GPM/IMERG产品在鲁南地区的精度评估

为了评估GPM/IMERG产品在鲁南地区的精度,利用2016年1—12月鲁南地区35个国家气象站的降水观测数据,采用定量和分类评分指标的方法,从时间、空间和降雨强度等方面对GPM/IMERG产品在鲁南地区的适用性进行评估。结果表明:IMERG数据在鲁南地区具有较高的精度,IMERG与站点观测数据相关系数为0.8,均方根误差为5.47mm/d,相对偏差为2.27%;从时间上来看,IMERG与站点观测区域平均日降水和月降水总体变化趋势是一致的,夏季的估算精度高于其他季节;从空间上来看,年降水量偏多的台站,IMERG数据会低估,年降水量偏少的台站,IMERG数据会高估,IMERG对中纬度山地和丘陵的估测精度优于平原;IMERG产品的估计精度与降雨强度有关,当降水量级为微量降水(小于1mm/d)时,卫星估测能力较弱,当降水强度为小雨及以上量级时,卫星估测降水产品与实际观测概率密度差异较小;IMERG估算稳定性降水的能力较强,在降水较多月份,IMERG的探测准确率较高、空报率较低、临界成功指数较好。

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。

IMERG降水产品在2021年台风“烟花”降水过程的检验分析

为研究多卫星联合反演(Integrated Multisatellite Retrievals for GPM,IMERG)降水产品对台风降水的适用性,以2021年台风“烟花”为例,利用我国东部地区563个国家气象站小时降水资料、FY-4A AGRI红外亮温资料和全球测雨卫星双频测雨雷达(GPM DPR)资料,检验IMERG估测降水的能力,并分析误差形成的原因。结果表明:IMERG估测降水与实况相比空间一致性较好,相关系数达0.75。IMERG降水产品整体表现出一致的低估,但不同雨强表现不同,随着降水强度增大,其低估程度随之增大。IMERG降水产品对弱降水存在略高估。对于10 mm·h^(-1)以下的降水,IMERG估测值略大于实测值;对于40 mm·h^(-1)以上的强降水,IMERG估测值明显小于实测值。由最小二乘法计算的IMERG估测值和实测值计算的直线处于对角线下方可知,整体而言IMERG估测值小于实测值。IMERG融合降水产品中红外反演降水的误差比微波反演的更大,小时降水量的均方根误差为7.8 mm,并且忽略了台风“烟花”中的暖云降水。微波反演不同类型降水的精度存在差异,对粒子数浓度参数(dBNw)和粒子有效半径(D0)较为集中的层状降水反演效果优于dBNw和D0较为分散的对流降水。红外和微波反演的强降水均比实况偏小,导致IMERG估测降水值亦偏小。

全球IMERG卫星反演和ERA5陆面再分析降水在四川地区的适用性研究

利用2019—2020年中国气象局地面站降水观测资料,使用相关系数、平均值误差、均方根误差、命中率、空报率以及关键成功指数6种定量评估指标,分析全球新一代降水测量计划IMERG多卫星联合反演和欧洲中期天气预报中心第五代陆面再分析ERA5L降水产品在四川地区的精度和区域适用性。结果表明:两种产品在川西高原东侧存在强降水带,大致呈准南北向分布;在盆地内与台站观测的一致性优于盆地周边山区,ERA5L相比IMERG更能准确捕捉到强降水中心。IMERG和ERA5L降水较台站观测分别偏多15.2%和33.3%。两种产品在川西高原对降水事件捕获能力相对盆地高,误报率低。从不同时间尺度检验上看,两种产品与台站观测的量级和趋势变化一致,相对台站观测以偏高为主。ERA5L相对IMERG而言,与台站观测相关性高,命中率高,CSI评分高,偏差低,但误报率相对高一些。总体上,IMERG和ERA5L降水产品在四川均表现出一定的应用潜力,但在不同降水强度和地形条件下精度差异明显,需要对产品进行订正。

淮河上游区域GPM IMERG卫星降水数据应用评价

为系统评估GPM IMERG V05B卫星降水产品在淮河息县以上流域的应用,以流域内9个地面站实测雨量数据作为参考,应用统计指标、分类指标及极端降水指标,对2015~2017年GPM IMERG产品分别评价分析了日、月、年尺度上统计指标与分类指标,评估了不同雨强、极端降水探测性能。结果表明,GPM IMERG卫星降水产品与地面监测数据在日、月尺度的降水监测值表现出较好的相关性,总体呈高估现象,日尺度探测率高于0.8,但错报率、汉森和凯普斯得分不理想,月尺度上在8、9月份存在低估,年雨量误差10.0%~23.8%;GPM IMERG对小雨综合探测性能强,但错报率较高,对中雨探测精度较高;极端降水事件探测能力表现不稳定。

GPM IMERG卫星降水数据在广西地区适用性分析

为对比评估最新IMERG V6版本的3种卫星降水数据(Early、Late和Final)在广西地区的适用性,利用广西18个地面站点降水数据,选用7个评价指数从降水量误差、季节平均降水量、降水事件探测能力等多方面进行综合评估。结果表明:(1) 3种卫星降水数据与站点降水数据相关性随时间尺度增加均呈递增趋势,在月尺度上表现出较好的探测能力,但三者均存在均方根误差RMSE的时间累积效应。(2) 3种卫星降水数据对广西各季节平均降水量有一定的表征能力,但不同季节差异明显,在冬季的精度表现相对较差。(3) 3种卫星降水数据在地形和气象因素复杂地区的误差较大,降水探测能力存在一定的不足。(4) 3种卫星降水数据均能探测不同强度的降水,在雨季对降水事件识别能力较好,但降水强度加大使卫星探测降水事件准确率下降。总体上,校正延时IMERG-F精度略优于未校正近实时的IMERG-E和IMERG-L,在广西地区具有一定的适用性,但校正过程也存在加重降水量高估程度的现象。

最新GSMap-gauged与GPM-IMERG卫星降水产品性能评估及其在长江流域中的应用

为提高卫星降水产品在区域尺度的应用性,通过长江流域量化分析两种最新GPM计划卫星降水产品(GSMap-gauged和GPM-IMERG)的性能,根据2014年4月至2016年3月时空分辨率为0.25°/天、0.25°/月的卫星降水数据,与地表观测数据进行对比分析。结果表明,两种卫星降水产品的总误差在空间尺度上显示出截然不同的分布特点。在时间尺度上,夏季降水观测效果明显优于冬季。同时,GSMap-gauged高估了不足8mm/d的降水,低估了超过16mm/d的降水;GPM-IMERG低估了4～32mm/d的降水,高估了超过64mm/d的降水。通过极端降水指数发现GSMap-gauged低估了RRR99P、RR20TOT;而GPM-IMERG则略有高估。通过对比子流域上相关系数、平均误差、检测概率和假报警比率四项指标,发现GSMap-gauged明显优于GPM-IMERG。

GPM IMERG卫星降水产品在黄淮海平原的适用性研究

高时空分辨率的全球降水测量计划(Global Precipitation Measurement,GPM)是继热带降水观测计划(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)之后新一代的全球卫星降水产品,为全球气候变化、洪旱监测等研究工作提供了有力的数据支持。基于黄淮海平原2015年3月-2016年2月59个气象站点逐日降水数据,采用相关系数(CC)、相对误差(BIAS)、均方根误差(RMSE)3个指标在多时空尺度评估了GPM IMERG卫星降水产品在研究区的适用性。结果表明:日尺度上,GPM IMERG数据与站点数据拟合效果较好(CC=0.95),但GPM IMERG对降水高估17.90%。月尺度上,6月-8月均方根误差最高,9个月份的相关系数均大于0.80;季节尺度上,除秋季的相关系数小于0.90外,其余季节的相关性均较高,夏季均方根误差最大。此外,GPM IMERG还能较好地反映黄淮海平原由南到北降水量逐渐减少的空间分布格局。通过对比两种数据日降水时间序列,发现GPM IMERG降水产品与气象站点降水变化趋势较为一致。总体而言,GPM IMERG卫星降水产品与气象站点数据表现出较好的相关性,虽然存在轻微的高估现象,但能够以较高的精度和较小的误差估测降水。

GPM IMERG和ERA5降水数据精度在云南复杂地形区域的评估检验

为评估和对比GPM IMERG、ERA5降水数据在云南的适用性,利用2014年4月至2018年6月的地面气象观测数据、GPM IMERG卫星遥感降水产品和ERA5再分析降水数据,采用定量和分类评分7项指标评估GPM IMERG和ERA5日降水产品在云南的适用性。结果表明:2种数据存在小雨日雨量高估,中雨及以上量级雨日雨量低估的问题,ERA5数据更为突出,小雨日居多导致降水整体高估;GPM IMERG数据空、漏报并存,ERA5则高空报、低漏报严重;小雨日较多(较少)的区域2种数据易出现高漏报(空报);不同雨强区间GPM IMERG秋季降水数据精度最高,冬季存在低雨强低估,高雨强高估的不同表现;20mm/d以下中低雨强段上2种降水数据与地面站点数据误差较小,雨强变大,误差增大,雨强大于20mm/d时,2种数据随雨强增大与站点偏差差异更为显著;随坡度和起伏度增大2种降水数据精度呈变差趋势;多项指标评估表明GPM IMERG降水数据在云南具有更高精度。研究结果为应用和开展农业、水利、水文、气象等相关学科研究提供参考依据。

IMERG降水卫星在贵州省三岔河流域降水预报误差评估中的应用

以贵州省三岔河流域为研究区域,利用2018年1月1日~2020年12月31日期间的76个气象站观测数据评估全球降水观测计划多卫星降水产品IMERG(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM)的雨量站订正产品IMERG Final Run(IMERG_FR)和准实时产品IMERG Early Run(IMERG_ER)在岩溶地貌的小流域的降水观测准确度,通过设定不同的降水阈值评估IMERG两种降水产品IMERG_FR和IMERG_ER对不同降水量区间的探测能力,评估指标包括相关系数(CCC)、相对偏差(RRB)、均方根误差(RRMSE)、探测率(PPOD)、临界成功指数(CCSI)和误报率(FFAR)。结果表明,在整体上,IMERG_FR和IMERG_ER在该小型流域有一定降水探测能力,对降水强度的估算精度还存在提升空间。

GPM近实时反演数据对河南省2021年“7·20”极端暴雨的比较分析

近实时卫星降水反演数据具有覆盖范围广、空间连续性和时效性较强以及开放获取等优势,是重要的全球性降水资料。针对2021年河南省“7·20”极端暴雨,基于116个地面气象站观测资料及其空间插值数据,综合解析了4种GPM近实时卫星降水数据(IMERG early、IMERG late、GSMaP NOW和GSMaP Gauge NOW)对极端强降水事件的表征能力。结果发现:①IMERG early、IMERG late对站网累积雨量的低估程度在20%左右,GSMaP NOW和GSMaP Gauge NOW的高估程度分别达到了约35%和70%,但2种GSMaP数据更易探测到500 mm以上的累积雨量。②在雨量过程方面,4种GPM数据对小时降水事件均具有较强的分类辨识能力,但未捕捉到主要雨峰过程,定量误差较突出,与地面降水量之间表现出显著的负相关关系。GPM降水数据对小时雨量低于10 mm的降水事件以高估为主;对于小时雨量超过30mm的降水事件以低估为主,甚至存在普遍低估。③在空间格局方面,4种GPM数据的精度指标均具有较强的时间波动性,IMERG数据的空间相关系数和体积临界成功指数等指标总体上优于GSMaP数据,但后者对较高量级的降水事件更敏感。④2种IMERG数据中,IMERG late相对IMERG early的精度具有较明显改善;2种GSMaP数据中,GSMaP Gauge NOW相对GSMaP NOW提高了对较高量级雨量的探测能力,但也明显增大了较低量级雨量的定量估计误差。本文研究深化了对GPM近实时卫星降水数据性能的认识,为完善GPM降水反演算法、提升其对极端降水的监测能力提供了重要反馈信息。

基于GPM卫星的广东汛期降水日变化特征与评估

新一代全球降水观测计划GPM作为TRMM卫星的继承者,在物理探测和降水反演算法上具有明显进步。以广东省雨量自动站为基准,对2014—2018年间GPM的格点降水估测产品IMERG(V5B)的日变化特征和估测误差进行分析。结果表明,IMERG能清晰反映广东前、后汛期的降水双峰型特征,但对下午降水峰值明显高估,峰值出现时间滞后;而对于沿海早晨峰值降水则明显低估,对于降水极值,低估更加显著。IMERG对两个峰值的估测误差受不同因素影响,下午峰值降水的相对偏差与地形密切相关,珠江三角洲平原为稳定高估区,地形高度越高,低估幅度越大;而早晨峰值降水极值负偏差与地形高度、降水量的相关性均较小。对出现显著负偏差的早晨沿海降水样本日进行925 hPa风场合成,可知IMERG明显低估时,对应区域上游较强的超低空西南气流与风速夜间增长。IMERG对这一季风活动背景降水的低估构成了其估测早晨降水误差的主要来源。

GPM卫星降水数据产品适用性评价——以雅鲁藏布江为例

卫星降水产品作为雨量计布设稀疏区域的重要数据补充,其时空精度对水文模拟、预测至关重要。位于高寒区的雅鲁藏布江流域是典型的缺资料区域,通过定量指标与分类指标结合的方式评估GSMap和GPM-IMERG两种卫星降水产品在这一地区的适用性。结果表明:两种卫星降水产品均能准确探测到降水事件的发生情况,相比于其上一代TRMM卫星降水数据,两种卫星降水数据与实测地面降水数据相比,精确度更高(Bias<0.579)、相关性更显著(CC>0.902)。两种卫星降水数据与地面实测数据相关性的空间分布规律一致,均为在流域中游相关性强,而上游、下游较弱。对于雅鲁藏布江流域,GPM卫星降水产品相比与TRMM卫星降水产品具有较好的适用性,更能满足水资源开发利用对数据的需求,未来可与地面观测数据融合生成更为可靠的降水数据系列。

多源数据融合对IMERG降水产品的改进

全球降水测量计划的最新卫星降水产品(Global Precipitation Measurement,GPM)虽然提供了更精细的空间分辨率,但是受限于地形、气候等自然因素,GPM(IMERG)产品在不同区域仍存在较大的系统偏差和随机误差,因此在水文应用方面通常需要预先校正。以渭河流域为典型示范区,选取2014年4月至2015年12月的地面实测降水数据为参照值,引入由遥感土壤水分数据反演的降水数据集SM2RAIN-CCI,通过加权最小二乘估计的融合方法提升IMERG的数据质量,并在日尺度上对IMERG产品和融合数据进行评估分析。结果显示:在站点尺度上,尽管BIAS的提升有限,但融合数据的CC和RMSE都有明显改善,特别在流域中低纬度区域融合效果良好;比较时间序列上的流域逐日平均降水量,融合数据能有效减小统计误差;在空间分布上,融合数据的各项统计误差较原始IMERG数据均有较大的改善。

浙江东部GPM卫星数据捕捉降水事件要素能力研究与评价

为了系统研究GPM IMERG数据对降水事件要素(降水次数、降水历时、降水事件间隔、平均降水强度和总雨量等)的捕捉能力,选择椒江流域和富春江流域两个典型流域,在事件尺度上,通过与2014~2019年地面站点实测数据对比,评估了GPM数据对各降水事件要素及雨型的捕捉能力。结果表明,GPM IMERG数据在月雨量方面与地面实测数据有着较好的相关性,总体效果较好;但GPM数据对降水历时存在高估现象,对月平均降水强度的监测与地面数据的相关性不好,尤其是台汛期的高雨强降水事件,总体低估了降水事件的平均降水强度;从雨型曲线可看出,GPM IMERG数据较实测数据探测的降水事件存在更大的可变性,对小雨强降水的探测较为敏锐。

GPM卫星降水产品在“7·21”河南极端暴雨过程中的误差评估

为评估卫星定量降水估测(Quantitative Precipitation Estimation,QPE)产品在气象预测以及灾害预警监测的能力,研究针对台风“烟花”给河南省带来的极端降水过程,以地面雨量站观测数据为参考,采用相关系数(CC)、相对偏差(RB)、均方根误差(RMSE)、分数标准误差(FSE)、探测率(POD)、误报率(FAR)以及临界成功指数(CSI)这7种精度评价指标和统计方法分析和评估全球降水测量计划(Global Precipitation Measurement,GPM)的多卫星融合降水产品中的IMERG(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM)Version 06中的准实时产品IMERG_ER和近实时产品IMERG_LR,以及全球卫星降水制图(Global Satellite Mapping of Precipitation,GSMaP)Version 07中的准实时产品GSMaP_NRT和标准产品GSMaP_MVK。与雨量站观测结果直接对比,IMERG_ER、GSMaP_NRT和GSMaP_MVK在不同程度上低估降水量,RB值分别为-7.22%、-10.37%和-16.26%,表现为明显低估了强降水中心的雨量。结果表明:(1)IMERG_LR卫星降水产品总体表现最优,对极端降水事件的监测有一定的探测潜力;(2)四种卫星降水产品存在明显提前预估峰值的现象;(3)各个卫星产品在降水量小时高估,在降水量大时低估。

台风“山竹”期间GPM卫星降水产品的误差评估

利用CMORPHGC数据作为基准数据,采用7种统计指数对比分析了V6B IMERG多种产品基于台风“山竹”期间在中国大陆、华南和华东雨区的降水情况。结果表明:(1)IMERG对华南台风强降雨有一定的辨识能力而对华东地区强降雨的估测能力较差;(2)IMERG_FRCal在4个产品中表现最好且能很好反映台风降雨评估,在准实时产品中,IMERG_ERUnCal的空间降水估测能力较优,而IMERG_LRUnCal的时序分布特征及估测华东由台风带来的降雨量表现较好;(3)IMERG降水探测主要集中在降水率小于5mm·h^-1时,而在降水率大于30mm·h^-1时,中国大陆和华东雨区中仅有IMERG_ERUnCal和IMERG_FRCal评估能力较强而华南雨区的各IMERG产品均表现不足的探测能力。V6B IMERG在台风期间的降水误差中仍然存在有限的估测能力。

GPM卫星降水产品在台风极端降水过程的误差评估

以雨量站观测数据为基准,利用相关系数(CC)、相对偏差(RB)、均方根误差(RMSE)以及分级评分指标(探测率POD、误报率FAR、临界成功指数CSI),对全球降水计划GPM多卫星融合产品4.4版本准实时产品IMERG_ER(简称IMERG)在2017年接连登陆广东的3个台风"天鸽"、"帕卡"和"玛娃"极端降水过程性能进行评估。广东省内"天鸽"、"帕卡"和"玛娃"的CC分别为0.80,0.68和0.47,RB为-12.00%,-47.06%和-29.10%,RMSE达33.00,40.03和26.40 mm。雨区的CC分别为0.59,0.48和0.33,RB为2.21%,-43.58%和-25.94%,RMSE为44.34,51.04和40.64 mm。IMERG低估了"天鸽"、"帕卡"、"玛娃"的总体降水强度,主要源自于对雨区的低估。从散点分布来看,IMERG高估了强降水,低估了弱降水的强度,对极端强降水的估测能力存在较大的不稳定性。降水量时序变化特征表明,IMERG较好体现了降水峰值和谷值的数量及变化趋势,但时间和强度有偏差。误差来源于复杂地形、PMW观测时间分辨率不足和IR反演降水准确度不足对卫星估测降水的影响。分级检验结果显示,相同量级内,雨区的POD更大,FAR更小,CSI评分更高,IMERG对雨区的反演能力更强。IMERG对"天鸽"估测效果最好,POD较高,FAR较小,CSI较高;"帕卡"POD较低,暴雨及以上的FAR较高,CSI下降显著;"玛娃"POD比"帕卡"高,但FAR也高,CSI中等。可见IMERG对小量级降水具有较好的估测能力,强降水估测显著偏高,暴雨及以上的降水误差起了主要贡献。

GPM卫星降水数据在沿海地区的适用性分析——以三亚市为例

选取2016年1-12月GPM(Global Precipitation Measurement)卫星的IMERG月尺度降水数据为研究对象,以同时期的气象站点实测降水数据为参考,利用相关系数、标准偏差、相对误差等多种统计分析指标对其在沿海地区估测能力进行评价。结果表明:IMERG月尺度降水量与站点实测降水数据相关性较好,IMERG估测的降水与气象站点实测降水量的时空变化规律也较为一致,但是量化到具体数值而言,其对山区、海岛站的估测能力不及地势平坦的区域;同时,选取降水个例对IMERG日尺度和半小时尺度降水数据的分析表明,日尺度IMERG估测的不同等级降水量也存在偏差,半小时尺度IMERG降水数据对海岛站的降水估测偏高。总体而言,IMERG降水数据对降水的时间变化规律和空间分布格局估测较为合理,但是对山区、海岛地区,其降水估测值还存在偏差,在今后应用中需结合地形特征加以合理利用。

全球降水观测计划IMERG降水数据在陕西省的适用性评估及时空变化特征分析

针对气象站点观测数据无法获取大范围区域降水量的情况,选取2015—2019年全球降水观测计划IMERG月降水数据分析近年来陕西省降水情况,同时利用气象站点实测降水数据来验证卫星降水数据在陕西省不同时间尺度上的适用性,并在此基础上分析陕西省降水时空分布特征。结果表明,在年、季、月等不同时间尺度上,IMERG降水数据与气象站点观测数据的相关性和一致性较好,年尺度存在一定程度的高估,季尺度和月尺度二者偏差较小,总体上IMERG降水数据可以真实地反映陕西省的降水情况;2015—2019年陕西省降水量总体呈增长趋势,但趋势不显著,在空间分布上呈现出南多北少的特征。