塔里木河流域TRMM降水数据精度评估

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降水是全球能量和水循环的重要组成部分之一,在不同时空尺度的大气循环中扮演着不可或缺的角色,不同地区降水对全球气候变化的响应是十分明显的,所以正确描述区域降水对人类的生产生活有着极其重要的意义。地面气象站点观测可以精确测量一个地区的降水量,然而,受到经济、地形、海拔、交通等诸多因素的限制,气象站往往架设在平原地区,且密度不大,尤其在山区和沙漠等地形复杂地区布设的站点稀少,且存在着时间和空间不连续等缺陷,所以如何正确描述全球和区域降水特征成为一个难题。TRMM卫星的出现为解决观测站点稀疏地区的降水问题提供了重要支持。TRMM卫星数据作为有效的替代品,其覆盖面积广,在时间和空间上观测较为连续,使估算区域降水量和研究各种尺度天气系统方面得到了很大发展。  本文以塔里木河流域为研究靶区,以地面站点测量的降水数据为真实值,从不同时间尺度,分析了塔里木河流域不同区域下TRM3B42和TRMM3B43降水数据的精度以及误差分布情况,并通过挑选出均一化降水数据,分析了TRMM数据由于自身空间尺度所带来的影响,对TRMM数据在塔里木河流域降水精度估算进行了评估。得到的主要结论有以下几点:  (1)TRMM3B43卫星数据对塔里木河流域所有站点的年均降水量拟合较好(R2=0.8846),流域内24个站点平均年降水量相对偏差为19.02%,其中60%的站点表现为TRMM3B43年降水量高于地面实测年降水量。在塔里木河流域内TRMM卫星数据在相对低海拔的地方(1200 m以下)年降水量表现为高估,在相对高海拔(1200m以上)的地方大多表现为低估,这可能与TRMM3B43卫星对不同海拔和地形的降水探测能力不同有关。  (2)塔里木河流域24个气象站点位置TRMM3B43月降水数据与测站记录的月降水量14a平均值对比结果表明,TRMM3B43数据对降水的估计能够体现各个月份的降水情况。大部分站点拟合优度很好或者较好,但也有个别站点较差(于田、且末、乌恰)。  (3)就季节而言,春季拟合效果最好,夏季和秋季的TRMM3B43降水数据存在低估问题,而冬季则偏高估。流域降水主要集中于夏季,冬季降水较少。每年冬季,最大降水区域由流域西部向北偏移,到夏季分布于流域北部,到秋季最大降水区域开始向流域西北部恢复。  (4)塔里木河流域的降水量分布为由东南向西北地区递增,并在流域西北边缘地区增加较显著,形成一个相对丰水带;而向沙漠腹地方向延伸的降水量则呈减少趋势。总得来说,时间尺度越大,一部分误差被抵消,TRMM3B43数据表现得越准确。TRMM3B43数据在流域年降水量的精度大于季度降水量,而月降水量的精度相对最低。  (5)分析TRMM3B42数据在塔里木河流域24个气象站点对应位置的降水事件探测能力。大部分站点TRMM3B42数据对降水事件的发生存在系统性高估,流域北部相对于南部TRMM3B42正确探测降水事件的比例要高,而流域南部TRMM3B42的错误探测降水事件的比例要高。  (6)相比之前的一些研究,塔里木河流域的TRMM3B42日降水数据精度较差,这可能和塔里木流域复杂的下垫面有关:流域内山区、平原、盆地均有分布,地形复杂多变,海拔高度变化明显,地表植被覆盖更是差异巨大。受到不同下垫面的影响,会对卫星数据的反演产生较大的影响。  (7)TRMM3B43和TRMM3B42的检验结果对比可以发现,TRMM3B43月尺度数据无论在相关系数,还是相对偏差方面,都要明显优于TRMM3B42日尺度数据。  (8)各站点均一化降水数据相比均一化前降水数据表现出更好的拟合度,更小的误差,说明TRMM数据由于自身空间尺度问题对其精度评估有着一定的影响。在一定空间范围内的均一化降水事件更能体现出TRMM3B42数据在对应地面降水站点的准确程度。
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