功能的卫星降水估计洪水和干旱的时空变化类在鄱阳湖盆地

文摘

鄱阳湖盆地是最常受影响的地区之一,在中国各种洪涝或干旱事件。卫星降水数据的时间和空间分辨率大大提高了近年来,但记录的短长度有限的他们的应用程序在某些领域。本文比较和评估使用短时间内数据系列的可信性评估长期数据系列的统计特征和调查TRMM降雨数据的有用性监测洪涝或干旱的时空分布类的Z指数法在鄱阳湖盆地。结果表明,(1)1998 - 2010年的数据系列足够强劲的长期数据的描述统计特征;(2)intra-annual洪水和干旱类的分布和年际变化基于TRMM降雨数据匹配和雨的结果指标数据;(3)空间协议TRMM和降雨插值指标随降水特征;和(4)TRMM降雨数据描述了类似的空间模式的洪水和干旱类插值仪表降雨。总之,它是适合洪水和干旱类的和可信的评估基于TRMM在鄱阳湖流域降雨数据。

1。介绍

鄱阳湖是中国最大的淡水湖,位于长江中下游的水和直接交流和与长江1]。鄱阳湖的排放通过一个通道在其北部进入长江高于总从黄河径流,海河、淮河和发挥重要作用在水安全和生态安全长江中下游的(2]。近几十年来,湖及其周边集雨遭受频繁的干旱和洪水,尤其是在1990年代和2000年代(3- - - - - -5]。这些严重的干旱和洪水事件造成了严重的经济损失和严重损害城市和农场甚至死亡(6,7)和担忧的湖生态和当地水资源管理(8]。因此,有必要监控的发展和空间分布在鄱阳湖流域洪水和干旱洪涝和干旱灾害预防和减轻。

卫星可以持续监测在大面积降水和接收近乎实时的降雨数据。最近在全球和区域发展卫星降水产品大大提高他们的应用程序在一个广泛的领域,如水文过程建模(9- - - - - -11[],降水分布特征分析12,天气过程分析13[],潜热分析14),和土壤侵蚀计算(15]。这主要是由于增加的时间和空间分辨率卫星降水数据,也由于提高了准确性造成新方法合并不同的数据源,如雷达、微波和热红外遥感10,16,17]。尤其是热带降雨测量任务(TRMM)卫星降水数据,比其他卫星降水与高质量的产品,已经建议适用于科学研究(18),预计也将地面雨量的估算提供了另一种选择,在现在和可预见的未来19]。

最近,已经几次监测干旱或洪水利用TRMM降雨数据。例如,Du et al。20.)通过了一项综合干旱指数结合MODIS和TRMM数据监测干旱在山东,中国。Vernimmen et al。21评估和纠正偏差的卫星降雨数据的干旱监测在印尼。曾庆红et al。(22]也评估的应用TRMM降雨在澜沧江流域的干旱监测。瑙曼et al。23]调查监测干旱的不确定性在非洲使用TRMM数据。然而,鄱阳湖盆地相比很少受到关注和类似的研究很少,没有满足的需求洪水保护和监管或干旱缓解和确保湖周围的水安全的地区。另一方面,短期内的影响TRMM记录统计特征和累积概率函数估计仍不清楚。AghaKouchak和Nakhjiri24)结合TRMM资料与项目长期全球降水气候学(GPCP)观察,避免短TRMM的记录数据的限制对于干旱监测和分析,但其他先前的研究没有考虑这些限制。

因此,研究设计的目标比较的统计特征之间的短期和长期数据系列,确定使用1998 - 2010年数据的可信性系列累积概率函数和估计调查TRMM降雨数据的有用性监测洪涝或干旱的时空分布类的指数法在鄱阳湖盆地。本文的其余部分组织如下。在下一节中详细的研究区域,气候和数据以及描述的研究方法的帮助下引用的引用。节3,给出主要结果和讨论部分4总结了结论。

2。研究领域和方法

2.1。研究区域与数据

鄱阳湖,连接长江,位于江西省的北部边境,中国,和接收水流主要从五个河流、秀水河、赣江,注入河流,新疆河流,Raohe河,排放到长江(图1)。水系统的排水总面积是16.22×10⁴公里²,占9%的长江流域的流域。盆地的地形变化从高山区和丘陵地区(海拔最高海拔约2200米)在下游冲积平原的主要河道。这些河流的上游源头位于边界的东部,西部和南部,江西的四周环绕着高山。鄱阳湖周围的广阔的冲积平原和宽阔的冲积河谷支流是重要的水稻种植地区江西省以及在中国(25]。鄱阳湖盆地特征有亚热带湿润气候,年平均降雨量1680毫米的1960 - 2007年和年平均气温为17.5°C。年降水量显示了湿和干燥季节和短之间的过渡时期。年度降水周期,约59.1%的年度排放从3月到6月,但只有13.7%从10月到明年1月。在正常年份,鄱阳湖可以扩展到大型水面4000公里²体积为320×10⁸米³在雨季,但收缩多河流在旱季(26]。

卫星降水资料用于本研究TRMM 3 b42-v6日常数据网格分辨率从1998年1月1日,12月31日,2010年,每月TRMM数据从每日降雨量数据聚合。14个国家气象站点的日常仪表降雨数据在鄱阳湖流域1970 - 2010年期间收集到的中国国家气象信息中心,用于比较的统计特征之间的短期和长期数据系列,确定使用1998 - 2010年数据的可信性系列估计累积概率函数。雨量数据的分布在盆地如图1。这些数据已被广泛应用于不同的研究以前和已批准的质量是可靠的1,2,27]。我们还研究了海拔和降水之间的关系反映在山区和低地的区别,但并没有明确的证据表明,在研究地区降雨量改变了海拔。因此,每日降雨量指标数据直接插值网格对整个盆地逆距离加权的方法(IDW)技术。

2.2。方法

的指数是一种广泛使用的干旱指数在中国,由于其鲁棒性和方便计算,并已用于月度时间尺度为主要指数监测中国不同地区的干旱和洪水条件(28,29日]。戴利认为,沉淀在一段时间内通常服从伽马分布,和可以转换为正态分布概率密度函数通过下面的转换函数30.]: 在哪里是指数的降水个月,偏度系数,是标准化的月降水。这两个和可以计算出从站的月降水; 在哪里降水的吗个月,n整个月,σ和降水量的均值和标准误差是在所有。

每个TRMM网格被认为是一种地面雨站在这项研究中,相同的治疗李et al。(31日),为每个网格索引计算。随后,不同的洪水和干旱类定义的基础上指数,包括严重的洪水,温和的洪水,轻微的洪水,正常,轻微的干旱,中度干旱和严重干旱31日]。分类和标准索引值范围为每个类的洪水和干旱表所示1。

3所示。结果和讨论

3.1。适用性TRMM降水的长期数据系列的统计特征

由于TRMM降水数据只能从1998年1月,短时间记录是一个主要限制概率分布函数拟合数据,我们首先分析等统计指标的一致性的意思是,最大,最小,标准差之间的长(1970 - 2010)和短时间内(1998 - 2010)雨指标数据以及TRMM数据。考虑雨量数据网格中的相对位置和空间分布在盆地,比较了两个选定的测量站(即二和霁西安)和他们最近的网格,分别和表中所示的结果2。看到,每月计长时间和短时间内降雨量为142.4毫米和145.8毫米在二站在霁西安车站127.4毫米和130.9毫米。最大和最小的雨量是等效为两个数据集二和霁西安站。类似的情况在标准偏差的比较进一步观察。短时间内表数据可以长时间记录的特点。然而,TRMM降雨数据不准确捕捉仪表降雨的特点二和霁西安网格,特别是对于估算最大降雨量有一个很大的错误。

图2显示了长、短数据的频率直方图二和霁西安站,分别。看到,发生的频率的分布是相似的衡量数据集,使用1970 - 2010年之间1998 - 2010测量数据集和TRMM资料二和霁西安站。图2表明没有本质区别的长,短时间内数据统计特征。随后,降水的前提在指定的位置检查时间服从伽马分布的长,短时间内分别数据系列和TRMM资料。图3显示了伽马probability-probability (p p)在二和霁西安车站情节。p p图比较了数据集的经验累积概率理论γ分布累积概率。看到的是绘制点,从长时间的数据集和短数据集,躺在x=y对角线。同步累积概率函数表明,降水服从伽马分布,无论使用长期,短期内或TRMM数据记录。同时,伽马分布的形状和尺度参数估计从1970 - 2010年的数据集是1.57和0.011,1.70和0.012 1998 - 2010年的数据集和1.69和0.01在二站TRMM资料。类似的参数值也获得了在霁西安车站使用不同的数据集。以上分析表明,短时间内(1998 - 2010)数据足够健壮的描述长期数据系列的统计特征。

3.2。洪水和干旱的时空变化类基于TRMM降雨

的为每个网格索引值计算在鄱阳湖盆地使用月度TRMM降雨数据在1998年1月至2010年12月。同时,作为比较,雨仪表数据来自14个国家气象监测站盆地也用于计算索引。一个积极的值表示一个高于平均降水积累在一段时间内(即。,1个月),而一个负面的表明干平均降水积累气候下的意思。一个值接近于零指降水气候意味着附近的积累24]。洪水和干旱类是根据确定的索引值范围如表所示1。图4显示了洪水和干旱类的比较确定使用雨仪表数据和TRMM数据。看到,洪水和干旱类基于月度TRMM降雨数据摆动四(正常),及其年际变化一般匹配与雨量计的结果数据,尽管它错估洪水或干旱类在几个月的时间。从图的结果4,我们认为它是可行的,使用月度TRMM降雨数据来确定洪水和干旱的变化类在鄱阳湖盆地。

为了进一步分析洪水和干旱事件的时间分布在intra-annual,洪水和干旱类重新归类为三种类型;例如,严重的洪水,温和的洪水,和轻微的洪水都分为洪水、严重干旱,中度干旱,和轻微的干旱都分为干旱。洪水和干旱频率基于TRMM数据和雨量数据数据在1998 - 2010年在二和霁西安如图5。见过,从TRMM数据统计结果接近,从降雨指标数据。此外,洪水事件主要发生在4月和6月(占据总数的60%倍),也是主要的潮湿季节鄱阳湖盆地和通常强降雨导致洪水灾害,而干旱事件主要发生在10月到明年1月。洪水和干旱事件的时间分布在intra-annual基于TRMM数据符合intra-annual在鄱阳湖盆地实际降雨量的变化,这进一步表明,它是相当可靠应用TRMM降雨数据区域洪水和干旱分析。

3.3。空间TRMM和降雨雨量数据数据之间的协议

TRMM数据地域广阔,可以反映洪水和干旱的空间发展。因此,提出研究也是扩展到检查和比较的空间精度洪水和干旱事件。每月的雨量数据数据直接插入网格(TRMM资料的分辨率相同)的IDW技术对整个盆地。图6显示了比较最大,最小,意思是,和标准偏差TRMM降雨量和降雨插值指标之间。看到,这两个数据集反映了相同的变化过程的最大和平均降雨量。虽然展出了一个微小的区别比较最低和标准偏差,基于TRMM资料一致的变化趋势,根据降雨指标数据。

图7显示的变化空间TRMM和降雨插值指标之间的相关性。看到的是空间相关系数约0.5,振荡及其空间协议随不同的月降水特征。所以,这项研究进一步调查的关系与月平均降雨量空间协议和标准偏差,结果如图所示8。看到的是点躺在一个三角形区域。一方面,空间相关系数躺在广泛当降雨量和标准偏差小;另一方面,空间协议成为高降雨量的增加和空间分布上的不平衡。这可能是由于雨量数据的稀疏的弱点以及插值技术,没有准确地反映每月降雨的空间特征降雨量很小。

3.4。洪水和干旱类的空间分布基于TRMM降雨

图9显示了洪水和干旱的空间分布类基于插值仪表降雨和TRMM降雨数据,分别。比较了2010年4月(平均降雨量为340毫米和空间相关系数为0.61),2003年7月(平均降雨量的38毫米和空间相关系数0.64)。2010年4月,暴雨发生在鄱阳湖盆地的中部地区,遍历从东到西部分月降雨量高达530毫米,而最低的是观察到的南部和北部地区(约230毫米)。相应的,指数显示洪水风险高的中间部分比南部和北部盆地。洪水和干旱类的空间分布来源于TRMM降雨数据还描述了相同的空间结构,虽然轻微洪水比南部类覆盖面积较大,从插入仪表降雨。也在2003年7月,洪水和干旱类的类似的空间模式提出了插值仪表降雨和TRMM降雨数据,分别;即轻微和中度干旱发生在南方但正常在西北基于插值仪表降雨和TRMM降雨数据。图9建议洪水和干旱类的空间分布基于同意TRMM降雨数据的插值仪表降雨,降雨和TRMM数据可用于监视的空间分布在鄱阳湖流域洪水和干旱。

4所示。结论

本文比较和评价的统计特征之间的短期和长期数据系列和调查卫星降水资料(即的有效性。TRMM)监测洪涝或干旱的时空分布类的指数法在鄱阳湖盆地。结果显示,1998 - 2010年的数据系列有重合的累积概率函数与1970 - 2010年的数据系列和足够强大的长期数据的描述统计特征;洪水和干旱类基于TRMM降雨数据摆动四(正常),和他们intra-annual分布和年际变化一般匹配与雨量计的结果数据;空间协议TRMM和降雨插值指标随降水特征在不同的月,这将成为高降雨量的增加和空间分布上的不平衡;TRMM降雨数据描述了类似的空间格局的洪水和干旱类可用于监测仪表降雨插值和空间分布鄱阳湖流域的洪水和干旱。

应该指出,仍然需要进一步的研究和研究应用TRMM降雨数据监测流域洪水和干旱。提出了研究结果很可能不能完全展示了洪水和干旱的时空分布特征鄱阳湖盆地也可能不完全符合实际的洪水和干旱事件。但TRMM降雨数据有其固有的优势描述降雨的空间分布在大型流域比地面雨量数据,提出了研究提供了一种新技术或方法在大型流域洪水和干旱监测。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是共同资助的中国国家基础研究计划(973计划)(2012 cb417003),中国国家自然科学基金(41101024)和国家重点实验室开放研究基金模拟和调控流域水循环的(中国水利水电研究所)(iwhr - skl - 201111)。作者感谢匿名审稿人和编辑的人帮助他们提高原始论文的质量。

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