TRMM/GPM和Stage IV降水产品在小流域水文模拟效用评估

以地面观测降水作为参照,在美国俄克拉荷马州Little Washita River流域,对比分析了TRMM 3B42 V7,GPM-IMERG卫星降水和Stage IV雷达降水的精度,并用这3种降水产品驱动CREST分布式水文模型,评估了其水文模拟效用.研究表明:3种降水产品与地面降水的相关系数均大于0.5,通过了0.05置信水平检验;GPM-IMERG和TRMM3B42 V7卫星降水对无雨和微雨存在低估,对大雨和暴雨存在高估;总体上,Stage IV降水精度最好,其次GPM降水精度优于TRMM 3B42 V7.在水文模拟效用评估中,设定相同率定期,分别使用3种降水产品率定CREST模型参数,得到率定参数集后,在相同验证期对流域日径流过程进行模拟.对比结果表明:Stage IV雷达降水在小流域水文模拟中效果最好,GPM-IMERG次之,TRMM 3B42 V7模拟效果不理想.     

多源卫星降水产品在不同省份的精度评估与比较分析

基于地面格网降水产品CGDPA,利用4个统计指标、分类度量等方法评估和比较CHIRPS、CMORPH-BLD、PERSIANN-CDR、TRMM 3B42V7卫星数据源在不同省份不同尺度的降水监测能力。结果表明:①江西月降水量最大值在6月份,其余在7月份达年内最大值;TRMM 3B42V7在不同省份捕捉月降水的性能最好。②从降水量及相关系数分析,TRMM 3B42V7在5省均较好的估计四季降水。③卫星降水产品与CGDPA的相关性在低降水地区较弱,在高降水地区较强;根据相关系数空间分布和箱线图,PERSIANN-CDR相对适用于新疆、吉林,TRMM 3B42V7较适用于陕西、江西以及云南。     

五种卫星降水产品在沿海流域多时空尺度的综合精度评估

基于九年实测资料,为验证GPM第六版本的3个子产品(IMERG-E,IMERG-L,IMERG-F)和TRMM七版本的两个子产品(TMPA-3B42,TMPA-3B42RT)的适用性,在南流江流域上进行了多时空尺度的精度评价.结果表明,①对流域和站点来说,IMERG产品在日尺度上的相关性(CC)和稳定性(RMSE)优于...     

气候变化下浙江省极端降水时空变化研究

基于CMIP5的18个GCMs模型,通过LARS-WG降尺度模型获得降雨数据,计算了2041-2070年在RCP4.5和RCP8.5两个情景下的11个极端降雨指数,并通过贝叶斯平均法获得两个情景下的集合值,分别与浙江省1971-2000年实测数据的极端指数计算结果进行对比分析,最后探讨了浙江省2041-2070年极端降水时空变化特征,结论如下:(1)浙江省的降雨量在2041-2070年间趋于集中化,整体向极端降雨量和降雨日数增加的方向发展。其中强降雨量R95pTOT和极强降雨量R99pTOT相对基准期的变化最具代表性,上升幅度最大;中雨日数R20 mm和大雨日数R30 mm上升幅度明显高于小雨日数R10 mm。(2)全省降雨在空间分布上趋于极端化,极端降雨由东部沿海向西部递减,东部沿海地区未来极端降雨强度和频率相对其他地区增加明显;(3)RCP4.5和RCP8.5排放情景下极端降雨指数相对基准期的变化相似,相较之下,RCP4.5排放情景下降雨强度和频率增加更为明显,说明该情景下发生极端降雨事件的概率更大。     

松花江流域极端降雨变化对流域输沙量的影响

基于松花江流域及其周边共43个气象站点1960—2014年逐日降雨数据及佳木斯水文站输沙量数据,采用Mann-Kendall非参数趋势分析方法、小波周期性分析和双累积曲线法,分析了流域内7个极端降雨指数和输沙量的动态变化趋势,在此基础上定量评估了流域极端降雨变化对输沙量的影响。结果表明:1960—2014年间,松花江流域7个极端降雨指数(最大1 d降雨量(RX1day)、连续5 d最大降雨量(RX5day)、降雨强度指数(SDII)、大于95%分位值强降雨量(P95pTOT)、大雨量(HP)、暴雨量(RSP)和汛期降雨量(FSPTOT))皆呈阶段性波动变化,存在16~20 a的大周期和5~6 a的小周期变化特征,但近55 a各极端降雨指数整体上呈不显著的变化趋势;期间佳木斯水文站输沙量的变化趋势与7个极端降雨指数的变化趋势类似。松花江流域各极端降雨指数与输沙量均存在极显著相关性(p0.01),其中RX5day、P95pTOT与输沙量的相关性最显著。双累积曲线分析显示,流域输沙量与各极端降雨指数关系的突变点均发生在1977年。与基准期(1960—1977年)相比,1978—2014年松花江流域各极端降雨指数对输沙量变化的影响在3.09%~15.24%之间,其中SDII变化对输沙量的影响最大(15.24%),其次是FSPTOT(14.81%)和RX5day(14.34%)。     

卫星降水产品在遂川江流域可能最大降水估算中的应用

为探索估算缺资料地区可能最大降水量的新途径,以遂川江夏溪水位站以上流域为研究区域,基于CMORPH、CHIRPS、MSWEP和TRMM 3B42V7四种卫星降水产品和流域雨量站降水资料,对卫星降水数据进行了精度评估。选用精度较好的MSWEP和TRMM 3B42V7数据,采用改进的统计估算法推求流域面平均可能最大1 d降水量,所得结果分别为311.9和321.7 mm。作为参照,同时还依托较丰富的水文气象测站资料,采用水汽效率放大法求得可能最大1 d降水量为338.3 mm。比较两种途径的可能最大1 d降水量估算成果,相对偏差在8%以内,表明在缺资料的情况下,基于卫星降水产品估算可能最大降水量有着良好的应用前景。     

多源数据融合对IMERG降水产品的改进

全球降水测量计划的最新卫星降水产品(Global Precipitation Measurement,GPM)虽然提供了更精细的空间分辨率,但是受限于地形、气候等自然因素,GPM(IMERG)产品在不同区域仍存在较大的系统偏差和随机误差,因此在水文应用方面通常需要预先校正。以渭河流域为典型示范区,选取2014年4月至2015年12月的地面实测降水数据为参照值,引入由遥感土壤水分数据反演的降水数据集SM2RAIN-CCI,通过加权最小二乘估计的融合方法提升IMERG的数据质量,并在日尺度上对IMERG产品和融合数据进行评估分析。结果显示:在站点尺度上,尽管BIAS的提升有限,但融合数据的CC和RMSE都有明显改善,特别在流域中低纬度区域融合效果良好;比较时间序列上的流域逐日平均降水量,融合数据能有效减小统计误差;在空间分布上,融合数据的各项统计误差较原始IMERG数据均有较大的改善。     

遥感降水量产品寒区精度评估与径流模拟适用性研究

采用地面雨量站观测的降水量为基准数据,以寒区呼兰河流域作为典型研究区,评估了TRMM(Tropical rainfall measuring mission)最新一代卫星降水量产品3B42V7、3B42RT以及CHIRPS(Climate hazards group infrared precipitation with station data)、基于地面降水量插值获得的IDWP降水量数据在日、月、季度和空间尺度上的精度。利用站点和卫星2种降水量数据驱动SWAT模型,采用SUFI-2算法计算模型并考虑模型参数的敏感性,进行日流量过程模拟,评估了多卫星降水量产品在流域水文模拟和预报中的应用能力。研究结果表明:流域日平均尺度上,3B42V7、3B42RT、CHIRPS分别高估地面降水量5.43%、41.24%、3.37%。3B42V7在流域日、月、季度时间尺度上很接近地面观测降水量。3B42RT的日降水强度累计概率分布与雨量站较为接近。3B42V7和CHIRPS在率定期和验证期的日流量模拟效果均较好,NSCE率定期为0.77、0.84;验证期为0.67、0.56。3B42RT对流量峰值的模拟较差。可考虑采用TRMM 3B42V7和CHIRPS作为基础降水量资料应用于寒区水资源管理、干旱监测和洪水预报等相关研究。     

基于全球卫星降水数据的暴雨时空分析方法研究

由于我国降雨时空分布极不均衡、空间分布范围较广和暴雨相对集中等特点,因此,如何快速准确地对大范围区域内的暴雨特性进行分析具有关键作用。结合最新在线运行的全球卫星降水数据(GPM IMERG),综合利用EOF方法、快速时段累积雨量提取和空间数据插值等方法,提出了一种基于卫星数据的暴雨分析方法;在湖北省范围内对数据进行适用性评价后,进一步开展了方法应用研究,其结果表明:(1)基于全球卫星降水数据(GPM IMERG)在湖北省范围内适用性良好,相关系数在日尺度上达到了0.759;(2)EOF(经验正交函数分解)分析方法所识别的关键模态对暴雨中心分布具有指示作用;(3)基于全球卫星降水数据(GPM IMERG)在快速时段累积雨量提取和空间数据插值法所得出的暴雨中心与EOF的某一个关键模态在暴雨空间上分布一致。本文提出的方法可为地面雨量站缺乏地区的暴雨分析提供理论基础和科技支撑。     

多源遥感降水评估及其在水文模拟中的应用

多源遥感降水产品为无资料或缺资料地区的水文过程模拟提供了新的高质量的数据来源。以美国爱荷华州Iowa-Cedar中型流域为例,基于地面雨量站降水数据CPC-U定量评估了5种多源遥感降水产品(NLDAS2、Stage IV、TMPARP、TMPART和IMERG)的精度,并结合分布式水文模型DRIVE(Dominant river tracing-Routing Integrated with Variable Infiltration Capacity Environment)进行了水文效用评估。研究表明:①NLDAS2和Stage IV都能很好地捕捉降水事件,与CPC-U具有良好的一致性,其次是IMERG和TMPARP,日尺度上相关系数达到0.63~0.80,偏差为-0.21%~15.37%,探测率为0.61~0.74,而TMPART产品精度较低;②采用不同降水数据驱动分布式水文模型进行径流模拟,NLDAS2和CPC-U表现效果最好,纳什效率系数分别为0.82和0.8,其次是Stage IV和TMPARP,纳什效率系数分别为0.79和0.63,而IMERG和3B42RT表现较差,纳什效率系数分别为0.46和-1.09。对比结果表明,NLDAS2、Stage IV降水产品精度评估表现较好,适合在Iowa-Cedar流域进行水文模拟应用,其次是TMPARP和IMERG,但IMERG水文效用评估相对较差,说明多源遥感降水数据融合产品更适合于水文模拟应用。     

Extreme rainfall indices and its impact on rice productivity—A case study over sub-humid climatic environment

Frequent occurrences of extreme rainfall events create severe threat to agricultural production. This is one of the most significant consequences of global warming due to increase in greenhouse gases. A precise understanding of frequency and magnitude of these events and its influence on agricultural productivity can extensively help in policy decisions and planning agricultural as well as water management operations. This study has analyzed observed trends in extreme rainfall indices during monsoon months as well as seasonally at four stations located over different agro-ecological zones of Bihar, namely Samastipur (zone-I), Madhepura (zone-II), Sabour (zone-IIIA) and Patna (zone-IIIB). Mann-Kendall nonparametric test was employed for detection of trends and the slopes of the trend lines were determined using the method of least square linear fitting. Since rice is the important crop in this part of the region, the vulnerability of extreme rainfall indices on productivity also analysed using simple correlations. All the sites show an increasing trend of number of days with rainfall 10.0 cm or more (very heavy precipitation event) during monsoon season. Sabour shows a significant increasing trend of 0.4 and 0.6 day/decade, respectively during monsoon and annually. During September, occurrence of heavy precipitation events over Madhepura recorded a significant positive trend of 0.4 day/decade. Highly significant magnitudes of increasing trends were noticed for Madhepura (46.6 mm/decade) and Sabour (27.5 mm/decade) for occurrence of highest five-day total precipitation during monsoon season. The results show statistically significant positive trends of number of days with rainfall > R2.5 cm for all the study sites during August. All the sites, the magnitude of highest 1-day and 5-days maximum rainfall is showing increasing trend. Increasing trends of fraction of rainfall due to extremely wet days is also showing increasing trend in all the sites. The rice productivity showed 10th degree polynomial technological trend in all the sites and steady increase in all the sites except Samastipur. The correlation between extreme rainfall indices during monsoon season and productivity anomaly index indicate that almost all the extreme rainfall indices contribute positively to rice productivity except P95pTOT and R99pTOT over Sabour and R7.5 cm over Patna. If we assume the observed increasing trends in different extreme rainfall indices will continue, as estimated by the global circulation models, the chances of occurrence of intense rainfall events in near future will also increase proportionally and efforts should be made to prepare detailed site specific—at least at district level—disastrous management plan especially to reduce impact of extreme rainfall event on agricultural production system under changing climatic scenarios.     

湖南省资水流域极端降水量时空变异特征及重现期极端降水量的推算

【目的】为了解湖南省资水流域各国家气象站1960—2016年年最大日降水量、年最大过程降水量的时空变异特征。【方法】利用经验正交函数(EOF)分解、空间自相关分析、线性倾向估计法、Mann-Kendall检验、复Morlet小波变换等方法,并基于数理统计方法推算了一定重现期各站点极端降水量值。【结果】①资水流域极端降水量空间上存在"北多南少、西多东少"的特征,地处迎风坡的站点极端降水量值较大,盆地、背风坡处的站点极端降水量较小,极端降水量EOF分解特征向量主要存在3种典型模态,南—北型、西北—东南型和全局型;20世纪80年代后年最大日降水量空间上存在一定的集聚倾向,尤其是2000年后集聚趋势十分显著,表现为明显的两极分化特征,年最大过程降水量则表现出一定的空间负相关性;②流域平均极端降水量呈增加趋势,年最大日降水量气候增长率为2.8 mm/10 a,20世纪80年代后期—20世纪90年代初期是极端降水量突变阶段,空间自相关性和变化趋势均存在显著变化;上游地区极端降水量存在准周期变化规律,准周期为10 a左右;③50 a以上重现期极端降水量分布与极端降水量EOF分解特征向量分布形态高度一致;极端降水量大的站点,其极端降水量随重现期显著增加,极端降水量小的站点,其极端降水量随重现期增加变化不明显。【结论】近年来频发的厄尔尼诺现象与资水流域极端降水量时空变异特征关系密切,其中的具体关联有待进一步研究。     

淮河流域极端气候事件非平稳特征研究

气候变化和人类活动导致极端气候事件呈现非平稳性,传统的平稳性分析方法已不能正确揭示气候极值的真实时空分布规律。利用淮河流域1960-2018年日值气温和降水数据,对极端气候事件指数平稳性特征进行判定,采用非平稳广义极值分布(GEV)和广义帕累托分布(GPD)解读极端气候事件的空间分布特征。主要结果为:①低温极值中,超门限最低气温(Tmingpd)和1日最低气温(Tnn)表现出显著增加趋势,变化幅度分别为0.16 d/a和0.04℃/a。超门限最高气温(Tmaxgpd)、1日最高气温(Txx)、超门限降水(Pregpd)和1日最大降水量(Rx1day)均表现为不显著变化;②不同的平稳性检验方法会导致气候极值序列存在一定的平稳性差异,总体上Tmingpd和Tnn在淮河流域表现为非平稳性,Pregpd和Rx1day表现为平稳性,Tmaxgpd和Txx表现相对复杂,平稳性和非平稳性同时存在;③低温极值(Tnn、Tmingpd)30年重现水平从南向北变化,反应纬度地带性规律;高温极值(Txx、Tmaxgpd)从东部向西部减少,反应海洋对陆地气温的调节作用;降水极值(Rx1day、Pregpd)30年重现水平从东南向西北递降,反应东亚季风的逐步减弱。该研究可以进一步提高对极端气候事件时空规律的科学认识,为流域水资源管理和区域防灾减灾提供科学依据与理论支撑。     

基于GIS空间插值的降水分布模拟方法比较研究

为了获取区域最优插值方案,模拟降水空间分布信息,基于1960-2015年湖南省87个气象站点资料,利用ArcGIS 10.2软件平台,采用克里金法、反距离权重法、样条函数法和趋势面法对研究区近56 a年均降水量进行空间插值,通过比较各插值方法的插值精度获得适合区域的插值方法,并分析了研究区降水空间分布特征。结果表明:湖南省降水空间插值受多因素影响,具有不确定性。交叉验证显示幂值为4的反距离权重法插值精度较高,基于TENSION模型的样条函数法次之,基于三角函数模型的克里金法精度略差,阶为2的趋势面法插值精度最差,然而4种插值方法一定程度上均能反映湖南省年降水量的空间分布特征。此外,不同插值方法插值结果存在差异性,其中,普通克里金法插值面较为粗糙,反距离权重法和样条函数法插值面较为光滑,趋势面法插值结果较为单调。     

贵州中部地区黄壤地表坡度对降雨资源化的影响

2001年6月~2003年7月期间在贵州省修文县设置的径流观测试验表明,坡地黄壤径流与降雨同步,坡地黄壤径流系数大,资源化水平低;随坡度增大,农田系统对降雨的资源化水平降低。黄壤坡地径流与产流降雨间表现为Rs=-a+bP-cP2+dP3的函数关系,黄壤坡地降雨资源量与产流降雨间则呈现为Pe=a+bP+cP2-dP2的函数关系。作物种植对黄壤坡地降雨资源化具有重要的耦合作用。     

加权马尔可夫链在铜川地区降水量预测中的应用

为了全面分析铜川地区降水的时间分布特征,为该区域水资源预测提供依据,基于铜川市1960—2013年年降水量资料,采用样本均值-均方差分组方法,确定了其分级标准及状态,并根据马尔可夫理论,运用统计学原理,验证了该降水序列具有马尔可夫性,建立了适用于该地区的加权马尔可夫链对降水量的预测模型,并根据已有资料验证了预测结果的真实有效性;再结合模糊集理论的级别特征值,对降水量做了具体预测。结果表明,采用1~5阶时间步长预测时,相对误差较小,更符合要求;2014、2015年均为正常年,2014年的降水量为585.82 mm,2015年的降水量为649.21 mm;正常年和偏枯年出现的概率较大,枯水年出现的可能性最小。     

基于无人机可见光与激光雷达的甜菜株高定量评估

甜菜株高可用于估算根系生物量、指示水分胁迫,还可作为甜菜氮含量和产量的有效指示因子,是育种者和农田管理者评估大田甜菜生长状态的重要参数。本研究以186个不同基因型的大田甜菜为研究对象,探究无人机分别搭载可见光(RGB)相机与激光雷达(Li DAR)系统对大田作物株高估算的精度差异,并与田间测定值进行比较。结果表明,基于无人机Li DAR系统估算的株高与实测值的相关性高于无人机搭载RGB相机估测的相关性。进一步对点云进行分层分析,比较点云在冠层内分布的差异,结果表明,对于作物生长后期群体冠层封闭时,无人机Li DAR系统相较于无人机搭载RGB相机系统能重建更为完整的冠层三维结构。