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Evaluation of imerg, TMPA, ERA5, and CPC precipitation products over China's Mainland: Spatiotemporal patterns and extremes

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Water Science and Engineering 2023年第1期16卷 45-56页

作者： Shan-hu Jiang Lin-yong Wei Li-liang Ren Lin-qi Zhang Meng-hao Wang Hao Cui State Key Laboratory of HydrologyeWater Resources and Hydraulic Engineering Hohai UniversityNanjing 210098China College of Hydrology and Water Resources Hohai UniversityNanjing 210098China

A comprehensive assessment of representative satellite-retrieved(Integrated Multi-satellite Retrievals for Global Precipitation Measurement(imerg)and Tropical Rainfall Measuring Mission Multi-satellite Precipitation Analysis(TMPA)),reanalysis-based(fifth generation of atmospheric reanalysis by the European Centre for Medium Range Weather Forecasts(ERA5)),and gauge-estimated(Climate Prediction Center(CPC))precipitation products was conducted using the data from 807 meteorological stations across China's Mainland from 2001 to *** statistical metrics,precipitation distribution functions,and extreme precipitation indices were used to evaluate the quality of the four precipitation products in terms of multi-timescale accuracy and extreme precipitation *** the timescale increased from daily to seasonal scales,the accuracy of the four precipitation products first increased and then decreased,and all products performed best on the monthly *** accuracy ranking in descending order was CPC,imerg,TMPA,and ERA5 on the daily timescale and imerg,CPC,TMPA,and ERA5 on the monthly and seasonal *** was generally superior to its predecessor TMPA on the three ***5 exhibited large statistical *** provided stable estimated *** extreme precipitation estimation,the quality of imerg was relatively consistent with that of TMPA in terms of precipitation distribution and extreme metrics,and imerg exhibited a significant advantage in estimating moderate and heavy *** contrast,ERA5 and CPC exhibited poor performance with large systematic underestimation *** findings of this study provide insight into the performance of the latest imerg product compared with the widely used TMPA,ERA5,and CPC datasets,and points to possible directions for improvement of multi-source precipitation data fusion algorithms in order to better serve hydrological applications.

关键词： imerg TMPA ERA5 CPC Extreme precipitation

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imerg卫星降水产品在中国的干旱监测效用评估

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农业工程学报 2021年第2期37卷 161-169页

作者：卫林勇江善虎任立良张林齐王孟浩河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 河海大学水文水资源学院南京210098

GPM(Global Precipitation Measurement)时代,高时空分辨率的imerg(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM)是最主流的卫星遥感反演降水产品。该研究以地面网格CPAP(China Gauge-based Monthly Precipitation Analysis Product)数据为基准资料,选用标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)、标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)和综合气象干旱指数(Composite Index of Meteorological Drought,CI),评价了最新版回顾性imerg降水产品在干旱监测方面的应用能力及比较了其计算的干旱指数间的差异性。结果表明:1)imerg能较好地捕捉中国月均降水量的空间格局;其与CPAP数据具有较高的一致性,相关系数高于0.9的区域占大陆面积的73.7%。2)基于imerg的干旱指数具有良好的可靠性,它与CPAP计算结果的区域平均相关系数在大部分地区超过0.8。总体上,SPEI较SPI和CI的适用性更好。3)在西南地区,imerg可准确再现干旱随时间的变化过程并捕获典型干旱事件的空间特征,同样SPEI表现优于SPI和CI。总之,回顾性imerg降水产品在中国干旱监测中表现出很好的应用潜力,但不同干旱指数会影响它的精度。在全球变暖条件下,基于imerg的SPEI指数应用于干旱监测与评估整体上优于仅考虑降水因子的SPI指数,以及考虑降水和气温因子的CI指数。

关键词：干旱降水 SPI SPEI CI 中国 imerg

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imerg和GSMaP对中国极端降水监测能力评估

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地球信息科学学报 2023年第9期25卷 1813-1826页

作者：尚明任阳阳宋宏利姚亚楠白磊李悦马杰河北工程大学地球科学与工程学院邯郸056038 海南大学生态与环境学院海口570228 河北工程大学邯郸056038

imerg和GSMaP是GPM时代下2种主流的高分辨率卫星降水产品。为研究其对极端降水的监测能力,以2015—2020年中国698个气象台站逐日降水数据作为基准数据,选取6种极端降水指标及相关统计指标,评价imerg和GSMaP在中国对极端降水的监测能力... 详细信息

imerg和GSMaP是GPM时代下2种主流的高分辨率卫星降水产品。为研究其对极端降水的监测能力,以2015—2020年中国698个气象台站逐日降水数据作为基准数据,选取6种极端降水指标及相关统计指标,评价imerg和GSMaP在中国对极端降水的监测能力。结果表明:①2种降水产品都可以很好的反映出各极端降水指数的空间分布特征且在低海拔地区对极端降水监测能力优于高海拔地区;②imerg和GSMaP降水产品在东南诸河片、松辽河流域片和海河流域片等较为湿润的流域相关系数较高,内陆河相关系数较低,误差指标表明在中国GSMaP精度更高;③不同阈值下的探测率表现为东南部高于西北部,准确率西北部的较高;低阈值降水的探测率更高,而高阈值降水的准确率更高;另外,GSMaP对于弱降水的探测能力优于imerg。总体上,imerg和GSMaP在中国区域对极端降水的监测能力较好,在极端降水研究中有较好的应用前景。

关键词： GSMaP imerg 中国极端降水精度评估

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全球降水计划imerg和GSMaP反演降水在四川地区的精度评估

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地理学报 2019年第7期74卷 1305-1318页

作者：曾岁康雍斌河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 河海大学地球科学与工程学院南京211100

imerg和GSMaP是全球降水计划(GPM)时代最主要的高分辨率降水产品。为研究其在中国四川地区的适用性,以中国气象局提供的自动气象站融合降水数据为参考基准,采用6种统计指数分析了imerg(imerg_Uncal,imerg_Cal)和GSMaP(GSMaP_MVK,GSMaP_G... 详细信息

imerg和GSMaP是全球降水计划(GPM)时代最主要的高分辨率降水产品。为研究其在中国四川地区的适用性,以中国气象局提供的自动气象站融合降水数据为参考基准,采用6种统计指数分析了imerg(imerg_Uncal,imerg_Cal)和GSMaP(GSMaP_MVK,GSMaP_Gauge)系列产品在四川的误差特征。结果表明:①在日和小时尺度上,GSMaP系列产品均高估地面降水观测,GSMaP_MVK高估最显著,校正产品GSMaP_Gauge的相关系数(CC)、相对偏差(BIAS)和均方根误差(RMSE)较GSMaP_MVK均有较大提高,尤其对川西高原降水的高估现象改善明显,而imerg_Uncal存在低估川西高原降水、轻微高估四川盆地降水的问题,校正产品imerg_Cal一定程度上降低了对川西高原降水的低估现象,但整体精度(CC,RMSE)提高不明显。②imerg系列产品对降水事件的探测准确性更好,GSMaP_Gauge虽然在四川表现出较高的命中率(POD),但存在较多的误报降水,在盆地和四川南部各产品均表现出较高的POD和关键成功指数(CSI)以及低误报率(FAR),而四川西北部表现最差,尤其是在无自动站分布地区。③4套降水产品中,imerg_Cal表现出最好的探测强降水和弱降水的能力,具有一定的监测极端降水的潜力。总体上,imerg和GSMaP在盆地的反演精度优于高原山区,校正产品精度优于纯卫星产品,不同地形地区精度差异明显,表明对卫星降水产品进行不同地形误差订正仍是未来降水反演工作的重点和难点。

关键词： imerg GSMaP 卫星降水四川误差特性地形

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基于REOF的两种卫星降水产品(imerg和MSWEP)在金沙江流域降水分区尺度精度评估

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湖泊科学 2024年第2期36卷 620-633页

作者：薄会娟林青霞李璐魏冲龚成麒三峡大学水利与环境学院宜昌443002 三峡库区生态环境教育部工程研究中心宜昌443002

高时空分辨率降水产品的精度评估是卫星降水用于水文气象干旱等研究的前提。本研究提出在降水分区尺度下评估imerg和MSWEP两种卫星降水产品的精度,并与不分区尺度(即流域尺度)进行比较。首先采用旋转经验正交函数(REOF)对金沙江流域(JSB... 详细信息

高时空分辨率降水产品的精度评估是卫星降水用于水文气象干旱等研究的前提。本研究提出在降水分区尺度下评估imerg和MSWEP两种卫星降水产品的精度,并与不分区尺度(即流域尺度)进行比较。首先采用旋转经验正交函数(REOF)对金沙江流域(JSB)进行降水分区,通过贡献率得出8个分区较为适合。然后识别降水的空间分布特征,发现2种降水产品都可以很好地捕捉降水呈现出的从上游到下游逐渐增加的趋势。最后在日尺度、降水发生概率和极端降水探测能力3个方面对降水产品在分区尺度和不分区尺度的性能进行评估。结果表明,在日尺度上,MSWEP的精度在多数降水分区优于imerg,被推荐5次(1、3、6、7和8区),集中在流域的中游。同时流域尺度也推荐MSWEP。在降水事件发生概率方面,MSWEP能再现不同等级降水强度的概率密度分布,但过高估计0.1~1 mm/d降水事件的发生概率;而imerg过高估计小于0.1 mm/d降水事件的概率。在极端降水探测能力方面,流域尺度的KGE值都是正值,且imerg优于MSWEP,但分区尺度上,KGE值在部分降水分区中存在负值,表明imerg和MSWEP均不能很好地探测出该区的极端降水事件。本研究成果表明降水分区尺度是必需的,能够更加精细地评估降水产品。研究结果可为具有类似气候条件的卫星降水评估提供参考。

关键词：降水分区旋转经验正交函数 imerg MSWEP 精度评估

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全球降水计划多卫星降水联合反演imerg卫星降水产品在中国大陆地区的多尺度精度评估

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湖泊科学 2019年第2期31卷 560-572页

作者：任英杰雍斌鹿德凯陈汉清河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 河海大学地球科学与工程学院南京211100

以中国气象局逐小时地面降水数据集为参考基准,采用8种统计评价指标综合评估对比了美国NASA研发的全球降水计划(GPM)多卫星降水联合反演imerg(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM)卫星降水产品的三个不同版本的Final数据,... 详细信息

以中国气象局逐小时地面降水数据集为参考基准,采用8种统计评价指标综合评估对比了美国NASA研发的全球降水计划(GPM)多卫星降水联合反演imerg(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM)卫星降水产品的三个不同版本的Final数据,分析了三套卫星降水在中国大陆地区多时空尺度下的反演精度,探讨了imerg最新版本V5数据的改进情况及反演中仍然存在的问题.结果表明:imerg数据能够准确地捕捉到中国大陆地区的降水区域特征,但是在中国西北部地面站点稀疏地区误差较大,精度较低,难以精确估测该地区的实际降水值.最新版本V5数据精度整体上优于先前的V3和V4数据,V5与地面观测数据的相关系数为0.75,均方根误差为7.03 mm/d,较V3、V4有明显提高,改善了V3、V4在中国西北部出现的降水低估问题;但是V5在冬季表现较差且没有解决前期版本存在的高估问题,整体上相对实际降水仍处于高估状态;同时V5在对高雨强事件的捕捉监测能力方面还存在一定的不足,因此建议在强降雨事件监测中需谨慎使用卫星降水imerg数据集.目前V5系统中的校正算法还存在部分缺陷:为消除全球降水系统性低估问题,目前的校正算法整体性抬升了卫星降水值,从而导致卫星降水反演在中国地区高雨强事件下出现高误报以及高估问题,进而影响到imerg数据回推以及后续再生数据的精度.

关键词： imerg 卫星降水中国大陆地区精度评估高估高雨强事件校正算法

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考虑地形风、云影响的imerg日降水随机森林降尺度研究——以青藏高原腹地为例

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地球信息科学学报 2024年第11期26卷 2643-2657页

作者：杨雅婷刘爱利赵林王翀孙敏南京信息工程大学地理科学学院南京210044

高精度、高时空分辨率的降水数据集是区域水文模拟和水资源管理的关键,青藏高原腹地气象站点稀缺,卫星降水产品在该地形复杂区域精度有待提高,难以满足小尺度研究。本研究提出一种物理机理与统计模型相结合的降水降尺度订正算法,首先考... 详细信息

高精度、高时空分辨率的降水数据集是区域水文模拟和水资源管理的关键,青藏高原腹地气象站点稀缺,卫星降水产品在该地形复杂区域精度有待提高,难以满足小尺度研究。本研究提出一种物理机理与统计模型相结合的降水降尺度订正算法,首先考虑小尺度下地形风效应指数,将2003-2022年imerg日降水产品降尺度至1 km,再选用随机森林模型利用高分辨率云属性及站点数据,分季节订正降尺度数据。结果表明:(1)空间降尺度结果在提升卫星降水数据分辨率的同时提高了产品的精度,R由0.62提升至0.64, RMSE由2.40 mm/d降低至2.22 mm/d;(2)降尺度降水(测试站点R=0.68, RMSE=2.11 mm/d)与最终订正结果(测试站点R=0.71, RMSE=2.01 mm/d)在不同时间和空间尺度上均可有效提升腹地降水量精度;分季节比未分季节订正算法效果更优,且冬季订正效果显著,将原本几乎为0的相关系数提升至0.28~0.41;(3)云与地形对降水影响显著,且云水路径贡献最大。该模型可为其他地形复杂、降水资料稀缺区降水订正提供参考,对青藏高原腹地水资源研究提供科学依据。

关键词：日降水青藏高原腹地降尺度地形风效应 imerg 随机森林订正时空分布

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imerg和TMPA降水产品在夏季中国中东部的检验

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气象 2019年第12期45卷 1680-1690页

作者：陈凤娇李迎新高金兰王云朱华亮安徽省气象信息中心合肥230031 中国环境科学研究院北京100012 安徽省人工影响天气办公室合肥230031

基于500个国家站雨量计的观测,从时空分布、不同地形条件、不同等级的降水强度及日变化角度,对比评估了2014-2016年夏季多星集成降水产品TMPA和imerg在中国中东部的适用性。研究结果表明,与雨量计相比.TMPA和imerg降水产品能较好地反映... 详细信息

基于500个国家站雨量计的观测,从时空分布、不同地形条件、不同等级的降水强度及日变化角度,对比评估了2014-2016年夏季多星集成降水产品TMPA和imerg在中国中东部的适用性。研究结果表明,与雨量计相比.TMPA和imerg降水产品能较好地反映夏季中国中东部逐日降水量的变化规律,imerg的平均误差更小。imerg降水产品的日平均降水量与雨量计的相关性更高,相关系数超过0.9,而TMPA仅为0.8。在中国中东部的平原和山区,imerg降水产品对弱降水(imerg降水产品对山区的强降水频次的探测较TMPA降水产品改进有限。从日变化来看,TMPA降水产品明显低估早晨的降水强度和降水频次,且高估了午后的降水强度和降水频次。imerg降水产品作为高时空分辨率的准全球降水资料,在中国中东部有较高的精度,未来可应用于气象和水文模式中。

关键词：降水 imerg TMPA 日变化

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imerg卫星降水数据在嘉陵江流域的干旱监测效用评估

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水文 2023年第4期43卷 88-95页

作者：董永超甘富万高扬刁庠潘越广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 广西防灾减灾与工程安全重点实验室广西南宁530004

针对嘉陵江流域存在雨热同期,水旱灾害频发的现象,为快速且准确地把握流域内降水与干旱情况,利用覆盖范围广且分辨率高的网格化imerg卫星降水数据对嘉陵江流域进行多时空尺度反演,基于卫星降水数据采用标准化降水指数SPI并运用游程理论... 详细信息

针对嘉陵江流域存在雨热同期,水旱灾害频发的现象,为快速且准确地把握流域内降水与干旱情况,利用覆盖范围广且分辨率高的网格化imerg卫星降水数据对嘉陵江流域进行多时空尺度反演,基于卫星降水数据采用标准化降水指数SPI并运用游程理论对流域实行干旱监测。结果表明三种卫星降水数据中的imerg-F能更准确地反映流域内的日降水量,整体高估地面降水2.6%;imerg-F与地面实测降水驱动的SPI指数保持较高的一致性CC>0.9;MERG-F更能准确地呈现出流域的干湿特征;imerg-E对干旱次数的模拟效果最优,imerg-F对平均干旱历时和平均干旱烈度的监测结果最好。

关键词： imerg 卫星降水 SPI指数干旱监测嘉陵江流域

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Comparison of Satellite Derived Rainfall Estimations: CMORPH, imerg and GSMaP with Observed Precipitation

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American Journal of Climate Change 2021年第4期10卷 407-421页

作者： Deepa Roy Sharmin Banu Department of Mathematics Jashore University of Science and Technology Jashore Bangladesh

Being largely dependent on agriculture, the overall development and water resource management of Bangladesh are greatly influenced by the accurate estimation of precipitation. Different satellite derived precipitation products, covering a large area, are very useful for rainfall estimation. In this study, three different satellite precipitation datasets namely Climate Prediction Center MORPHING (CMORPH), the global Satellite Mapping of Precipitation (GSMaP), and the Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM (imerg) daily data are spatially analyzed and compared with the observed rainfall data from 20th May 2020 to 21st May 2020. It is observed that the satellite products matched well with the observed data set but the amount varied. Also, the spatial distribution of CMORPH and GSMaP with the observed precipitation is represented for 02 May 2019.

关键词： CMORPH imerg GSMaP

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