基于VIC模型的卫星降水产品在赣江流域的应用研究

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降水是重要的气象要素之一,它对生态循环和水文循环具有直接影响,更直接影响到人们的日常生活。因此,对降水进行定量降水估计具有重要的现实意义。在进行水文过程模拟时,降水数据的质量好坏会直接影响模拟的结果。传统基于雨量站的降水估计方式并不能满足复杂地形和获取大范围降水数据的需求。随着气象卫星遥感降水测量技术的迅速发展,由于其覆盖范围广、数据获取方式便捷的优势,受到众多相关领域的学者青睐,基于遥感的定量降水估计产品广泛应用于大范围区域的水文研究中。目前使用最广泛的遥感降水产品是于1997年发射的TRMM卫星降水估计产品。该产品从发射以来算法经过不断的改进,在全球的降水估算中都具有较高的精度,是全球尺度分辨率较高的降水数据,为水文模拟的研究提供了便利。但其在2015年已经退役,接替者GPM降水产品在其原来的基础上做了更新,但是目前的最新版本产品IMERG V06B降水产品的使用并不多,其算法还不够成熟,但其覆盖范围更广,分辨率更细,也是相关领域的学者们看好的降水产品之一。赣江是江西省内最大的河流,其为南北流向,穿过整个江西的南北境内,赣江流域的地形地貌格局丰富,流域的水文问题是一直以来关注的重点,因此在赣江流域进行水文水资源的研究具有一定的现实意义。本文主要是在赣江流域内进行了GPM/IMERG的Final和Early产品的降水捕捉能力评价及其基于VIC水文模型的应用研究。以地面站点的观测降雨数据和流量数据作为对应的标准数据,同时使用TRMM V7产品数据作为对比数据,首先对遥感降水数据进行降水估算研究,再驱动VIC水文模型进行降水数据在赣江流域的径流模拟精度,同时评估降水产品及水文模型在该地区水量平衡的应用能力。本研究的主要结论如下:(1)在日降水方面,经过包括降水的空间分布和多种统计的精度评价发现Final、Early、TRMM三种产品中,Final的表现最好,与标准数据的吻合度最高,其偏差程度都小于10%。Early对研究区的降水空间分布特征捕捉能力较差,估算的日降水量与标准数据的偏差较大,质量不如Final。(2)在年月日不同时间尺度上进行了三种降水产品的降水估算。在每个时间尺度上,Final仍然是具有最优的估算精度,而Early在降水精度估算中稍差强人意。但值得注意的是,TRMM在很多的时候估算精度与Final较为相似。(3)分布式水文模型VIC模型在赣江流域具有适用性,以标准降水数据模拟的径流精度较高,纳什系数达到0.75以上,与水文站点的实测数据趋势一致性较强,VIC模型可以在该流域进行径流模拟。用三种降水产品驱动VIC模型进行径流模拟并与实测数据比较发现,Final在赣江流域的模拟效果最佳,其径流模拟与标准数据的偏差为1.10%,相关系数高达0.85,NSCE=0.7,与实测标准降水数据的径流模拟结果很相似。另,即使TRMM和Early产品模拟结果的检验系数差于Final,但仍能基本反映出研究区内水文站点的径流趋势。(4)利用探测率(POD)、误报率(FAR)、临界成功指数(CSI)、相关系数(CC)、相对偏差(RB)、均方根误差(RMSE)等指标对三个卫星产品降水资料的径流模拟结果进行不同阈值的评价,发现各评价指标图像趋势相似,其中Final最优,TRMM次之。通过Final、Early、TRMM三种降水产品的降水估算和径流模拟结果比较,结果表明,Final在赣江流域具有较好的适用性,TRMM亦然。它们基本能捕捉赣江流域的日降水和月降水,但是在模拟水文过程中仍然存在一定的误差。这表明IMERG产品仍需要进一步改进,以获得更精准降水捕捉能力。
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