评价TRMM卫星降水分析长江流域的一个典型的季风气候

文摘

卫星降水产品预计将提供替代地面降水估计在目前和可预见的未来。在本文中,我们评估TRMM 3 b42降水产品的性能在长江流域2003 ~ 2010年的时期。结果如下:RTV7的性能(V7)产品通常比RTV6 (V6)在长江流域和最佳性能的百分比(偏差范围内−10% ~ 10%)的年平均降水增加21.72%(54.79%)到36.70%(59.85%)作为RTV6 (V6)改善RTV7 (V7);TMPA产品在潮湿的时期有更好的性能比长江流域的干旱时期;TMPA降水的性能一直受到高度和下行趋势可以发现随着海拔在长江流域。CC V7和观察之间的平均降水减少7月从0.71到0.40的海拔计站增加从500米到4000米以下的长江流域。更要注意复杂的气候和地形的影响。

1。介绍

季节性和亚热带湿润季风地区年际气候变化主要是由降水的变化(1]。准确的降水数据具有高时空分辨率被认为必要的各领域的研究,诸如气候变化、水资源管理和气象灾害预防(2- - - - - -5]。虽然雨量数据被认为是标准的测量降水、雨量计网在全球大部分地区仍不足,以及遥感信息沉淀成为主要来源可靠的和连续的数据6,7]。因此卫星降水产品预计将提供一个替代地面降水估计在现在和可预见的未来8]。为此,卫星降水产品的质量和适用性需要评估(9]。

卫星降水产品提供了一个潜在的替代或补充地面降水估计在稀疏测量或ungauged盆地6,7,10- - - - - -13]。热带降雨测量任务(TRMM)卫星完成十年以上的操作,它为世界各地的研究人员提供了大量的降雨数据的大气和气候模型的验证14]。TRMM产品包括近实时的产品,也就是说,3 b42rt版本6和7(以下简称RTV6和RTV7)估计和研究3 b42版本6和7的产品(以下简称V6和V7)估计(15,16]。TRMM降雨产品已广泛应用于水文、气象、和农业科学17- - - - - -19]。

近年来,比较TRMM降雨产品和雨量计观测了在世界上不同的气候区域20.- - - - - -25]。通等。26)透露,TRMM 3 b42v7降水数据有更好的性能比RTV7 PERSIANN在不同的气候区。Collischonn et al。27]发现TRMM 3 b42 Tapajo降雨数据可以被认为是可信赖的盆地和亚马逊盆地,巴西。陈RTV6和RTV7产品,et al。14]表明,TRMM 3 b42rt降雨数据精度高和良好的相关性与观察到的降水在潮湿的亚热带珠江流域,中国,在盆地范围内。V6和V7产品,顾et al。28]发现V6降雨产品是可靠和有很好的精度在长江流域,中国,TRMM降雨数据估计很可能代表湿干燥周期之间的季节性变化。陈等人。29日)报道,V7是足够的检测强烈的热带气旋降水在热带太平洋盆地。赵et al。30.]还发现V7之间存在良好的线性关系和雨量计数据的干旱和潮湿的过渡region-Weihe河流域,黄河流域。

近实时的产品之间的差异(RTV6和RTV7)和研究产品(V6和V7)的报告。乔et al。31日连续评估了V6和V7 TMPA (TRMM卫星降水分析)降水产品climate-transitional区南部大平原,美国。V7产品很可能是最后一次的TMPA在2013年初发布的数据,从V6 V7纠正普遍降雨低估,这种改善更明显在相对干燥的盆地。勇et al。32)报道,V7产品通常执行比原来的V6在高纬度Laohahe盆地和低纬度Mishui盆地每日和每月的尺度。雪et al。19)透露,V7算法从V6降水精度明显升级。

然而,TRMM降水数据的精度在不同地区和不同季节和不同时空尺度。汗等。33建议最好的协议V7和计观测用相关系数值范围从温和高(0.8)(0.4)在巴基斯坦的空间域,和降雨频率的季节性变化大的偏见(100140%)在高纬度地区(36°N)对日常复杂的地形,季风,premonsoon比较。哈比卜et al。34)报道,TMPA产品倾向于高估小降雨率和低估大降雨率在路易斯安那州,美国。伊斯兰教和Uyeda [35)发现3 b42降雨数据高估了在干旱地区降雨premonsoon期间但低估了它在潮湿地区季风期间孟加拉国。李等人。36)表示,日常TRMM降雨数据无法准确描述降水的发生和贡献率在鄱阳湖盆地,中国。Almazroui [37)强调普遍高估卫星产品在沙特阿拉伯。刘(38)检查了V6和V7之间的差异在全球范围内,发现虽然V6和V7中显示一个好协议在中度和大雨政权,他们之间存在系统差异。因此,更多的研究的重要性进一步了解气候和地形的影响世界上TMPA产品的评价。

长江发源于青藏高原,流经三个不同的地形从源头地区在上海东海,下降7000米海拔(39]。长江流域的大部分由亚热带季风性气候(39]。中国最长的河流,长江已经遭受洪水历史上(40]。虽然有数百计站在长江流域,衡量网络仍不足在长江上游流域特别是由于其高海拔和复杂的地形41]。此外,使用最广泛的雨量计站分布稀疏和不均匀42,43]。几项研究已经在长江流域在评估TMPA产品的性能。例如,郝et al。41)报道,TRMM RTV7显著高估了黄河和长江上游流域降水。高和刘40]还发现TMPA产品最好同意计测量在湿润地区比在青藏高原干旱地区。此外,TMPA呈现弱依赖地形的偏见,而偏见的TMPA RT对地形的依赖表明,地形和高程的变化和表面粗糙度在解释TMPA产品的偏见中发挥了重要作用。

尽管TRMM卫星降水数据被广泛评价近年来在许多地区,复杂地形的影响的知识在潮湿的季风降水区域是有限的(8]。本文研究的科学问题包括以下几点:()V7改善长江流域的降水评估V6相比呢?()不同季风气候影响长江中、上游的降水精度?()之间的不同地形高原地区和中国东部平原降水精度有显著影响的长江流域TMPA产品吗?在这项研究中,我们试图解决这些问题深入分析的基础上观察和TMPA在长江流域降水数据集。这项研究的重要性进一步理解季风和复杂地形对降水的影响评估在一个大流域尺度。

2。数据和方法

2.1。研究区域

长江是中国最长的河流,第三世界上最长的河流。河长约6300公里,流域位于纬度之间24°N和36°N和经度90°E和122.5°E面积1800000公里²,占中国领土的五分之一28]。一年一度的意思是长江流域的水资源总量是976公里³(44]。长江的重要性不仅在于它的地理位置,规模,和复杂的地貌,还在河中扮演一个重要的角色在区域水循环、能量平衡、气候变化和生态系统,以及在中国的经济和社会发展39]。三种类型的季风盛行在长江流域。在冬天,整个长江流域是西伯利亚西北季风的控制下。在夏天,东亚季风主要影响中下游,而印度西南季风主要影响上游。印度和东亚季风系统是相互独立的,与此同时,相互作用[45,46]。气候上,松辽盆地南部邻近热带和温带北部接近,在低纬度地区,中纬度地区。

2.2。降水数据

TMPA降水估计主要是基于微波(MW)的组合和合并来自多个卫星的红外(IR)估计(34]。3 b42 TMPA数据集用于本研究从美国宇航局网站下载(https://trmm.gsfc.nasa.gov/)。它有一个高时间(3 h)和空间()决议。3 b42 TMPA数据集有两个版本:一个研究质量的产品(3 b42)发布后10 ~ 15天每个月,覆盖全球纬度带从60°N - 60°S,和近实时的产品(3 b42rt)释放大约9 h后实时报道的纬度带从50°N 50°S。两个版本之间的主要区别是雨量计的使用减少偏见的数据,实时产品(不可用的34,47]。

每日八年(2003 ~ 2010)的降雨量数据从224年雨量计站在长江流域如图1比较与TRMM降雨数据评估的质量TRMM雨量的估算在不同空间和时间尺度。读者应当记住,使用的仪表观测降水可能不是完全独立的用于V6 / V7因为一些雨量计站的数据可以在两个数据集根据中国气象局。

2.3。统计指标

统计指标被广泛用于评估对雨TMPA降水产品的性能指标;在这项研究中选择4个验证统计指标。这些是相对偏差(偏差),相关系数(CC),均方根误差(RMSE)和误差,定义,分别由以下方程: 在哪里是观察到的降水;是TMPA降水;表示测量的平均降雨量;表示TMPA降水量的均值;和在分析日常沉淀的量。

3所示。结果

3.1。空间和时间的变化在长江流域TMPA产品

图2显示了年平均降水的空间分布在长江流域从观察和TMPA 2003 ~ 2010年期间的数据。观察到的年平均降水量减少从东南西北(> 2000 mm / a) (< 400 mm /(图一)2 (e))。相比之下,降水的空间分布的V6和V7(数据2 (b)和2 (d))类似于观察到的降水(图2 (e))和最佳性能的百分比(偏差范围从−10%到10%)为V6和V7中达到54.79%和59.85%,分别为(表1)。然而,两个RTV6 RTV7倾向于高估上长江流域降水,高估的百分比(偏差> 50%)RTV6和RTV7达到29.74%和33.51%,分别。当他们低估了长江中下游流域降水,低估的百分比(偏差<−10%)的RTV7中下游长江流域是12.14%,而它RTV6金额高达79.11%。

的相对降水偏见TMPA对插值估计观测数据的平均年降水量图所示3。大积极降水偏见可以发现在长江上游和消极的降水偏差出现在中低长江到达RTV6产品(图3(一个)),RTV7一直在显著提高的性能比较与RTV6偏见(图的大小3 (c))。例如,最佳性能的百分比(在−10不等RTV7产品10%)是36.70%,高于RTV6的21.72%的比例在整个长江流域(表1)。它也表明,在中低长江到达,最好的性能RTV7比这更好的长江上游。换句话说,有显著改善的RTV7中低长江达到评估和改善长江上游的RTV7 RTV6产品价格相比。不出意料,V6和V7(数字3 (b)和3 (d))也有类似的空间模式在长江流域降水的偏见和大部分的降水偏差范围从他们两人−10%到10%(表1)。

图4显示了观察到的月平均降水的变化和在长江流域TMPA产品从2003年到2010年。可以看出,V6和V7产品捕捉观察到的降水的季节性可变性比RTV7和RTV6产品。RTV7和RTV6产品高估了长江上游的降水尤其是在干旱时期,而低估了降水中长江。

每月平均降水之间的观察和TMPA产品(图5),很明显,观察到6月降水量最大值出现在中低长江到达,提前一个月在长江上游。所有的TMPA产品的月度变化吻合较好观察在长江流域降水。然而,RTV6产品高估了在冬季和春季降水长江上游和RTV7高估了夏季降水中长江。

3.2。变化的降水受季风气候的影响

东亚季风难以抵达长江上游,特别是长江上游源头地区(46]。然而,长江上游毗邻印度季风地区降水可能会受到印度季风的影响(39,48]。长江上游的一些地区位于青藏高原,高原气候的影响。因此,长江流域由三种类型的季风影响,冬季季风,东亚夏季季风和印度夏季风(49,50]。在冬天,整个长江流域主要是由西伯利亚西北季风控制,而在夏天,长江上游主要是受印度季风的影响,长江和中低达到通常由东亚季风。降雨的时空分布区域在长江流域和季节性季风活动密切相关的运动副热带高压(51]。通常情况下,夏季风开始影响长江流域4月和10月撤退(46]。根据每月平均降水在长江流域2003 ~ 2010年期间干旱时期(从11月至3月)和湿期(从5月至9月)中定义。

自亚洲季风具有明显的季节性变化特征,TMPA产品之间的相关性,观察在不同季节降水计算。图6分散图显示了density-colored TMPA与观察到的逐日降水数据干燥段和潮湿时期长江流域。TMPA产品之间有显著的相关性,观察在长江流域降水(在99%置信水平显著)。CC值TMPA之间可以找到更高的产品和观察到的降水为每个TMPA产品在潮湿的时期比在长江流域的干旱期。然而,RSME TMPA降水估计对观察到的降水干燥时间一般小于湿的时期长江流域。它可以发现一个明显的改善RTV7产品已经在RTV6产品。RTV7和观测降水之间的相关性高于RTV6潮湿的时期和在长江中、上游的干旱期,分别。总的来说,V7产品更高的CC值和较小的偏差和RMSE湿时间和干燥时间比V6产品在长江流域。尽管如此,仍有系统性偏差的V7产品安装线(红线图6)偏离在45°角(图中蓝线6),尤其是在干旱时期长江上游。

图7可以用来进一步识别不同的季风降水估计的精度TMPA降水产品,例如,东亚夏季风降水看到从图吗7在7月和位于低海拔地区(海拔500米),印度夏季风看到从图7在7月和位于青藏高原海拔超过4000米,和西伯利亚西北季风从图71月。一般来说,所有TMPA降水产品给东亚夏季季风降水的更可靠的估计(V7 CC范围0.39 ~ 0.90)比印度夏季风降水V7 (CC范围0.27 ~ 0.89),和TMPA降水产品的可靠性评估的西伯利亚西北季风降水减少随着高程的增加。

3.3。降水与海拔的变化

评估TMPA降水产品高程的变化也显示在图7。总的来说,TMPA降水估计的性能与海拔的升高呈下降趋势在不同季节的长江流域。TMPA产品之间的相关性和观察到的降水可以发现在低海拔地区,而低相关性出现在高海拔地区4月,7月和10月。V7产品之间的相关性最高,观察到低海拔地区的降水可以找到7月和CC值高达0.90。至于V7产品,有114个车站位于中下游长江流域内500米海拔和CC (V7和奥林匹克广播服务公司)范围0.48 ~ 0.90,而22站分散在这个面积500米高和CC范围0.39 ~ 7月份的0.86。然而,有26个站点位于长江流域上游500 CC从0.41到0.93以下;61个车站分散在这个地区500 ~ 4000米高和CC范围0.27 ~ 0.89,而6站位于4000米高的CC范围在0.27 ~ 0.50之间。

图8显示相关系数的变化的日常与高程TMPA产品和观察到的平均降雨量数据。似乎找到相关系数的下降趋势与海拔的升高。最快速下降是发现RTV6和V7中可以找到最慢的下降趋势。

为了更好地理解这些变化之间的CC TMPA产品和与高程观测降水,TMPA产品之间的相关性,观察8支流的长江流域的降水是总结表2。我们可以发现相关性更高的出现在较低的流域,然后从流域低减少流域作为一个整体就越高。最低的相关性出现在金沙江流域平均海拔最高的海拔2700米。此外,更高的相关性可以找到在嘉陵江流域海拔较低,也是位于长江上游。也发现TRV7的性能(V7)优于TRV6 (V6)在较低和较高的江河流域。研究结果表明,高程的影响时,应该考虑使用TMPA产品。

4所示。讨论

降水变化成为必要揭示季风气候的变化特征作为卫星降水产品高度重视随着遥感技术的发展,近年来(6,7]。与前面的分析结果,TMPA产品变得更加可靠估算在长江流域降水RTV6改善RTV7和V6 V7。的性能RTV7 (V7)降水产品通常比RTV6 (V6),这是与之前的研究结果相一致。然而,存在系统性差异TMPA产品和观察到的降水。RTV6和RTV7高估了长江上游的年平均降水量,他们低估了降水中长江到达。然而,低估的百分比(偏差<−10%)的RTV7中下游长江流域明显小于RTV6。

季风气候可能显著影响长江流域降水评估。TMPA产品有更好的性能,揭示夏季季风降水的特点比冬季季风在长江流域。CC值TMPA之间可以找到更高的产品和观察到的降水为每个TMPA产品在潮湿的时期比在长江流域的干旱期。V7产品有更高的CC值在潮湿的时期比在长江流域干旱时期。尽管如此,仍有系统性偏差的V7产品,尤其是在干旱时期长江上游。类似的结果也可以在先前的研究中找到;例如,高和刘40)与计测量显示更好的协议在湿润地区比在青藏高原干旱地区。顾et al。28)报道,TRMM V6数据略有高估了在湿季降水和低估了在长江流域降雨在旱季。伊斯兰教和Uyeda [35)表明,V5数据高估了降雨premonsoon期间和在干旱地区,但低估了季风期间,在潮湿的地区。

明显改善卫星降水产品。Montero-Martinez et al。52)进行了一次评估降水估计在一个复杂的地形和海拔高,他们发现2 b31 TRMM数据可用于天气申请地区复杂的地形特征,也作为一种工具在个别降雨事件的诊断其他地区没有其他数据源。而勇et al。32]认为RTV7 RTV6代表实质性改进的低纬度Mishui盆地,这种改进是没有发现在高纬度Laohahe盆地,这表明RTV7降水估计还有很多改进的空间在高纬度地区。

TMPA降水估计的性能与海拔的升高呈下降趋势在不同季节的长江流域。CC值从0.41 ~ 0.93(500以下),0.27 ~ 0.89(500 ~ 4000米高),0.27 ~ 0.50(4000米高)7月在长江上游。许多研究表明,卫星降水有较大的测量不确定性复杂的地形,内陆水体,高纬度地区(40,42),分析高和刘40]发现偏见TMPA和CMORPH弱依赖在青藏高原地形,而Dinku et al。53)表示,卫星降水估计由影响控制。高和刘40推断,正偏压TMPA RT产品在青藏高原可能归因于地形红外观测的影响。此外,Gebregiorgis和侯赛因(54)表示,卫星降雨的不确定性更依赖地形比该地区的气候在某些领域。

5。结论

本研究的主要目的是量化评价不同TMPA降水产品利用雨量计2003 ~ 2010年的数据。我们评估和比较的统计特征RTV6 (V6)和RTV7 (V7)在长江流域。主要研究结果总结如下。

V6和V7中都有类似的空间模式在长江流域降水的偏见和大部分的降水偏见−10%到10%不等。RTV7的性能(V7)降水产品通常比RTV6 (V6)和最佳性能的百分比RTV7 (V7)产品是36.70%(59.85%),而它是21.72%(54.79%)的RTV6 (V6)在整个长江流域。

季风气候可能显著影响长江流域降水评估。TMPA之间更高的CC值可以发现产品和湿期间观察到的降水(CC范围0.75 ~ 0.91)比干旱时期(CC范围0.46 ~ 0.87)在长江流域,和平均CC值之间TMPA产品和观察到的降水是7月份的0.67,为整个长江流域1月份的0.32。

TMPA降水可能的性能受海拔影响的长江流域。TMPA产品的性能的下降趋势与海拔的升高可以找到在不同季节的长江流域。V7之间的相关系数(CC)和观测降水范围0.41 ~ 0.93和0.27 ~ 0.89下面的长江上游500米,高500 ~ 4000米,分别,CC降低0.27 ~ 0.50当站位于4000米高。

本文地址知识差距从先前的研究评估的影响季风气候和海拔的评价TMPA在长江流域降水产品。结果量化评价TMPA基于不同时间尺度的降水产品在长江流域不同区域。这项工作的结果将帮助回答有关性能的卫星降水气候和地形复杂的地区。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文在经济上支持中国的国家重点基础研究发展计划(批准号2012年cb417006)和中国国家自然科学基金(批准号。51190090和41171020)。杰出青年学者基金支持的项目是南京林业大学的开放研究基金项目和水利水电工程科学国家重点实验室(批准号2011年b079)、流域地理科学重点实验室、中国科学院(批准号WSGS2015005)、卫星海洋环境动力学国家重点实验室,国家海洋局第二研究所、江苏省六大人才高峰计划(批准号2015年司法院- 017重点学科)和程序开发江苏高等教育机构(PAPD)。作者要感谢北京的国家气候中心气候提供有价值的数据集。

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