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。

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。

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。

TRMM卫星降水产品在南流江流域的精度评估

为了评估TRMM 3B42-V7的两套卫星降水反演数据产品的精度,选取南流江流域的常乐水文站以上集水区域为研究区域,以雨量站点的观测资料为参考,采用相关系数、探测率等指标,以及绘制空间降雨量分布图,建立评价模型。结果表明,两套卫星降雨产品都存在高估降雨量的现象,日尺度降雨量相对偏差在5%左右,且流域内有区域性差别;整体上TRMM3B42V7降雨产品的精度优于TRMM3B42RTV7,前者TRMM3B42V7降雨产品存在一定误差,但在缺乏地面降雨资料的地区仍具有应用价值。

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/GPM卫星降水产品在淮河上游逐日和小时尺度的精度评估

基于淮河流域上游区(洪河口以上) 2014年4月-2015年12月的实测逐日和小时降水数据,采用综合评价指标评估了TRMM 3B42 v7和GPM IMERG卫星产品在逐日和小时尺度上的监测精度。结果表明:逐日尺度上,对于流域面平均降水和网格降水,GPM产品与实测降水的相关性略优于TRMM,相关系数为0. 87,误差略大于TRMM,但均控制在0. 8 mm/d以内;降水探测能力方面,GPM与实测降水的一致性较高,尤其表现在小雨和中雨降水事件上,可用于日尺度的水文模拟和水资源评价等研究。小时尺度上,TRMM对6场极端降水的监测能力比较稳定,略有低估(BIAS均值为-6%),GPM对不同的极端降水事件监测能力不一,可靠性相对较低,相对于TRMM卫星降水产品,GPM在对极端降水的监测能力方面还有待提高。

TRMM降雨产品在无资料地区径流模拟中应用研究

文章主要是通过对TRMM卫星降水数据的精度评价及修正,以水文模型为工具,进一步分析卫星降雨产品在无资料地区的适用性。在相似流域确定的基础上,人为拟定一个流域作为无资料地区,进行卫星修正系数以及模型参数的移用,并对其径流模拟结果进行对比分析。结果表明:TRMM卫星降水数据的日模拟结果不理想,经过校正后的数据,对径流的模拟能力有明显提升;分布式新安江模型参数在相似流域的移用效果较好,在移用模型参数的情况下,再移用修正系数修正RT数据,其日径流模拟结果不好,但此方法可用于无资料地区的中长期水文模拟研究。

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。

多源卫星降水数据在川渝地区的适用性分析

降水的分布特征在时空尺度上存在较大的差异性,如何快速准确地获取高时空分辨率的水文资料,拥有更好的降水检测能力,对于获取降水资料的技术有较高的要求。本研究选用四种卫星降水产品(TRMM 3B42V7 、TRMM-RT 3B42V7、PERSIANN-CDR和 CMORPH)近十年(2008-2016)的数据,使用三种广泛使用的统计指标(CC、MAE和MRE)验证了年度,季节性和月尺度降水量的测量结果。 本文研究结论如下: (1)除了TRMMRT3B42,其余三种卫星产品均能较好地反映该地区相应的降水演变规律;(2)通过四种卫星降水产品的各项指标比较得知,TRMM3B42为模拟川渝地区降水最优的产品,TRMMRT3B42始终表现为最差;(3)川渝地区西部为高海拔且降水少的区域,在该地区上卫星降水产品模拟降水能力差。

卫星降雨数据在高山峡谷地区的代表性与可靠性

以长江上游金沙江流域典型高山峡谷地区为研究对象,用该区域地面观测降雨量数据对TRMM PR 3B42 V6产品进行了3 h、日、月3个时间尺度的有效性评估,旨在为开展区域卫星与地面降水数据融合的流域水文模拟及预报奠定数据基础。分别采用了线性回归方法分析降雨量相关性、经验正交函数-奇异值分解方法(EOF-SVD)分析降雨量主要模态空间分布特征、相对偏差Bias、错报率RFA和探测率PD指标对该卫星产品进行了精度评定。研究结果表明:研究区该卫星产品与地面观测数据在3个时间尺度存在显著的线性时间和空间相关性,但相关程度随时间尺度的减小而减弱;二者在空间分布上总体具有一致性特征,但在高海拔、大坡度区域表现出较为显著的差异;相对偏差指标显示2008—2010年降雨量均值相对偏差在±10%的概率密度百分数为36.08%;随高程的增加,卫星数据RFA呈逐渐增加趋势变化,PD呈逐渐减小趋势变化;总体上小雨对误差的贡献最大,大雨峰值误差贡献次之,时段降雨量偏差随时间尺度的增加逐渐减小,而随高程的增加卫星数据的探测精度下降。因此,对于类似的高山峡谷流域,要应用该卫星产品进行日、3 h尺度水文模拟及预报,有必要对流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。

TRMM3B43降水产品在西藏地区的精度检验和应用

以西藏地区38个国家基准站和基本站的实测降水资料,利用双线性插值、相关系数、散点斜率和相对误差等指标,对热带降水测量卫星(TRMM)的3B43降水产品的精度进行检验和分析。结果表明:月尺度上,整体而言TRMM3B43降水产品与实测降水量具有较好的一致性,其中西藏西部和东部喜马拉雅山脉东段北麓地区相关性相对较差,平均相对误差较大。年尺度上TRMM3B43降水产品的相关性不如月尺度好,平均相对误差随统计数值的增大而减小。在应用TRMM3B43降水产品进行流域面雨量估算时,采用气象站点实测降水资料校准TRMM3B43降水产品的T-G联合法,对TRMM3B43降水产品进行订正。

TRMM卫星对一次冰雹降水过程的观测分析研究

利用TRMM卫星上时空匹配较好的测雨雷达(PR)、微波成像仪(TMI)、可见光和红外扫描仪(VIRS)观测资料,研究了1999年5月9日发生在黄淮地区的一次冰雹降水过程。根据卫星接连3个轨道的观测,综合分析了此次强对流降水过程在不同阶段的降水结构、云顶亮温和降雨厚度以及相应的微波亮温变化特征。观测分析表明,此次降水过程由对流很强的冰雹降水逐渐演变到对流渐弱的暴雨降水。冰雹降水阶段,云中有多个强对流单体,云体中高层有大量的固态降水粒子,使得中高层降水量在降水柱含量中贡献远大于融化层降水量的贡献;暴雨降水阶段,若干对流单体被大面积的层云降水包围,降水高度逐渐降低,云体中高层降水量明显减少,融化层降水量对柱含量的贡献明显增加。降水率廓线中不同高度的降水量对降水柱含量贡献的比较表明:中高层降水量占的比例越大,降雨云对流越强,反之,融化层降水量占的比例越大,降雨云越趋向为稳定的层云。微波亮温信号在不同降雨阶段随雨强的响应程度大不相同,这表明在反演地面降雨时,最好结合降雨云的结构特征及其发展阶段,针对不同降雨类型选取最为有效的微波通道组合来建立最佳反演模式。

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。

卫星资料的测雨产品在沈阳地区的适用性

利用2009—2011年夏季TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)卫星的3B42测雨产品资料,与沈阳地区的降水事件进行对比,分析TRMM卫星探测的降水产品与沈阳国家观测站(区站号:54342)气象资料之间的差异,探讨TRMM卫星在沈阳的探测能力。结果表明:(1)TRMM卫星探测的降水量级偏小,降水事件的变化趋势存在明显差异;(2)6—7月TRMM卫星的探测结果能够揭示沈阳地区降水量的变化特征,但在7—8月存在误差;(3)对小雨探测的TS评分在0.35~0.45之间,但对小雨以上量级的探测能力存在明显不足。

基于改进的湿润地区站点与卫星降雨数据融合的洪水预报精度分析

目前卫星降雨数据是水文研究中重要的数据来源,但其精度尚未达到洪水预报的要求。将TRMM3B42RT、TRMM 3B42、GPM IMERG Early及GPM IMERG Late分别与站点实测降雨数据融合,并利用HEC-HMS模型进行洪水模拟,从而改进卫星降雨洪水预报精度。结果表明,卫星降雨数据在经过与实测降雨数据的融合处理后,误差明显降低,相关系数由0.7提高到0.9以上,进而提高了模拟洪水的精度,在洪水预报方面有一定的可行性。

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。

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。

TRMMPR雷达与阜阳雷达降水资料的对比研究

选取了 1998年与 1999年HUBEX观测资料 ,将TRMM卫星上的星载降雨雷达PR与阜阳的 713数字化天气雷达资料在以下 3个方面做了比较 :(1)强度场的分布 ;(2 )平均反射率廓线 ;(3)灵敏度。分析、比较结果可知阜阳雷达在探测灵敏度和水平方向的分辨率要高于PR ,但由于波束宽度、衰减和资料转化过程计算误差的原因 ,其远距离处的观测值与真实值有一定偏差。PR波长短 ,对衰减敏感 ,尤其是在垂直方向上经过强衰减后 ,订正值仍偏小。但由于探测方式的不同PR在水平方向上不存在衰减的问题 ,且其资料分布均匀 ,因此提出一种用PR资料来订正地基雷达资料的方法用以提高地基雷达探测的精确度。

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。