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基于卫星降水产品的洪水预报潜力研究

任沛圳  
【摘要】:洪水预报能帮助人类科学高效地管控洪水资源。卫星降水产品作为一种新型的降水数据来源,打破了时空限制,对无资料或少资料地区开展洪水预报研究极为重要。本研究以滦河潘家口水库上游流域(半干旱半湿润地区)为研究对象,评估了三种卫星降水产品(TRMM 3B42RT、TRMM 3B42和PERSIANN)的精度。并将卫星降水产品作为HEC-HMS水文模型的降水输入,进行了洪水模拟,探讨卫星降水产品应用于洪水预报的潜力。主要研究内容及成果如下:(1)采用相关系数(CC)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、相对误差(BIAs)、探测率(POD)、错报率(FAR)以及临界成功指数(CSI),综合评估了三种卫星降水产品的精度。结果表明:TRMM 3B42RT、TRMM 3B42和PERSIANN与实测降水数据的相关性较强,其中TRMM 3B42相关性最强。TRMM 3B42RT和TRMM 3B42均高估了实测降水(相对偏差BIAs分别为62.80和20.17%),而PERSIANN低估了实测降水(相对偏差BIAs为-6.38%)。三种卫星降水产品中TRMM 3B42的误差(均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE)最小。TRMM 3B42能够探测到大部分降水事件,它较为准确地估计了不同量级的降水事件在总降水事件中的比例以及降水量比重。综上,滦河潘家口水库上游流域TRMM 3B42的精度最高。(2)利用DEM、土地利用、土壤和水文气象数据,分别以宽城和三道河子水文站为流域出口,构建了流域HEC-HMS水文模型。并利用判定系数R~2、确定性系数DC、洪水总量误差RE_v、洪峰流量误差RE_p以及峰现时差△T等指标评价了模型的适用性。结果表明HEC-HMS水文模型模拟精度较好,除了个别指标合格率略低以外(三道河子站峰现时差合格率为75%),其余各指标的合格率均达到100%。综合评估后两个水文站的洪水预报等级均达到乙等,可以进一步应用于该地区的洪水预报研究。(3)在3小时时间尺度下验证了TRMM 3B42卫星降水产品的精度,结果表明它与实测降水数据的相关性较强(平均CC值为0.66)。虽然TRMM 3B42存在一定误差和偏差,但是均在合理范围之内。此外,虽然TRMM 3B42在一定程度上错报漏报降水事件,但是它能够探测到大部分降水事件。研究表明将TRMM 3B42作为实测降水率定后的水文模型的降水输入(方案一),进行洪水预报。模拟洪水与实测洪水相关性较强,判定系数R~2达标率为77.8%。但是存在较大误差和偏差,洪峰流量误差RE_p、洪水总量误差RE_v、峰现时差△T和确定性系数值DC达标率均小于45%。18场洪水中全部指标均达标的只有4场洪水,达标率仅为22.2%。但是将TRMM 3B42作为利用自身数据率定后的水文模型的降水输入(方案二),进行洪水预报,模拟精度显著提高。除了峰现时差△T的达标率略低(72.2%)以外,其余单一指标的达标率均大于85%,全部指标达标率从22.2%提高为61.1%。因此,TRMM 3B42虽然存在一定的误差和偏差,但是能够较好的捕捉洪水过程,应用于洪水预报的潜力较大。


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