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格点化降水产品的可信度在环境和水文科学应用中非常重要,尤其是在缺少观测的山区。本研究系统性评估了主流再分析资料,高分辨率区域气候模拟资料和卫星遥感降水数据产品在尼泊尔地区(喜马拉雅山南坡)的时空变化特征。再分析数据包括ERA-Interim,不经校正的MERRA-2产品(MERRA-NC)和经雨量筒校正的MERRA-2产品(MERRA-C),ERA5。高分辨率区域气候模拟资料为HAR。卫星产品包括不经校正的GPM-IMERG产品(IMERG-UC)和经过雨量筒观测校正的GPM-IMERG产品(IMEEG-C),以及不经校正的GSMaP产品(GSMaP-MVK)和经过雨量筒观测校正的GSMaP产品(GSMaP-Gauge)。对于再分析数据和高分辨率区域气候模拟资料,主要在月尺度上进行了气候态的评估。对于卫星降水数据,我们基于日降水数据同时还给出了统计得分指标。主要结果如下:
再分析数据能够很好地反映尼泊尔降水季节变化特征以及季节变化特征在尼泊尔东部和西部的区域差异。这一特征体现的是季风控制的季节降水强度在一年中不同月份的分布。新发布的ERA5数据的空间分布与观测的吻合最好(空间相关系数最高)。HAR和ERA-Interim的偏差和均方根误差比其他资料更小。在高海拔山区,HAR的表现最好,说明模式高分辨率对降水模拟的准确性非常重要。更高分辨率能够更多地解析下垫面地形起伏,更好地模拟环流和近地面的水热交换作用,这一作用在喜马拉雅山南坡地形起伏较大的山区尤为明显。在低海拔相对平坦地区,再分析资料的表现非常接近,并且与观测吻合相对较好。因为在制作再分析数据的过程中,模式同化了其它大气状态物理量(比如风速,温度,湿度等),因此间接改进了对降水的模拟。同时,与观测数据相比,较高分辨率的数据(ERA5和HAR)能够很好地再现降水随海拔的梯度变化,而这一变化特征在MERRA-2和ERA-Interim中并不明显。总的来讲,HAR的数据表现最好,ERA5次之,其他数据相对差些。这一顺序也与他们各自分辨率从高到低排序一致。
高分辨率的卫星降水数据尽管有系统性的低估,但基本能够反应尼泊尔降水的主要时空变化特征。虽然校正后的GSMaP降水表现较好,但是也系统性高估了微量降水,低估了高强度降水。用地面观测数据校正后的卫星产品表现较好,与观测更为一致(评估指标表现更好),原因是IMERG-C和GSMaP-Gauge分别融合了GPCC和CPC的月尺度和日尺度的降水观测数据。校正后的IMERG的高海拔低强度降水更可信,校正后的GSMaP的低海拔高强度降水更可信。基于日降水的统计得分指标表明,所有的卫星降水数据对有无降水事件的探测准确度均较高(准确率大于70%)。总体而言,校正后的GSMaP产品可信度更高。
本工作首次利用尼泊尔415个站的观测降水数据系统性地评估了新发布的再分析资料、高分辨率区域模拟资料和新一代卫星降水产品的精度,并基于上述数据分析了喜马拉雅南坡中段尼泊尔的降水时空分布特征。希望能够为以后的区域气候,水文,灾害预报等研究提供一定的科学依据。
再分析数据能够很好地反映尼泊尔降水季节变化特征以及季节变化特征在尼泊尔东部和西部的区域差异。这一特征体现的是季风控制的季节降水强度在一年中不同月份的分布。新发布的ERA5数据的空间分布与观测的吻合最好(空间相关系数最高)。HAR和ERA-Interim的偏差和均方根误差比其他资料更小。在高海拔山区,HAR的表现最好,说明模式高分辨率对降水模拟的准确性非常重要。更高分辨率能够更多地解析下垫面地形起伏,更好地模拟环流和近地面的水热交换作用,这一作用在喜马拉雅山南坡地形起伏较大的山区尤为明显。在低海拔相对平坦地区,再分析资料的表现非常接近,并且与观测吻合相对较好。因为在制作再分析数据的过程中,模式同化了其它大气状态物理量(比如风速,温度,湿度等),因此间接改进了对降水的模拟。同时,与观测数据相比,较高分辨率的数据(ERA5和HAR)能够很好地再现降水随海拔的梯度变化,而这一变化特征在MERRA-2和ERA-Interim中并不明显。总的来讲,HAR的数据表现最好,ERA5次之,其他数据相对差些。这一顺序也与他们各自分辨率从高到低排序一致。
高分辨率的卫星降水数据尽管有系统性的低估,但基本能够反应尼泊尔降水的主要时空变化特征。虽然校正后的GSMaP降水表现较好,但是也系统性高估了微量降水,低估了高强度降水。用地面观测数据校正后的卫星产品表现较好,与观测更为一致(评估指标表现更好),原因是IMERG-C和GSMaP-Gauge分别融合了GPCC和CPC的月尺度和日尺度的降水观测数据。校正后的IMERG的高海拔低强度降水更可信,校正后的GSMaP的低海拔高强度降水更可信。基于日降水的统计得分指标表明,所有的卫星降水数据对有无降水事件的探测准确度均较高(准确率大于70%)。总体而言,校正后的GSMaP产品可信度更高。
本工作首次利用尼泊尔415个站的观测降水数据系统性地评估了新发布的再分析资料、高分辨率区域模拟资料和新一代卫星降水产品的精度,并基于上述数据分析了喜马拉雅南坡中段尼泊尔的降水时空分布特征。希望能够为以后的区域气候,水文,灾害预报等研究提供一定的科学依据。