多源卫星遥感降水产品在平塘流域的降尺度校正及径流模拟应用研究

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多种卫星遥感降水产品的发布为降水观测领域提供了新的降水数据来源,但不同卫星遥感降水产品受区域地理位置、气候特征和地形地貌以及反演算法等因素的影响,导致它们在不同区域的精度表现各异,应用于小流域时还存在空间分辨率过于粗糙的问题。本文以平塘流域为研究区,选取现阶段最新且拥有高时空分辨率的GPM、GSMAP和MSWEP三种卫星遥感降水产品为研究对象,首先运用多个精度评价指标分析三种卫星遥感降水产品的时空精度特征和对流域极端降水的反演能力;然后对三种卫星遥感降水产品进行降尺度校正;最后探究三种卫星遥感降水产品及其降尺度校正降水数据在平塘流域的径流模拟应用效果。本文研究得到的主要成果如下:(1)GPM、GSMAP和MSWEP在平塘流域的精度表现各有优劣。时间尺度上,GPM和GSMAP在误差控制方面比MSWEP表现更好,但三者均存在随时间尺度累加出现误差累积现象。空间尺度上,三种卫星遥感降水产品均能较为准确地表达平塘流域降水的空间分布特征,但均低估了流域实际降水量。降水事件识别能力上,GPM和GSMAP对雨季降水事件的识别能力较好,MSWEP的降水事件识别能力较弱,呈现高命中率的同时伴随高误报率,因此MSWEP不适用于平塘流域降水事件识别方面的研究。(2)三种卫星遥感降水产品均低估了流域的极端降水日数,其中MSWEP对大部分极端降水指数的表征均与站点降水数据相差较大,无法得到较好的极端降水反演效果。GPM和GSMAP对流域极端降水指数的反演能力好于MSWEP,但GPM和GSMAP对不同极端降水指数的表征也各有优劣,因此选取卫星遥感降水产品进行流域极端降水反演研究时需谨慎。(3)分别对GPM、GSMAP和MSWEP进行降尺度校正,得到的DCGPM、DC-GSMAP和DC-MSWEP与站点降水数据之间的相关性显著提高,误差也得到明显改善,结合了点面测量降水的优势,对流域的降水空间分布刻画更加细致,提高了流域逐日降水估计的精度,表明降尺度校正是有效的。DC-GPM和DC-GSMAP对降水事件的识别能力大幅度提升;而DC-MSWEP呈现较高的命中率和误报率,降水事件识别能力较差。整体来看,DCGSMAP具有最低的均方根误差和较小的偏差,具有相对较好的误差表现。(4)依据栅格新安江模型的径流模拟结果可知,GPM、GSMAP和MSWEP的径流模拟均能捕获流域出口实测径流量的时间变化特征,但均低估了实测径流量,而且峰值模拟效果不佳。DC-GPM、DC-GSMAP和DCMSWEP的径流量模拟曲线与实测径流量和峰值流量曲线吻合较好,低估情况得到了改善,表现出了较好的径流模拟性能。所有降水产品的月尺度径流模拟效果均好于日尺度,但两种时间尺度的径流模拟均存在一定的偏差。总之,降尺度校正降水数据在平塘流域径流模拟中具有更高的应用价值,尤其是DC-GSMAP的模拟结果具有较高的纳西效率系数(NSE)和最低的偏差(RB),在平塘流域径流模拟方面具有较大的应用潜力。
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