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。

IMERG和GSMaP卫星降水产品在三江源区的适用性评估

利用98个三江源区国家级气象站和区域气象站降水观测资料,对IMERG和GSMaP两种卫星降水产品进行了对比验证分析,并就长江流域、黄河流域和澜沧江流域分别进行了适用性评估。结果表明:IMERG卫星降水产品与地面观测日降水数据的相关系数中位数达到0.62,均方根误差中位数为4.24 mm,命中率能够达到0.80以上,明显优于GSMaP数据;两种卫星降水产品对小雨等级降水略有高估,而对于中雨和大雨均为低估,尤其对于大雨的低估现象更为严重,其中IMERG对短时强降水的低估是造成大雨低估的主要原因之一;两种卫星降水产品平均相关系数均呈现出随着海拔高度升高而降低的特征,且在低海拔区的相关系数最大,均方根误差最小。

卫星与地面观测融合降雨产品精度与径流模拟评估

虽然近年来卫星反演降雨产品逐渐成熟,但精度仍较差,不能满足现代水文气象业务和科研的需求,因此需要地面观测资料对其进行订正。文中采用的卫星与地面站融合数据是基于中国3万多个自动站降雨观测数据和CMORPH卫星反演降雨资料,采用PDF(probability density function)和OI(optimal interpolation)两步融合方法生成的中国区域高时空分辨率(0.1°/1h)的降雨量融合产品。通过在汉江丹江口水库以上流域建立分布式水文模型,对2008~2012年的融合降雨数据进行水文模拟适用性分析。结果表明:在日尺度上,CMORPH卫星降雨与地面站点融合数据具有较好的相关性,但存在一定的系统偏差;该降雨产品能较好地捕捉到强度小于25 mm的中小降雨,其模拟的径流与流域下部高峰流量的观测结果有较好的一致性,但总水量比实测值低15.7%,NSE达0.723。研究成果为基于高时空分辨率的卫星雨量计融合降雨产品在分布式水文模型的水文适用性提供了新的见解和经验,并为该数据在流域洪水模拟的水文预报应用提供参考与借鉴。

卫星遥感降雨数据在嫩江石灰窑以上流域洪水预报中的可利用性

依据洪水预报对降雨数据时效性要求较高的特点,选取GSMaP_NRT和GSMaP_Gauge_NRT准实时卫星遥感全球降雨产品对嫩江上游石灰窑以上流域进行补充,旨在解决该流域内降雨资料不足的问题。基于流域内及边缘降雨数据评估2种产品在雨量站所在网格上的精度,并输入新安江模型进行洪水预报,验证其可利用性。在汛期的月和日尺度上,GSMaP_NRT和GSMaP_Gauge_NRT产品表现出较高的精度,GSMaP_Gauge_NRT产品的精度总体优于GSMaP_NRT产品,但均存在高估现象。同时设计3种洪水预报输入方案进行应用检验,分别为方案Ⅰ(流域内及边缘雨量站泰森多边形权重降雨)、方案Ⅱ(流域内GSMaP_NRT栅格降雨均值)、方案Ⅲ(流域内GS-MaP_Gauge_NRT栅格降雨均值)。洪水预报结果表明,方案Ⅲ的预报效果最好,产汇流合格率较高,表明GSMaP_Gauge_NRT准实时降雨产品在洪水预报中具有较高的可利用性。

GPM卫星降水产品在中国大陆的精度评估

为评估全球降水计划(GPM)主流卫星降水产品IMERG和GSMaP在中国大陆的适用性,基于中国气象局提供的地面降水数据集,选用6种统计指标及误差分解方法对其反演精度进行多时空尺度评估,并分析其误差组分特征。结果表明:①IMERG系列产品的统计指标整体表现较好,IMERG_Final虽改善了IMERG_Late在部分地区对降水的低估,但扩大了高估降水的范围,且校正算法对整体精度(CC、RMSE)的提高并不明显;GSMaP系列产品均高估了地面降水,GSMaP_Gauge的评估结果较纯卫星产品GSMaP_MVK均有较大提高。②IMERG系列产品对降水事件的探测能力较好,GSMaP_Gauge对降水有着高命中率(POD)的同时,误报率(FAR)最高。各产品在强降水区域均表现出较高的命中率和较低的误报率,表明卫星产品对强降水的探测能力较优。③IMERG和GSMaP的误差成分主要来源于误报误差,且具有极为明显的季节性差异,卫星降水产品对暖季降水探测精度更高。总体上,IMERG和GSMaP在湿润区的反演精度优于其他区域,站点校正数据优于纯卫星数据,能较为准确地反映中国大陆的降水特征。

多源降雨数据融合及其水文应用研究进展

降水作为水文循环中最活跃的因子和导致洪水灾害最常见的因素,其数据精度对于洪水预报和防洪减灾具有重要意义。雨量站、雷达和卫星遥感产品是获取降水量资料的3个重要来源。单一来源的降水数据不确定性较大,因此多源降雨数据融合技术得到了广泛的应用。本文总结了降雨资料的来源,介绍了多卫星降水集成以及客观分析法、地质统计学法、最优插值法、尺度递归估计法和贝叶斯模型平均法5种常用的多源降雨数据融合方法。本文还介绍了一些主流的国际和国内的多源降雨融合产品和融合降水数据在水文研究中的应用,最后对未来多源降雨数据融合及其在水文研究中的应用进行了展望。

2011年7月24—25日呼伦贝尔市强降雨天气过程分析

利用常规气象资料、多普勒雷达资料和红外云图资料,对2011年7月24—25日呼伦贝尔市一次强降雨天气过程进行成因分析。结果表明:当鄂霍次克海阻塞高压强盛西伸并稳定少动,形成强大的阻挡系统时,使得西来低槽在我市西部停滞少动为强降水发生提供了有利的环流背景。中低层深厚的湿层以及西南低空急流为强降水提供充沛的水汽及能量条件。地面冷锋位置适宜且稳定少动为强降水提供了冷暖空气的触发条件。本地强对流天气潜势指数都充分表明层结的不稳定。卫星云图及雷达产品均有一定的指示意义。

米易县8月28-31日降雨过程预报和服务总结

利用自动站观测资料、高空探测资料、卫星云图及雷达回波产品等对2020年8月27—31日米易县连续性降雨天气进行分析。结果得出:高原南下冷空气与暖湿气流在降雨区上空交汇,触发不稳定能量,西南急流不断向降雨区输送水汽,高低空配置形成有利动力条件,雷达回波、卫星云图等产品很好地诠释了降雨天气发展过程。累计降雨量预报能力需提高,同时,预警信息发布时间提前量有待提升。

Evaluation of Latest TMPA and CMORPH Precipitation Products with Independent Rain Gauge Observation Networks over High-latitude and Low-latitude Basins in China

The Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) Multi-satellite Precipitation Analysis(TMPA) and National Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA) Climate Prediction Center(CPC) morphing technique(CMORPH) are two important multi-satellite precipitation products in TRMM-era and perform important functions in GPM-era. Both TMPA and CMORPH systems simultaneously upgraded their retrieval algorithms and released their latest version of precipitation data in 2013. In this study, the latest TMPA and CMORPH products(i.e., Version-7 real-time TMPA(T-rt) and gauge-adjusted TMPA(T-adj), and Version-1.0 real-time CMORPH(C-rt) and Version-1.0 gauge-adjusted CMORPH(C-adj)) are evaluated and intercompared by using independent rain gauge observations for a 12-year(2000–2011) period over two typical basins in China with different geographical and climate conditions. Results indicate that all TMPA and CMORPH products tend to overestimate precipitation for the high-latitude semiarid Laoha River Basin and underestimate it for the low-latitude humid Mishui Basin. Overall, the satellite precipitation products exhibit superior performance over Mishui Basin than that over Laoha River Basin. The C-adj presents the best performance over the high-latitude Laoha River Basin, whereas T-adj showed the best performance over the low-latitude Mishui Basin. The two gauge-adjusted products demonstrate potential in water resource management. However, the accuracy of two real-time satellite precipitation products demonstrates large variability in the two validation basins. The C-rt reaches a similar accuracy level with the gauge-adjusted satellite precipitation products in the high-latitude Laoha River Basin, and T-rt performs well in the low-latitude Mishui Basin. The study also reveals that all satellite precipitation products obviously overestimate light rain amounts and events over Laoha River Basin, whereas they underestimate the amount and events over Mishui Basin. The findings of the precision characteristics associated with the latest TMPA and CMORPH precipitation products at different basins will offer satellite precipitation users an enhanced understanding of the applicability of the latest TMPA and CMORPH for water resource management, hydrologic process simulation, and hydrometeorological disaster prediction in other similar regions in China. The findings will also be useful for IMERG algorithm development and update in GPM-era.

基于DEM的分布式新安江模型在径流模拟中的应用研究

穆棱河流域雨量测站和水文站网比较稀疏,下垫面情况复杂,给中小河流的洪水预报工作带来了困难。本文构建了基于DEM的分布式新安江模型,选取穆棱河湖北闸站以上流域进行径流模拟,并分析了TRMM卫星降雨产品RT数据在径流模拟预报中的适用性。比较不同降雨输入下日径流模拟效果,实测站点数据的日径流模拟效果都很好,RT数据的径流模拟结果不太理想,但为进一步研究TRMM卫星降雨产品在该流域的应用提供了方向,也为无资料地区中小河流洪水预报提供了参考依据。