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TRMM卫星与地面雨量站网的降水数据融合及其水文模拟应用

刘硕  
【摘要】:降水是全球水循环过程中最主要的影响因素,作为流域水文模拟系统的重要驱动数据,降水的精度直接影响流域水文模拟和预报的精度。传统的地面雨量站网观测和地面降雨雷达观测由于其各自缺陷限制了其在分布式流域水文模拟系统中的应用。卫星遥感降水产品覆盖空间范围广,且其具有获取快速便捷的优势,在无降水资料或降水资料较少地区,卫星估计降水数据能够补充降水信息的不足,为流域水文以及气象领域的研究与相关应用提供数据支撑。地面雨量站网可以提供精确的点降水信息,但由于站点分布不均,其空间估计能力不足;卫星降水产品能够以连续格网信息的形式实现空间全覆盖,具有准确反映降水空间分布的独特优势。本文以赣江流域为例,开展卫星遥感降水与地面雨量站网降水融合研究以及基于融合降水的流域水文模拟应用,以期能获得更高精度的降水数据源从而进一步提高流域水文模拟精度。以2009-2014年地面雨量站网观测降水为基准数据在0.25°网格尺度上综合评估了同期TRMM 3B42V7卫星降水产品在日、月两种时间尺度上的数据精度以及变化特征。得出以下结论:(1)3B42V7卫星降水在日、月两种时间尺度上均与地面观测降水具有较好的相关性,并且随着时间尺度的增加相关性进一步加强;(2)3B42V7卫星降水具有较强的日降水事件探测跟踪能力,能够探测到大部分降水事件的发生;(3)3B42V7卫星降水在赣江流域具有显著的季节变化特征,汛期数据精度高于非汛期。采用线性回归模型、平均偏差校正、贝叶斯融合三种方法构建卫星降水与地面观测降水数据融合方案,并通过交叉验证定量评估融合降水的精度,结果表明:线性回归模型融合方法无法获得更高精度的融合降水;平均偏差校正和贝叶斯融合方法均可以提高原3B42V7卫星降水的数据精度,其中贝叶斯融合方法融合降水数据精度较平均偏差校正更高。在此基础上,构建基于融合降水的赣江流域分布式水文模型,分别采用3B42V7卫星降水、地面雨量站网观测降水以及贝叶斯融合降水进行赣江流域日径流水文模拟,结果显示:三种降水均能较好模拟赣江流域日径流变化过程,可以很好地模拟出洪峰出现的时刻,但是在模拟洪峰时刻流量方面与实测流量相比存在着不同程度的低估;贝叶斯融合降水的模拟精度较地面观测降水与3B42V7卫星降水均要高,这表明通过贝叶斯方法校正后的3B42V7卫星降水精度得到了提高,为流域水文模拟提供了更高精度的降水数据来源。


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