多种降水产品在秦巴山区的精度评估

发布时间：2020-08-25 05:53

【摘要】：作为重要的水文气象变量,降水对气象、气候、水文、生态和地质等多领域的研究均具有重要的理论与实际意义。精确获取降水的时空分布,也是认识水文过程并进行干旱监测、水资源利用开发的基础和前提。秦巴山区是我国重要的南北地理分界线,是800mm等降水量线和亚热带与暖温带的分界线,同时是南水北调中线工程的重要水源地,是天然的动植物资源宝库,其地理与生态意义至关重要。准确而连续的降水资料是该地区进行水资源科学管理的重要基础。随着卫星观测技术以及数值同化技术的长足进步,时空连续性较好的降水产品大量涌现,为传统的点状降水观测提供了有益的补充。但降水产品在不同地区的精度有较大的不确定性,在应用前必须对不同降水产品的适用性进行评估。本文以秦巴山区27个气象站点观测的降水资料为基础,利用降水重心法、相关分析法等对CMORPH、GPCP-2、TRMM 3B43、GPCC、CMFD、ERA-Interim、JRA-55、NCEP/NCAR-1共8种降水产品分别进行了月、季和年尺度的精度对比和分析,为优选适用于秦巴山区的降水产品提供了依据。得到的主要结论如下:(1)从时序变化特征看,大多数降水产品所呈现的降水时空分布与实际较为吻合,尤其是CMFD、GPCC、TRMM 3B43三种降水产品,而ERA-Interim和JRA-55的数值模拟能力仍有待提高;从空间分布上来看,CMFD、GPCC、TRMM 3B43、GPCP-2和JRA-55五种降水产品效果较好,均能呈现出秦巴山区西南地区降水多西北地区降水少的基本空间分布特征,其中,CMFD效果最好;从降水重心的空间位置和移动方向看,大部分降水产品能够反映秦巴山区降水的基本变化趋势,其中以CMFD与实际情况最为吻合,TRMM 3B43和GPCC同样表现较好,而JRA-55和NCEP/NCAR-1与实测降水的差异最大。秦巴山区地面观测降水和各种降水产品均未发现明显的降水梯度。(2)在月尺度上,CMFD在12个月份中均处于高相关和明显相关的范围内,精度为8种降水产品中最高,其次为GPCC、TRMM 3B43、GPCP-2和ERA-Interim,JRA-55和CMORPH表现较差,NCEP/NCAR-1无法在月尺度表现出模拟降水的能力;在季节尺度上,CMFD表现最佳,NCEP/NCAR-1效果最差,其他6种降水产品的精度排序大致为GPCC、TRMM 3B43、GPCP-2、CMORPH、ERA-Interim、JRA-55,此外,8种降水产品在夏季和秋季的表现要优于冬季和春季,可见模拟实测降水的精度高低可能与降水量的多少有一定的关联;在年尺度上,8种降水产品的精度排序由高到低依次为:CMFDGPCCTRMM 3B43GPCP-2CMORPHJRA-55ERAInterimNCEP/NCAR-1。(3)在单个站点尺度上,在不同季节的代表月份中,8种降水产品表现有所差异,综合来看,CMFD、GPCC和TRMM 3B43效果较好,CMORPH和NCEP/NCAR-1始终为8种降水产品中最差,但相较于在时间尺度的整体精度评估来看,NCEP/NCAR-1虽然效果较差,但相关系数等有明显提高;在相对干燥与湿润年份中,GPCC、CMFD、TRMM 3B43和GPCP-2四种降水产品的表现较为稳健,降水差异百分比PPD(Precipitation Percentage Difference)保持在10%以内,而ERA-Interim和JRA-55在湿润年份的表现远优于干燥年份。(4)综合来看,CMFD、GPCC和TRMM 3B43三种降水产品在秦巴山区的适用性较强,而CMORPH和NCEP/NCAR-1则为8种降水产品中最差。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P339;P426.6
【图文】：

示意图,技术路线,示意图,产品

第一章绪论JRA-55、NCEP-1 4 种再分析数据总共 8 种降水产品进行精度评估，本研究的时间范围为 2000-2014 年。之所以选择这 8 种降水产品，是因为它们均可免费通过网络下载得到，且涵盖了较为常用的卫星降水数据和再分析数据，并包括有国内科研机构发起生产的数据。本文从时序变化、空间分布以及降水重心等角度定性分析了 8 种降水产品与实测数据的吻合程度，并利用降水产品探究了秦巴山区的降水梯度，在此基础上利用相关系数 CorrelationCoefficient、相对偏差 RelativeBIAS、均方根误差 RootMeanSquare Error 和平均绝对误差 Mean Absolute Error 等评价指标来定量评估 8 种降水产品在月、季和年尺度上的精度以及在 2000-2014 年期间的相对湿润和相对干旱年的不同表现，并分析了不同产品呈现出不同精度的可能性原因。1.3.2 技术路线本文的技术路线图如下所示：

秦巴山区,概况

第二章研究区概况与数据第二章研究区概况与数据2.1 研究区概况2.1.1 地理位置秦巴山区，即秦岭和大巴山区包括秦岭北坡、南坡、汉江盆地及大巴山北坡，位于中国中部地区（102 54 ~112 40 E，30 50 ~34 59 N），地处西北、西南和中原的交界处，总面积约 22.23 万 km2，东西约跨过 8 个经度，包括陕西省、甘肃省、四川省、湖北省、河南省及重庆市 5 个省市，共 96 个县（市、区）[37]，其位置如图 2.1 所示。

空间分布,秦巴山区,年降水量,空间分布

图 2.2 秦巴山区年降水量和气温的空间分布Fig2.2 The spatial distribution of precipitation and air temperature in Qinling-Daba Mountain2.2 数据2.2.1 地面台站降水观测数据本研究中所使用的地面台站降水观测数据为 2000-2014 年我国逐日降水量数据数据来源为国家气象科学数据共享服务平台，即中国气象局气象数据中心（http://data.cma.cn/）。在本文的研究区域秦巴山区范围内，共有地面台站 27 个。对地面观测数据已经预先做了人工质量控制。虽然地面观测台站所测得的降水具有其不可忽视的误差，但仍是目前最为直接和最可信赖的降水测量方式[45,46]。因此，在本研究中，以地面台站降水观测数据为真实降水量作为参考和依据[47]。此外，在 27 个地面台站中，有 9 个虽然以整年出现，但

【参考文献】