论文总字数：20160字

目 录

1.引言 3

2.研究区域与数据 5

3.精度评价指标与方法 6

3.1精度评价指标 6

3.2精度评价方法 7

4.TRMM融合降水产品的总体精度检验 7

5.结合地形因子的精度分析 9

5.1基于地貌类型的TRMM降水产品精度评价 9

5.2结合高程因子的TRMM卫星融合降水精度评价 16

6.结论 18

参考文献 18

致谢 20

TRMM 3B43融合降水产品的精度适用性分析

管佳

，China

Abstract: Based on the national ground meteorological stations，using four kinds of precision index (BIAS，MRE，R and RMSE) to analyze the precision applicability of precipitation data on TRMM 3B43 V7 version in July between 2001 and 2010．Firstly，by calculating four precision index between TRMM satellite rainfall data and the national ground station，we observed TRMM satellite rainfall data can basically met the research needs．In addition，by dividing the country into nine landforms，this article analyzed the accuracy applicability of the TRMM satellite rainfall data in different landforms．We found that the applicability of TRMM satellite precipitation products in high mountain domain were bad，accuracy of its four evaluation indicators were unsatisfied，especially its BIAS was over 50%，and MRE value in some years even up to 813.65%．Applicability in loess landscape needs to be investigated，because in 2001 its BIAS was over 50% and in 2007 the MRE up to 237.79%．Accuracy Applicability of low mountains were the best and its four precision index value were ideal．The precision evaluation results of several other landforms were moderate．This paper further study the effects of altitude factor on TRMM satellite precipitation products．With increasing altitude，BIAS，MRE value increases and after the first increase the value of R is decreased，and at a lower altitude applicability of high precision areas remains to be investigated．

Key words: Precipitation estimate；precipitation products；precision applicability；TRMM；

1.引言

降水在全球水循环和能量循环的过程中扮演着非常重要的角色^［1］。因此，想要研究不同的时间和空间尺度下的大气循环和水循环过程要求我们能够准确的了解和掌握降水信息。但是，在时间和空间上降水有着强烈的变化，而常规气象台站观测到的降水并不能很好的把握降水的时空分布和强度的变化。此外，受到自然地理环境和人为因素等的限制，地面台站不能覆盖到广大的海洋、无人地区以及地形比较复杂的高原等区域，因此也限制了地面站点观测数据的使用范围。除了通过常规地面台站观测降水，研究者们也通过雷达来获取高分辨率的降水时间和空间分布，以监测区域性地表降水。但雷达也有缺陷，比如它的覆盖范围比较的有限，它的理论比较复杂不太易理解，所以通过它来获取大区域或全球性的降水分布是有一定难度的。除了上述这两种方法，近年来，研究者们还通过利用遥感与地理信息技术来为研究降水提供了新的方法和手段^[2]。遥感卫星数据能够克服地面台站和雷达的覆盖范围有限的缺点，且遥感卫星数据有覆盖范围广、时间和空间分辨率高、不受复杂地形地貌条件还有广大海洋无法设地面观测站的限制等优点。因此，它所提供的降水的时空分布具有很明显的优势，能为实现全球尺度降水的观测^［3］。

卫星降水产品有很多，其中国外的比较出名的有：美国宇航局（NASA/GSFC）的TRMM(Tropical Measurement Mission )系列卫星降水产品TRMM 3B42(V6/RT) 、NOAA/CPC发展的CMORPH(Climate Predication Center Morphing Technique )、GSMaP(Global Satallite Mapping of Precipitation)、Hydro-Estimator(National Environmental Satellite Date Information Service(NESDIS)) 等^［4］；国内比较出名的卫星降水产品有FY气象卫星业务降水产品^[5]。

目前，国内外的有许多学者都对TRMM卫星降水产品进行了大量的评估和分析的工作。大部分的研究工作都是集中对特定的区域进行精度分析。

在国内，学者郝振纯等^[6]（2011年）研究了江河源区TRMM降水产品的适用性，他们发现TRMM 降水数据在青藏地区有比较好的适用性，与观测的数据相对误差较小；刘志军等学者^[７]（2012年）研究在鄱阳湖流域内的川江子流域内 V6和V7两个版本的TRMM 3B42降水产品的适用性。他们的研究结果显示，V6和V7两个版本的TRMM 3B42降水产品的差别比较小，总体上都有点高估降水量。从总体上来说，TRMM 3B42降水产品在该区域的月和年尺度的水文分析方面具有广阔的应用前景。吕洋等学者^[8]（2013年）利用站点实测降水量在雅鲁藏布江流域的不同时间尺度上验证了TRMM 卫星降水数据的精度，并在此基础上分析了他们研究区域的降水时空分布特征。他们的研究发现，总体上，TRMM月降水数据与站点实测降水数据的相关性较高，数据的精度比较高，TRMM降水数据在数值上比站点实测降水量略微偏低。TRMM 的日降水数据与站点实测降水数据相关性一般，数据的精度比较低，与站点实测降数据的一致性比较差。嵇涛等学者^[9]（2014年）利用地面台站实测降水数据对TRMM产品降水数据的精度在川渝地区的不同时间尺度上进行了验证，并进一步分析了高程和坡度对TRMM 3B43降水数据的影响程度。他们经研究发现，TRMM 3B43卫星降水产品估算的年降水量在研究区域平均偏高。TRMM 3B43 与地面台站点的降水数据在季尺度上的拟合优度比较高，但是各个季节的拟合优度之间存在一些差异。 而且，在月尺度上，TRMM 3B43 与地面台站点实测降水数据之间的相关性显著，数据的精度比较高。此外，他们还发现高程因子对数据的精度影响比坡度因子要大，变化特征呈现出三次非线性回归，而且随着高程的增加，相关系数也会随之增大。而坡度因子对降水数据的精度影响相对较小而且变化规律也比较复杂。费明哲等学者^[10]（2015年）研究了V6和V7两个版本的TRMM 3B42 降水产品在鄱阳湖流域内的估算精度，以及在中国南方湿润区TRMM卫星资料的应用前景。他们的研究结果发现，在年降水总量上，V6和V7两版本的降水估算和实测的降水差别不太大，但是在季尺度和月尺度降水上，V6和V7的估算精度有点下降，但V7的结果比V6的要好一点，V7的降水数据与实测降水数据的相关系数比V6的降水数据和实测降水的要高一点。从空间分布上来看，V6和V7两个版本都能描绘出鄱阳湖流域的降水空间格局，但是在部分研究区域，V6的降水数据与实测降水数据的偏差比较大，而V7的降水估算精度有些微的改善。总体上，在鄱阳湖流域内，V7版本估算的降水精度比V6版本有较大的提升。

在国外也有很多学者对TRMM卫星降水产品的精度进行了检验和评估。其中IPWG（the International Precipitation Working Group)对TRMM产品在美国、欧洲、澳大利亚等地区进行了一系列的评估工作^[11]。Berg等^[12]（2002年）利用1999—2000年12年间TRMM卫星产品PR的降水资料对东西太平洋的赤道辐合带间降水结构的差异进行了研究。他们的结果表明:在东西太平洋之间有明显的地区差异,并且这种地区差异有一定的季节和年际变化。Koo 等^[13]（2009年）利用TRMM 3B42的V6版本降水产品对韩国夏季的降雨量、降雨频率还有降雨强度等进行对比分析。他们的研究发现，在日尺度上，TRMM卫星的降雨分布与地面观测站点得到的降水分布具有很强的一致性。H. Feidas等^[14]（2010年）在希腊地区对TRMM 3B42、CMORPH等六种广泛被人应用的卫星降水产品的精度进行了对比分析,他们发现，不同种类的卫星降水产品在他们的研究地区有一定的偏差。相比较而言，在希腊地区TRMM 3B42的适用性更好。Jamandre等^[15]（2012年）研究分析了TRMM 3B42卫星产品在菲律宾地区的适用性。他们的结果发现，在该研究区域TRMM卫星降水产品的适用性比较好,能够很好的描述该区的极端降水事件，但是在菲律宾的北部地区，卫星降水产品的精度比南部的要高。在此基础上，他们得出结论地理位置和所观测的降水强度对卫星降水产品的精度有比较强的影响。Ahmed Kenawy等^[16]（2015年）利用热带降雨测量卫星（TRMM）的多卫星降水分析（TMPA）3B42版本7产品在伊比利亚的东北部进行了评估。他们的评估表明TMPA-3B42产品能够描述研究领域大部分地区的的观测雨量的季节特征，且TMPA-3B42降水量与地面站点的测量值基本吻合。TMPA-3B42的精度在冬季和夏季要比春秋季节的好。空间上，TMPA 3B42在大部分低纬度地区普遍高估，而有些地形复杂的地区存在低估现象。在内陆地区，TMPA 3B42一般表现良好，而沿海地区表现并不突出。

本文以全国为研究区域，利用研究区域内的地面台站点的实测数据与TRMM卫星降水产品的7月份降水数据在空间尺度上进行了对比分析，验证降水产品数据的精度和适用性。在此基础上进一步分析在不同地貌类型（即低山、低中山、高山、高中山、黄土地貌、极高山、平原、丘陵和沙漠）的适用性以及高程因子对降水产品精度的影响。

2.研究区域与数据

本文的研究区域为TRMM在我国的覆盖范围，如图1所示的站点覆盖范围。本文所用的数据包括：地面观测站点降水数据、TRMM降水产品数据和DEM数据。其中（1）地面雨量站实测数据来自于中国气象科学数据共享服务（http://cdc.nmic.cn/），经数据质量检验与预处理后，中国地区六百多个国家基本站观测数据，时间为2001年到2010年。（2）融合降水数据：TRMM数据来自美国NASA地球科学数据和信息服务中心（ftp://disc2.nascom.nasa.g

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