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MGWR模型的黄河流域GPM卫星降水数据降尺度研究

黄河流域地域广阔,但气象站点分布较少,导致气象资料短缺。卫星降水可以作为气象站点观测的重要补充,但其空间分辨率有限,导致其在区域研究中作用有限。以黄河流域作为研究区域,针对全球降水观测计划(GPM)卫星降水产品,以2002、2012年和2020年降水数据作为干旱年、标准年以及湿润年3个典型气候年份,在综合考虑归一化植被指数(NDVI)、数字高程模型(DEM)、坡度(Slope)、地表温度(LST)和风速(WDS)多种反映降水量空间分布特征的影响因子及其空间非平稳性特征的基础上,采用地理加权回归(GWR)模型、混合地理加权回归(MGWR)模型2种降尺度方法,得到了黄河流域1 km空间分辨率的降尺度降水数据,并进一步通过地面气象站点数据对降尺度结果进行验证。结果表明:(1)GPM年降水数据与地面气象站点观测数据在2002、2012年和2020年的黄河流域地区具有较高的相关性。(2)经MGWR模型降尺度的降水数据空间分辨率得到了显著提高,且在降水变化的空间细节表达方面较GWR模型更优。(3)在3个典型气候年份中,MGWR模型在降水量标准年中相对于GWR模型具有更高的准确性。研究结果能够为相关区域范围的降水降尺度研究提供宏观参考与借鉴,促进区域气候水文研究。

GPM DPR雷达联合地面S波段雷达反演雨滴谱

针对GPM-CO DPR观测数据反演雨滴谱算法中存在的双值问题,提出通过匹配地面S波段天气雷达与GPM-CO DPR观测数据,为双值问题提供判断依据的方法。在建立反演查算方法的基础上,利用雷达仿真程序Quickbeam进行算法的理论验证,并使用观测数据进行实例验证。理论验证的结果表明,反演结果数据和输入数据的相关系数达到0.99以上;实例验证的结果显示,利用此反演算法得到的雨滴谱可以反映降水过程中雨滴粒径的分布情况,在一定程度上解决双值问题。

2001–2020年中国广西及东盟区域1 km分辨率降尺度月度降水数据集

中国广西及东盟区域位于亚洲东南部,同属亚热带季风气候,降水充沛,洪涝灾害频发,直接影响社会经济活动,高分辨率、高精度降水资料可有效支撑区域水资源、农业、灾害及生态等管理和研究。本研究以2001–2020年全球降水观测计划降水数据(GPM IMERG)为因变量,结合中分辨率成像光谱仪(MODIS)增强植被指数(EVI)、地表蒸散发(ET)、地表温度(LST)、先进星载热发射和反射辐射仪(ASTER)海拔(ELV)等解释变量,引入考虑变量随地理环境影响变化的地理加权回归(GWR)模型,构建空间分辨率为10 km的年尺度模型,经过测试选取验证精度良好的指数核函数。通过回代,基于空间分辨率为1 km的解释变量,构建了2001–2020年中国广西及东盟区域1 km年度降水数据集,并进一步采用比例指数法获得研究区2001–2020年1 km月度降水数据集。采用2001–2020年2679个地面观测站点数据对降尺度数据集进行验证,相关系数、均方根误差和偏差分别为0.792、74.610mm、-0.122%。本数据集能够有效反映1 km分辨率下的降水时空分布及其差异性,可广泛应用于水资源、农业、生态环境、灾害模拟等研究领域。

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。

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。

卫星遥感降水的反演、验证与应用综述

降水是全球水和能量循环中最重要的变量之一,利用卫星遥感技术获得大范围、高质量的降水产品成为近几年的研究热点和难点,而目前国内还缺少系统性介绍卫星遥感降水反演、验证与应用的成果。回顾了各类卫星降水传感器,对其特点及相应的经典反演算法进行详细描述;总结了包括TMPA、IMERG在内的典型降水产品,并对其在全球和区域性的效果评估进行了展示。最后介绍了卫星降水产品在洪水监测和预报上的应用案例,并对卫星遥感降水产品的未来发展方向进行了展望。在过去几十年,基于卫星遥感的全球降水产品的生产与应用已经有了较为成熟和稳定的发展,相关研究还将继续着重在获取更高时空分辨率的降水产品、复杂地区的适应性、雨雪相态划分等方面。研究成果旨在促进国内相关研究领域的发展。

长三角地区常用遥感降水产品质量评估

长三角地区是中国经济最发达地区之一,选定较好的卫星降水产品是进行科学防灾减灾的重要环节。基于地面气象站降水实测数据,采用7种指标对目前中外常用遥感降水产品热带降水任务卫星(tropical rainfall measurement mission,TRMM)、气候预测中心校正产品(climate prediction center morphing technique,CMORPH)、全球降水计划数据集(global precipitation measurement,GPM)以及中国自动站与CMORPH降水产品融合数据集(China merged precipitation analysis,CMPA)在长三角地区的适用性进行评估。结果表明:在年尺度,CMPA产品质量最优,相关系数达到0.95;在季节尺度,冬季GPM最优,夏季TRMM最优;平原地区比山区地区的产品质量要好。融合多降水产品的高精度产品未来将成为科学防灾减灾的重要数据。