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典型遥感降水产品的水文模拟性能评估

遥感学报 2024年第2期28卷 398-413页

作者：李艳忠星寅聪庄稼成杨泽龙赵紫春李超凡王启素谢雨初王洁董剑萍林彬徐兴祝南京信息工程大学水文与水资源工程学院南京210044 南京信息工程大学水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室南京210044 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 南京信息工程大学地理科学学院南京210044 宁夏吴忠市盐池县水务局吴忠751500 山东省第七地质矿产勘查院临沂276000 山东省临沂市自然资源和规划局临沂276037

遥感降水具备大尺度、近实时、高精度等优点,现已被广泛应用于流域水资源评估和生态环境保护的研究。但遥感降水产品众多,性能差异较大,不同产品在特定流域的适用性需要进行综合评估。本研究以渭河流域的4个子流域为研究区,以国家气象局... 详细信息

遥感降水具备大尺度、近实时、高精度等优点,现已被广泛应用于流域水资源评估和生态环境保护的研究。但遥感降水产品众多,性能差异较大,不同产品在特定流域的适用性需要进行综合评估。本研究以渭河流域的4个子流域为研究区,以国家气象局(CMA)逐日降水格点数据集为标准,借助ABCD水文模型,评估了5种典型的遥感降水产品(CHIRPS v2.0,CMORPH v1.0,PERSIANN-CDR,TRMM,MSWEP v2.0)对降水等级和水文过程模拟的性能。(1)在捕捉降水的时空变化格局方面,TRMM产品表现出较好的性能;(2)在基本统计指标和分类统计指标方面,多源集成产品MSWEP明显优于其他4种产品;但各遥感产品对中雨和大雨,尤其是大雨的预测效果欠佳;(3)在径流模拟方面,以TRMM降水作为输入时,ABCD模型模拟径流的效果明显优于其他遥感产品,其NSE在渭河上游、泾河上游、马莲河和北洛河分别达到了0.66、0.46、0.56和0.55。TRMM产品在捕捉降水空间格局和径流模拟方面优越,而MSWEP的统计性能较为优越。本文的研究结果,可为半干旱半湿润区域水文和气象等应用研究,在遥感降水数据源的选择方面提供科学参考依据,还可为黄河流域生态保护和高质量发展提供数据支撑。

关键词：遥感降水渭河流域 ABCD模型性能评估 MSWEP

长序列遥感降水产品在黄河流域干旱监测中的适用性评估

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北京师范大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 99-105页

作者：孙彤李艳忠陈力成硕庄稼成星寅聪王洁孟良南京信息工程大学水文与水资源工程学院江苏南京北京师范大学水科学研究院北京淄博市水文中心山东淄博

以1983-2019年流域298个气象站点插值得到的格网降水(CMA)为标准,采用相关系数、相对偏差和均方根误差等统计指标,评估了3种降水产品对月、季、半年、年4种时间尺度(SPI1、SPI3、SPI6、SPI12)干旱特征的表征能力.研究发现:PERSIANN-CDR... 详细信息

以1983-2019年流域298个气象站点插值得到的格网降水(CMA)为标准,采用相关系数、相对偏差和均方根误差等统计指标,评估了3种降水产品对月、季、半年、年4种时间尺度(SPI1、SPI3、SPI6、SPI12)干旱特征的表征能力.研究发现:PERSIANN-CDR在监测干旱年际(SPI12)波动情况和量化干旱面积方面,总体估算结果偏大,但仍明显优于其他2种产品;多源集成产品MSWEP在估算降水量和捕捉降水空间分布格局方面,优于其他2种产品,但在气象站稀疏、地形复杂、气候多变的上游区,其一致性具有较大地区差异;PERSIANN-CDR和CHIRPS产品适用于表征中期干旱,而MSWEP适用于表征短期干旱;MSWEP能较好地捕捉CMA的SPI值变化趋势以及典型干旱事件的空间分布情况,但总体上3种产品对典型干旱事件识别方面(降水量及其空间捕捉)均需进一步改进.

关键词：遥感降水干旱监测适用性 SPI 黄河流域

多源遥感降水产品在西北干旱区的气象干旱性能评估

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干旱区地理 2024年第4期47卷 549-560页

作者：黄曼捷李艳忠王渊刚于志国庄稼成星寅聪南京信息工程大学水文与水资源工程学院江苏南京210044 水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室江苏南京210044 中国科学院新疆生态与地理研究所新疆乌鲁木齐830011

多源遥感降水产品在气象站点稀少或分布不均地区的干旱监测方面,发挥着至关重要的作用,比如地处中国西北的干旱区。选择5套典型遥感降水产品(PERSIANN、CHIRPS、CMORPH、TMPA和MSWEP),基于标准化降水蒸散指数(SPEI),评估了降水产品在3... 详细信息

多源遥感降水产品在气象站点稀少或分布不均地区的干旱监测方面,发挥着至关重要的作用,比如地处中国西北的干旱区。选择5套典型遥感降水产品(PERSIANN、CHIRPS、CMORPH、TMPA和MSWEP),基于标准化降水蒸散指数(SPEI),评估了降水产品在3种时间尺度的气象干旱性能;通过游程理论识别干旱事件,阐释了遥感降水产品捕获干旱事件的能力。研究表明:(1)在西北干旱区,5套遥感降水产品均能较好地捕捉多年平均降水量的空间分布格局,但却难以准确地捕捉降水的变化趋势。(2)在捕获SPEI性能方面,MSWEP最优,其次为TMPA、PERSIANN和CHIRPS,CMORPH表现最差。1个月尺度(SPEI1)是遥感降水产品识别气象干旱的最佳时间尺度。(3)在刻画干旱事件的特性方面,CHIRPS对干旱事件数量的识别能力最佳,PERSIANN最差;MSWEP和TMPA表征干旱严重性最好,CHIRPS较差;除CMORPH外,其余4套产品均能较好地捕获干旱事件的强度和极值。综上所述,虽然5套遥感降水产品整体上可较好地捕获西北干旱区的干旱特征,但由于受降水产品反演算法、地形复杂性以及地面验证站点疏密程度的影响,较难以找到一种降水产品在捕获干旱特性所有方面均表现最优。研究成果可为区域气象干旱监测最佳降水产品的选择,以及遥感降水产品在极端干旱环境反演算法的改进方面提供参考。

关键词：遥感降水 SPEI 干旱特征游程理论西北干旱区

遥感降水产品对黄河源区水文干旱特征的模拟性能分析

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干旱区地理 2023年第7期46卷 1063-1072页

作者：成硕李艳忠星寅聪于志国王渊刚黄曼捷南京信息工程大学水文与水资源工程学院江苏南京210044 水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室江苏南京210044 中国科学院新疆生态与地理研究所新疆乌鲁木齐830011

遥感降水产品为稀缺资料地区水文气象灾害机理与预警研究提供了重要的数据资料,但不同遥感降水产品的性能存在较大区域异质性。利用遥感降水产品开展水文气象相关的研究和应用前,需要对其性能进行综合评估。基于此,以稀缺资料的黄河源... 详细信息

遥感降水产品为稀缺资料地区水文气象灾害机理与预警研究提供了重要的数据资料,但不同遥感降水产品的性能存在较大区域异质性。利用遥感降水产品开展水文气象相关的研究和应用前,需要对其性能进行综合评估。基于此,以稀缺资料的黄河源区为研究区,利用1983—2018年的观测降水数据(CMA)驱动并率定ABCD水文模型,并利用标准化径流指数(SRI),评估3套典型遥感降水产品(PERSIANN-CDR、CHIRPS v2.0、MSWEP v2.0)对水文干旱的模拟性能。利用游程理论识别水文干旱事件,阐明遥感降水对水文干旱特征的捕捉能力。结果表明:(1)3套遥感降水产品均能较好地捕获CMA多年均值的时空分布格局。CHIRPS产品的水文模拟性能(纳什效率系数NSE=0.72)高于其他2套产品。(2)CMA和降水产品模拟的4个尺度的SRI(SRI1、SRI3、SRI6和SRI12)均呈显著增加趋势(P降水产品均高估了SRI,表明对黄河源区降水产品的偏差校正有待开展。基本统计指标方面,MSWEP产品计算的SRI与CMA的最为一致,性能最佳,但在年尺度(SRI12)上,PERSIANN表现最优。(3)3套产品均高估了SRI1和SRI3的干旱历时和烈度,MSWEP产品对SRI6的模拟性能最优,PERSIANN对SRI12的模拟性能最优。研究结果可为黄河源区水文干旱研究的降水产品数据的选择提供科学决策支持。

关键词：遥感降水水文干旱 ABCD水文模型标准化径流指数(SRI) 黄河源区

中国不同气候区多源遥感降水融合与性能综合评估

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地理研究 2022年第12期41卷 3335-3351页

作者：李艳忠庄稼成白鹏曾燕星寅聪杨泽龙南京信息工程大学水文与水资源工程学院南京210044 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041 南京气象科技创新研究院南京210041

遥感降水产品种类繁多,单一遥感降水产品难以满足所有气候区的降水估算。多源遥感降水融合方法可弥补这一缺陷,进而提高降水估算精度。本研究选择四种全球典型遥感降水产品(CHIRPS v2.0、CMORPH v1.0、PERSIANN-CDR、TRMM 3B42V7),利用... 详细信息

遥感降水产品种类繁多,单一遥感降水产品难以满足所有气候区的降水估算。多源遥感降水融合方法可弥补这一缺陷,进而提高降水估算精度。本研究选择四种全球典型遥感降水产品(CHIRPS v2.0、CMORPH v1.0、PERSIANN-CDR、TRMM 3B42V7),利用集成模型输出统计(EMOS)进行数据融合,并与均值(MME)对比分析,阐明遥感降水产品和EMOS,在不同气候区的基本统计性能(BIAS、RMSE、r和KGE)、等级性能(POD)和水文性能(NSE)。结果发现:(1)四种遥感降水产品均能捕获多年降水的空间分布格局,但EMOS改进了遥感降水产品整体低估现象。相对于MME,EMOS显著地(P降水BIAS和RMSE分别为36.9%和10.2%。全国尺度而言,EMOS提高r和KGE分别为18.2%和71.4%。(2) PERSIANN-CDR中寒旱区微量降雨的POD高于其他三种产品,但是对大雨的POD低于其他产品。EMOS对微量降雨POD的提高出现在干旱区和青藏高原,对中雨POD则在过渡区和湿润区,而对小雨则适用于全国各气候区。(3) TRMM 3B42V7的径流模拟能力优于其他三种遥感降水产品,表现最差的为CHIRPS v2.0产品。相对MME而言,除过渡区外,EMOS均提高了其他气候区的水文模拟性能,且在青藏高原、干旱区和湿润区的NSE分别提高26.3%、8.5%和2.2%。研究结果不仅为遥感降水产品在不同气候区数据源的选择提供参考依据,而且为多源遥感降水数据的融合和应用开拓了新思路。

关键词：遥感降水不同气候区 EMOS 性能评估 abcd模型

遥感及再分析降水产品在缺资料干旱内陆盆地的适用性评估

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地球信息科学学报 2022年第9期24卷 1817-1834页

作者：吕爱锋亓珊珊中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

山区降水较集中,但降水测站多位于山谷或人口密集区,代表性差。遥感和再分析降水产品能提供时空分布连续的数据,不受地形条件限制。柴达木盆地中心属干旱荒漠区,水是制约该区开发的首要条件,其四周属高寒山区,降水相对较多,但降水监测... 详细信息

山区降水较集中,但降水测站多位于山谷或人口密集区,代表性差。遥感和再分析降水产品能提供时空分布连续的数据,不受地形条件限制。柴达木盆地中心属干旱荒漠区,水是制约该区开发的首要条件,其四周属高寒山区,降水相对较多,但降水监测十分薄弱。为获取该区相对精确的降水时空分布信息,本文评估了4套高分辨率降水产品(CMADS、TRMM、GPM和MSWEP)的适用性。首先基于地面站点数据评估它们在不同时空尺度上的精度,并分析它们在柴达木盆地的空间分布和年内分配特征。然后,以盆地东南隅的无测站山区香日德河流域为研究区,利用降水产品驱动SWAT模型来评估它们的分布式水文模拟适用性。结果表明:①MSWEP在年、月尺度上与站点降水的吻合程度最高(R≥0.79,PBIAS=0.5%),其次是GPM和TRMM,CMADS精度最低(R≥0.64,PBIAS=5.8%);②从降水精度与站点高程的关系来看,降水产品在相对低海拔区容易高估站点降水,而在相对高海拔区常低估实际降水;③在香日德河流域,MSWEP(NSE=0.64)在基准期(2009—2012年)的径流模拟表现明显好于其它降水产品(NSE=0.36~0.59),变化期(2013—2016年)表现最好的是CMADS(NSE=0.75,其余产品NSE=0.53~0.68)。本研究可为缺资料干旱山区获取精确的降水时空信息和后续水资源的科学管理与规划提供重要支撑。

关键词：遥感降水再分析降水资料稀缺流域干旱半干旱适用性评估 SWAT 山区流域分布式水文模拟

长序列遥感降水产品在黄河流域干旱监测中的适用性评估

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北京师范大学学报(自然科学版) 2023年

作者：孙彤李艳忠陈力成硕庄稼成星寅聪王洁孟良北京师范大学水科学研究院南京信息工程大学水文与水资源工程学院淄博市水文中心

长序列遥感降水产品为大尺度气象干旱监测提供了数据支撑，但是它们在不同流域的适用性有待验证。本文以1983—2019年流域298个气象站点插值得到的格网降水（CMA）为标准，采用相关系数、相对偏差和均方根误差等统计指标，评估了3种降... 详细信息

长序列遥感降水产品为大尺度气象干旱监测提供了数据支撑，但是它们在不同流域的适用性有待验证。本文以1983—2019年流域298个气象站点插值得到的格网降水（CMA）为标准，采用相关系数、相对偏差和均方根误差等统计指标，评估了3种降水产品对月、季、半年、年4种时间尺度（SPI1， SPI3， SPI6， SPI12）干旱特征的表征能力。研究发现：PERSIANN-CDR在监测干旱年际（SPI12）波动情况和量化干旱面积方面，总体估算偏大，但仍明显优于其他两种产品；多源集成产品MSWEP在估算降水量和捕捉降水空间分布格局方面，优于其他两种产品，但在气象站稀疏、地形复杂、气候多变的上游区，其一致性具有较大地区差异；PERSIANN-CDR和CHIRPS产品适用于表征中期干旱，而MSWEP适用于表征短期干旱；MSWEP能较好地捕捉CMA的SPI值变化趋势以及典型干旱事件的空间分布情况，但总体上3种产品对典型干旱事件识别方面（降水量及其空间捕捉）均需进一步改进。

关键词：遥感降水干旱监测适用性 SPI 黄河流域

多源遥感降水产品在西北干旱区的气象干旱性能评估

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干旱区地理 2023年

作者：黄曼捷李艳忠王渊刚于志国庄稼成星寅聪水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室中国科学院新疆生态与地理研究所南京信息工程大学水文与水资源工程学院

多源遥感降水产品在气象站点稀少或分布不均地区的干旱监测方面，发挥着至关重要的作用，比如地处中国西北的干旱区。选择5套典型遥感降水产品（PERSIANN、CHIRPS、CMORPH、TMPA和MSWEP），基于标准化降水蒸散指数（SPEI），评估了降水... 详细信息

多源遥感降水产品在气象站点稀少或分布不均地区的干旱监测方面，发挥着至关重要的作用，比如地处中国西北的干旱区。选择5套典型遥感降水产品（PERSIANN、CHIRPS、CMORPH、TMPA和MSWEP），基于标准化降水蒸散指数（SPEI），评估了降水产品在3种时间尺度的气象干旱性能；通过游程理论识别干旱事件，阐释了遥感降水产品捕获干旱事件的能力。研究表明：（1）在西北干旱区，5套遥感降水产品均能较好地捕捉多年平均降水量的空间分布格局，但却难以准确地捕捉降水的变化趋势。（2）在捕获SPEI性能方面，MSWEP最优，其次为TMPA、PERSIANN和CHIRPS，CMORPH表现最差。1个月尺度（SPEI1）是遥感降水产品识别气象干旱的最佳时间尺度。（3）在刻画干旱事件的特性方面，CHIRPS对干旱事件数量（N）的识别能力最佳，PERSIANN最差；MSWEP和TMPA表征干旱严重性最好，CHIRPS较差；除CMORPH外，其余4套产品均能较好地捕获干旱事件的强度和极值。综上所述，虽然5套遥感降水产品整体上可较好地捕获西北干旱区的干旱特征，但是，由于受降水产品反演算法、地形复杂性以及地面验证站点疏密程度的影响，较难以找到一种降水产品在捕获干旱特性所有方面均表现最优。研究成果可为区域气象干旱监测最佳降水产品的选择，以及遥感降水产品在极端干旱环境反演算法的改进方面提供参考。

关键词：遥感降水 SPEI 干旱特征游程理论西北干旱区

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遥感降水资料后处理研究综述

水科学进展 2021年第4期32卷 627-637页

作者：熊立华刘成凯陈石磊查悉妮马秋梅武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 长江勘测规划设计研究院湖北武汉430010 华北电力大学水利与水电工程学院北京102206

获取高精度高分辨率的降水数据对于流域水文分析、水资源管理及洪涝干旱监测等均具有重要意义。遥感技术虽然能有效再现降水的时空分布,但原始遥感降水资料无法满足水文领域对高精度高分辨率数据的需求,需要开展遥感降水资料的后处理研... 详细信息

获取高精度高分辨率的降水数据对于流域水文分析、水资源管理及洪涝干旱监测等均具有重要意义。遥感技术虽然能有效再现降水的时空分布,但原始遥感降水资料无法满足水文领域对高精度高分辨率数据的需求,需要开展遥感降水资料的后处理研究。介绍获取降水资料的主要方法,包括雨量站观测、地面天气雷达估测以及气象卫星反演,讨论各方法的主要优势和当前存在的问题,在此基础上综述遥感降水资料的后处理方法研究进展,包括空间降尺度、偏差校正以及产品融合,并归纳后处理降水产品的评价指标,最后指出今后的研究重点:发展和改进降水估计技术;构建更为合理的多源降水数据融合框架;加强降尺度法对比研究,进一步改进和完善降尺度法;开展降水相关的不确定性分析。

关键词：遥感降水雨量站空间降尺度偏差校正产品融合评价指标