基于TRMM降尺度数据的渭河流域干旱时空演变特征与重心迁移规律研究

在气候变化背景下,渭河流域干旱频发,对其干旱时空分布特征及重心迁移规律进行探究具有重要意义。根据归一化差分植被指数、数字高程、坡度、坡向和经纬度等地理环境因子,构建多尺度地理加权回归模型,并对其进行降尺度处理,得到1 km分辨率的降水数据集,并利用气象站点实测数据进行降尺度数据的精度分析与校验。利用降尺度数据计算不同时间尺度标准化降水蒸散指数,借助重心模型和标准差椭圆,进一步分析渭河流域干旱演变特征,探索流域尺度干旱重心的迁移规律。结果表明:①降尺度处理后,降水数据精度得到一定改善,数据分辨率提升,空间分布更加细腻,细节特征表现更为准确;②不同时间尺度标准化降水蒸散指数在时间序列上波动性和周期性不同,可表征差异化的干旱情况,渭河流域干旱状况整体上呈随时间推移而逐步缓解的趋势,季尺度干旱在春、秋和冬季呈现缓和态势,且春旱和冬旱变化趋势较为明显;③不同时间尺度的干旱事件发生频率的空间分布不同,月尺度呈现局部区域上的高值,季尺度频率分布差异小、高值区少,年尺度频率跨度较大,高值区覆盖面积超过流域的50%;④近20年,干旱重心集中分布于流域中部,呈东北至西南的分布格局,重心迁移在空间上无规律,但整体上表现为东北向西南方向迁移的频率更高。研究得到一种高分辨率降水数据集,更加精细地表现了干旱演变特征和迁移规律,可为区域旱灾防控和水资源管理提供参考依据。

利用TRMM/TMI资料反演青藏高原中部土壤湿度

用辐射传输理论提出的地表微波辐射极化指数PI的定义,分别指出了PI对土壤湿度、地面粗糙度、植被层和大气层的影响。用热带降水测量(TRMM—Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星上携带的微波辐射仪(TMI—TRMM Microwave Imager)的1B11的6年亮温数据,统计得到青藏高原中部地区PI值月平均分布。并用归一化距平,反演得到了该区域年、季以及干湿季土壤湿度变化的空间图像。结果表明,PI距平分布图可以很好地表征土壤湿度的变化,从而为大尺度评估高原土壤湿度变化提供了理论依据。另外,在同一时间段内,在已知区域平均PI值与平均土壤湿度的条件下,用归一化距平的方法可以定量反演该区域的土壤湿度。

用TRMM/TMI估算HUBEX试验区的云中液态水

文中应用热带降雨测量卫星微波成像仪的微波遥感资料反演云中液态水。由于微波成像仪85.5 GHz通道对云中液态水非常敏感,通过离散纵坐标矢量辐射传输模式,运用迭代的方法可以有效地反演出陆地上空非降水云中的液态水路径。在淮河流域能量与水分循环试验中,分别运用微波成像仪85.5 GHz垂直极化单通道和微波成像仪85.5 GHz极化亮温差两种方法来估算陆地上空的云中液态水路径,反演结果与地基微波辐射计的测量结果是较为一致的。当地表比辐射率或地表温度误差较大时,用极化亮温差法估算云中液态水路径相对较好,尤其是对于低云,因为该方法对地表温度不敏感。

TRMM/TMI资料在热带气旋强度估计中的应用研究

利用2007—2009年热带降雨测量卫星(TRMM)的微波成像仪(TMI)观测到的亮温资料,计算9个通道(10、19、37、85 GHz的水平和垂直极化通道及21 GHz的垂直极化通道)的亮温和极化修正温度(PCT)在不同范围内的最大值、最小值、平均值和区域阈值与热带气旋强度之间的关系。结果表明:亮温信息可较好地反映热带气旋的强度,单个参数与热带气旋最大风速的相关性最好可达到0.83,线性拟合的均方根误差接近业务误差;低频通道的亮温相对于高频通道可更好地估计海上热带气旋强度;位于台风中心0.5°～1.5°度范围之间的亮温与气旋强度的相关性较好,圆形区域的相关性好于圆环区域;对于位于海上的热带气旋,区域亮温的最小值与热带气旋强度的关系最好;低频通道(除10 GHz外),阈值位于260～280 K区间的亮温与热带气旋强度的相关性较好。

TRMM降水数据在复杂山地的精度评估——以重庆市为例

在地形复杂的重庆地区,利用研究区内34个气象站点实测数据,分别从年、季、月3个尺度,对2000—2011年间TRMM 3B43降水数据精度进行了验证,并分析了高程和坡度对月尺度验证结果的影响,同时利用主成分分析法比较了高程与坡度对TRMM 3B43降水数据的影响程度。研究表明:(1)年尺度上,TRMM 3B43年降水数据普遍高于气象站点的实测结果(平均偏高5.86%),渝西、渝南的结果比渝东北的准确。季尺度上,秋季拟合效果高于其它3个季节。月尺度上,相关系数R=0.85,两者之间存在显著相关性。(2)逐站点验证,研究区TRMM 3B43月降水数据具有较高精度(相关系数均大于0.80)。(3)随着海拔的升高,相关系数呈"增加—减少—增加"的变化趋势,绝对偏差呈减小趋势;随着坡度的升高,绝对偏差呈"增加—减少—增加"的变化趋势,绝对偏差呈线性增加的趋势。(4)利用主成分分析方法得出,高程对数据精度的影响大于坡度。

四川盆地及周边地区TRMM 3B42数据精度检验

多源信息融合的流域水文模拟及预报技术,是目前水文预报发展的一个重要方向。以易发生长江流域特大洪水的四川盆地及周边地区为研究区域,从单个站点及子流域降水量相关性、降雨空间分布和相对误差等方面对TRMM卫星3B42产品探测精度进行了检验分析。结果表明:研究区TRMM 3B42数据与地面观测数据在日、月尺度上具有较高的相关性(R>0.5),3 h尺度相关性较差(R<0.5),且3 h和日尺度在降水量峰值拟合上存在较为明显的数值偏差和时间上的提前或延迟;不同时间尺度下两组数据的空间分布特征总体具有较好的一致性;两组数据2008—2010年降水量序列均值相对偏差在±10%的概率密度百分数为32.26%。总体上研究区TRMM3B42数据呈现高估(四川盆地大部分区域),局部出现低估(四川盆东南及地周边地区);研究区3 h尺度TRMM 3B42数据探测精度明显低于日尺度,高程变化对TRMM 3B42数据的探测精度具有一定影响。因此,针对该区域TRMM 3B42数据3 h和日尺度数据序列精度相对较差的问题,应用该卫星数据进行3 h尺度流域水文模拟及预报研究时,就需要对该区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。

基于TRMM降雨数据的四川省地质灾害降雨阈值分析

降雨与地震是引发地质灾害的两个主要原因,尤其在地震区,地震导致了大量的滑坡松散堆积物与不稳定斜坡,在后续降雨条件下极易产生新的地质灾害。另一方面,高精度降雨数据的缺乏一直是由降雨导致的地质灾害预测预报的瓶颈。因此,该文尝试应用业内评价较好,精度较高的TRMM降雨数据来获取地质灾害发生前期降雨量。应用2000-2012年间的3h分辨率的TRMM3B42数据,结合2000-2012年间四川发生的重大滑坡泥石流灾害,提取出每次地质气象灾害发生前30d,15d,3d和当天的降雨数据。在此基础上,结合收集来的历次地质气象灾害的临界降雨过程雨量和历时数据,应用主成分分析法,将五组数据划分为两大主成分,并进行分析;绘制四川省地质气象灾害的降雨强度—历时阈值曲线,并以汶川地震为分界点,比较分析了地震前后的阈值变化情况。结果表明,在四川地区,滑坡泥石流灾害的发生同时受到降雨和汶川地震的影响。以灾害发生前30d,前15d,前3d有效降雨量因子组成的前期降雨这一主成分在滑坡泥石流灾害中贡献率较高,其次是以当天降雨和临界降雨过程组成的短历时降雨;通过对比地震前后的阈值曲线变化发现地震后的阈值更低,表明强地震后坡面稳定性降低,引发地质灾害的降雨条件降低。

TRMM卫星及其数据产品应用

简要介绍了热带降水测量 (TRMM—TropicalRainfallMeasuringMission)卫星所携带的观测仪器及其主要产品。概述了TRMM卫星资料产品在热带降水测量、提高预报准确率、暴雨研究、资料同化、反演热带海面温度。

基于TRMM 3B43数据的川西高原月降水量空间降尺度模拟

利用2001-2013年TRMM 3B43、MODIS-NDVI、DEM、气象观测等数据,在分析植被对降水响应滞后性的基础上,构建了TRMM 3B43数据中月降水量与经纬度、海拔、坡向和NDVI因子间的多元线性回归方程式,作为川西高原月降水量资料的降尺度计算模型,采用"回归方程+残差"的插值方法获取研究区2001-2013年1km空间分辨率的月降水量空间数据,并利用区内16个气象站点的观测数据与模拟结果进行了相关分析和误差检验。结果表明:(1)各气象观测站点基于TRMM 3B43资料的降尺度模拟降水量的数据均具有很高的精度,其中,精度最高的稻城站模拟结果与站点观测值的相关系数高达0.9839,精度最低的小金站相关系数亦高达0.8781;(2)在月、年尺度上,降尺度模拟降水量的数据亦具有很高的精度,其中,5-10月的精度明显高于其它月份,湿润年份精度总体高于干旱年份;(3)降尺度模拟降水量与站点实测降水量整体上相关系数为0.9499,偏差为0.0866,两者吻合度较高,但降尺度模拟降水量值略偏高;(4)降尺度在月尺度上能基本保证TRMM 3B43原始数据的精度,而在年尺度上能有效提高原始数据的精度,加之对空间分辨率的提高,可为获得更加全面、精细的降水分布数据提供有效方法。

基于多种高分辨率卫星数据的TRMM降水数据降尺度研究——以内蒙古地区为例

利用内蒙古地区2001~2010年42个站点实测降水数据作为"真值",采用LOO(Leave-One-Out)交叉验证、多元逐步回归等方法,构建TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)降水数据与地形及气候等要素之间的多元回归关系,在此基础上,利用回归值+残差值的方法,获得空间分辨率为1 km×1 km的TRMM年降水数据,并对降尺度TRMM数据进行精度检验。研究表明:(1)TRMM数据可用于区域年降水量估计,且与实测年降水量呈显著线性关系;(2)通过建立不同年份、不同空间分辨率TRMM数据与其它遥感数据的多元统计模型,研究发现在中尺度下TRMM与观测年降水数据拟合效果较好,且在空间分辨率为0.50°×0.50°时的拟合效果最好;(3)降尺度分析提高了TRMM数据对研究区降水时空特征的描述能力,确定性系数、标准误差和偏差均有明显改善,表明降尺度算法在将TRMM降水数据空间分辨率提高到1 km×1 km的同时,并能提高降水数据的精度。

基于GWR模型的陕西秦巴山区TRMM降水数据降尺度研究

应用TRMM降水数据,进行国内典型区域降尺度相关研究,可弥补应用气象站点数据研究带来的局限。以陕西秦巴山区为研究区,基于TRMM降水数据和NDVI数据,应用GWR模型和比例指数,获得GWR年、月降尺度数据并进行检验,最后分析地形对降尺度结果的影响。结果表明:获得的1 km分辨率的GWR降尺度降水数据,具有较强的细节表现能力;降尺度数据与实测降水数据年尺度上相关系数为0.88,月为0.93,相关性较好;与TRMM原始数据对比,降尺度结果降水值略小,整体低估降水;区内秦岭山地GWR降尺度结果精度变化幅度最小,相似地形条件下,海拔越高,GWR降尺度结果表现越好;采用GWR模型进行秦巴山区TRMM降水数据的降尺度研究,具有较强的适用性。

GPM与TRMM降水数据在海河流域的精度对比研究

[目的]对GPM与TRMM降水产品在海河流域的测量精度进行对比研究,以评估TRMM及GPM数据在海河流域的适用性。[方法]以海河流域为研究区,利用35个气象站点2014年4—10月的实测降水量数据在月时间尺度上对两代降水产品利用决定系数R2和相对误差BIAS进行精度评价。[结果](1)卫星降水产品与气象台站实测降水量决定系数从TRMM数据的0.758 2提升至GPM数据的0.7607,斜率K从TRMM数据的0.810 5提升至GPM的数据的0.833 5。(2)TRMM与GPM降水产品差别较小,虽两者均轻微低估了降水量,但整体上精度较高且GPM略优于TRMM。[结论]GPM IMERG降水产品在海河流域月尺度的高空间分辨率水文分析方面具有很好的应用前景。

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。

基于二次多项式回归模型的黑河流域TRMM数据降尺度研究

在不同空间尺度下分别建立TRMM 3B43降水数据与数字高程模型(DEM)和归一化植被指数(NDVI)的二次多项式回归模型,将2001—2013年黑河流域TRMM降水数据的空间分辨率从0.25°提高到1km,并利用流域内9个气象站点实测数据对降尺度结果进行了检验。结果表明:降尺度方法不仅提高了TRMM数据的空间分辨率,数据的精确程度也有所提高;与传统线性回归模型降尺度方法相比,基于二次多项式回归模型获得的降尺度结果更接近于实测值,其结果更为准确;模型建立的尺度对最终降尺度结果精确性具有较大影响,0.50°是基于DEM和NDVI对黑河流域TRMM降水数据进行降尺度的相对最优尺度。

基于TRMM数据的京津冀暴雨风险评估

对卫星降水数据TRMM 3B42-V7在京津冀地区的适用性进行了分析,利用2008-2012年的TRMM,并以致灾危险性因子、孕灾环境因子、承灾因子为评估体系,选取连续两日暴雨天数、暴雨日数、暴雨量均值、5 a的4月至9月降水季年值、坡度及综合GDP等6项指标,采用快速聚类方法对京津冀暴雨风险进行了评估。结果表明:(1)高分辨率的TRMM卫星数据能较好地反映京津冀地区的真实降雨特征,对暴雨事件的判断及降水量值误差控制良好。(2)聚类分析将整个研究区域分为4个子类:第1,2类暴雨风险较低,第3,4类暴雨风险较高;京津冀中部东北-西南方向及其东南向延伸的大部分地区为暴雨风险高的区域,应注重防范由暴雨引发的山地灾害及城市内涝等灾害。

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。

GMS5多通道数据与TRMM资料估测华南地区热带气旋降水

分区域建立了2000年华南及其附近海域热带气旋的TRMM降水资料和GMS5多通道数据的对应关系,分析了不同区域对应关系的异同,并根据该对应关系反演了2001年7月尤特台风登陆过程降水率和降水概率,与广东自记资料和TRMM资料有很好相关性。

TRMM卫星降水数据在天山山区的校正方法研究

本文基于全球降水观测(Global Precipitation Measurement,GPM)及天山山区40个气象站点数据,提出了一种新的热带降水测量任务(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)卫星数据误差校正方法(MERGE),并与广泛使用的地理差异分析(Geographical Different Analysis,GDA)方法进行对比,通过交叉验证来评价两种方法对山区年/月降水的校正效果。结果表明,MERGE方法不仅能提高TRMM的空间分辨率(0.05°),且在年(平均Bias降低了21%)、月(平均Bias降低了37%)尺度上的校正结果都优于GDA方法;校正后TRMM降水的误差在不同月份存在很大差异,即在降水较多的雨季(4—10月)误差较大(MAE>3mm),而在干季(11月至次年3月)误差较小(MAE<3mm)。MERGE方法不仅能有效改善高海拔地区的降水误差(平均误差降低了59%),且对原始TRMM数据的依赖性较小(R2=0.47),即使在原始TRMM数据表现不佳的局部区域,也能有效降低其误差。

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。