季性能明显优于冬季;3B42V7与3B42RTV7年降水量几乎均高于地面观测年降水量,3B42RTV7年降水量的估算性能比3B42V7差,两种降水产品在湿润年的性能优于干旱年;除在小降水事件（0～1mm）发生概率明显低外,3B42RTV7、3B42V7与站点降水发生频次的趋势几乎一致,且全年优于汛期。降水强度〈25mm/d时,两种降水产品会高估降水量,对〉25mm/d的降水事件会低估,两种降水产品的趋势一致且相差不大;汛期3B42V7对降水强度〉25mm/d的降水事件拟合较好。与3B42RTV7相比,3B42V7有稍高的确报率、临界成功率及较低的错报率;TMPA产品对小雨或弱降水的确报率较高,对强降水尤其是25mm/d以上的降水错报率高达70%以上。

香港近海海域叶绿素a定量反演及时空变化分析

以2009~2019年HJ-1A/B卫星多光谱数据和对应日期的实测数据为数据源,通过预处理提取出各波段组合反射率并与实测叶绿素a浓度数据进行统计相关性分析,选取相关性最高的波段组合作为特征变量与2/3的实测叶绿素a浓度数据进行建模,并用剩下的1/3实测叶绿素a浓度数据进行精度验证以确定最佳遥感反演模型,最后根据最佳反演模型对2009-2019年的香港近海海域叶绿素a浓度进行反演,明晰该海域近10年的叶绿素a浓度时空变化特征.结果表明:利用HJ-1A/B卫星多光谱数据反演香港近海海域叶绿素a浓度的最佳波段组合为第3波段和第2波段比值(B3/B2),相关系数(r)为0.893;最佳反演模型为利用B3/B2构建的e指数回归模型(Chl=0.004e6.693(B 3/B 2)),决定系数(R2)为0.934,均方根误差(RMSE)为0.255μg/L,平均相对误差(RPD)为25%;近10年香港近海海域的叶绿素a浓度时空变化特征:空间上整体呈现"东高西低,由东向西逐渐减小"的分布特征,西部海域比东部海域平均浓度低5μg/L左右;2017年内呈"春低秋高,夏升冬降"的随季节变化特点,其中秋季最高,夏春两季次之,冬季最低.

西藏地区降水侵蚀力时空分布研究

以2000—2008年的TRMM3B42数据为基础,在ARC/INFO软件提供的地图代数运算功能支持下,利用日降水量估算降水侵蚀力,对西藏地区降水侵蚀力及其年内分配和年际变化的空间分布特征进行了分析。结果表明,西藏地区降水侵蚀力大体呈由东南向西北递减的趋势,地区差异大。降水侵蚀力年内分配集中度呈由东南向西北增加的趋势,降水侵蚀力越小的地区,年内降水侵蚀力分布越集中。西藏自治区降水侵蚀力在2000—2008年的年际变化同样存在空间分异,整体上呈现降低的趋势。

基于时空数据挖掘技术的华东区域暴雨时空特征

基于TRMM 3B42降雨数据,构建5个年尺度的时间序列参数,结合数据挖掘和GIS空间分析技术,分析2003—2015年中国华东区域暴雨时空特征.结果表明:2003—2015年,研究区年降水量与年暴雨降水量空间分布较为相似,年降水总量呈略微上升的趋势,年暴雨降水比例的时间波动较显著;暴雨降水空间分布在南北方向的差异性明显强于东西方向;年暴雨频次的时间波动较小但空间差异显著;年暴雨降水呈现向北偏移的趋势;5个变量的变化趋势均表现出较强的空间差异性,且大部分像元呈不显著的增加(或减少)趋势.