盧新玉， 魏鳴， 王秀琴， 向芬

(1.南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院,南京　210044； 2.新疆氣象臺,烏魯木齊　830002；3.昌吉州氣象局,昌吉　831100； 4.湖北省氣象信息與技術(shù)保障中心,武漢　430074)

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TRMM-3B43降水產(chǎn)品在新疆地區(qū)的適用性研究

盧新玉1,2， 魏鳴1， 王秀琴3， 向芬4

(1.南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院,南京210044； 2.新疆氣象臺,烏魯木齊830002；3.昌吉州氣象局,昌吉831100； 4.湖北省氣象信息與技術(shù)保障中心,武漢430074)

摘要：為研究熱帶降雨測量計(jì)劃衛(wèi)星(tropicalrainfallmeasuringmission,TRMM)-3B43(簡稱“TRMM”)降水產(chǎn)品在新疆地區(qū)的適用性，利用1998—2013年TRMM月降水量產(chǎn)品與新疆地區(qū)105個(gè)國家氣象站點(diǎn)的降水觀測結(jié)果，通過統(tǒng)計(jì)分析分別在年、季和月尺度上進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明：TRMM估算的年降水量與新疆地區(qū)實(shí)測降水具有很高的一致性(平均偏高5.29%)； 與氣象站點(diǎn)實(shí)測的季尺度降水?dāng)?shù)據(jù)決策系數(shù)較高，相關(guān)系數(shù)均在0.7以上； 與氣象站點(diǎn)實(shí)測的月降水?dāng)?shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)為0.75，表明兩者之間相關(guān)性較顯著，數(shù)據(jù)精度較高。就單個(gè)氣象站點(diǎn)而言，大部分TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)與氣象站點(diǎn)實(shí)測降水?dāng)?shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)較高，誤差在30%以內(nèi)，整體相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.81，說明TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)與氣象臺站點(diǎn)實(shí)測降水?dāng)?shù)據(jù)的一致性較好； 但TRMM降水產(chǎn)品在時(shí)間和空間上具有一定的偏差，使用中需要進(jìn)一步訂正。

關(guān)鍵詞：熱帶降雨測量計(jì)劃衛(wèi)星(TRMM)-3B43數(shù)據(jù)； 降水； 適用性； 新疆地區(qū)

0引言

在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候模式及氣候診斷等研究中都需要精確估測降水，而降水的高時(shí)空變化是影響降水估測精度的主要原因。遙感數(shù)據(jù)和地面觀測數(shù)據(jù)具有各自的優(yōu)勢與不足： 遙感數(shù)據(jù)估測降水的面積大，但所進(jìn)行的測量是瞬間測量，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性需要驗(yàn)證； 地面站點(diǎn)對降水?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)測是1個(gè)單點(diǎn)的連續(xù)測量，在面積上缺乏代表性； 但從1個(gè)長時(shí)間序列上分析，兩者應(yīng)有一致的相關(guān)性。傳統(tǒng)的雨量計(jì)觀測網(wǎng)為一定區(qū)域提供了相對精確的降水量測量結(jié)果，而衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在地面氣象觀測數(shù)據(jù)缺乏的地區(qū)有明顯優(yōu)越性。利用雨量計(jì)觀測數(shù)據(jù)對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確性檢驗(yàn)，對全面了解該地區(qū)降水時(shí)空分布具有重要意義。

熱帶降雨測量計(jì)劃衛(wèi)星(tropicalrainfallmeasuringmission,TRMM)是世界上第一顆搭載測雨雷達(dá)的衛(wèi)星，除測雨雷達(dá)外還攜帶了微波成像儀、可見光和紅外掃描儀、云和地球輻射能量系統(tǒng)以及閃電成像傳感器等探測儀器。其中，測雨雷達(dá)與微波成像儀相結(jié)合，首次提供了三維降水分布信息； 結(jié)合可見光和紅外掃描數(shù)據(jù)，大大提高了降水反演的精度。星載雷達(dá)降水反演已成為當(dāng)前降水反演研究中的重要研究領(lǐng)域[1]。TRMM-3B43 產(chǎn)品由4類相互獨(dú)立的降水?dāng)?shù)據(jù)綜合而成，包括微波及近紅外等傳感器融合估算數(shù)據(jù)，美國國家海洋和大氣管理局(thenationaloceanicandatmosphericadministration,NOAA)以及全球降水氣候中心(globalprecipitationclimatologycentre,GPCC)的降水雨量計(jì)分析數(shù)據(jù)等，是衛(wèi)星數(shù)據(jù)結(jié)合其他降水?dāng)?shù)據(jù)源聯(lián)合反演的最佳降水率產(chǎn)品[2]。本文選用了1998—2013年TRMM-3B43的月時(shí)間尺度0.25°×0.25°空間分辨率的降水產(chǎn)品。2011年6月30日TRMM降水產(chǎn)品的反演算法由V6版本升級為V7版本，發(fā)布的數(shù)據(jù)產(chǎn)品精度進(jìn)一步提高[3]?；赥RMM測雨產(chǎn)品的成功，2014年2月又發(fā)射了全球降水觀測(globalprecipitationmeasurement,GPM)衛(wèi)星。這是1個(gè)由1顆主衛(wèi)星和8顆小衛(wèi)星組成的衛(wèi)星群，可實(shí)現(xiàn)3h覆蓋全球的觀測，其南、北緯65°的覆蓋范圍使新疆地區(qū)成為重要的研究區(qū)域。深入分析TRMM及GPM測雨產(chǎn)品在新疆地區(qū)的適用性，對評估新疆地區(qū)水資源分布具有重要意義。

TRMM衛(wèi)星從1997年11月發(fā)射至今已積累了17a的降水?dāng)?shù)據(jù)，國內(nèi)外學(xué)者在TRMM數(shù)據(jù)的精度驗(yàn)證方面做了大量研究[4-12]，但對新疆地區(qū)降水?dāng)?shù)據(jù)的研究還較少。楊艷芬等[13]等利用TRMM-3B42日數(shù)據(jù)對西北干旱區(qū)進(jìn)行了精度驗(yàn)證，指出TRMM遙感降水?dāng)?shù)據(jù)在西北干旱區(qū)難以直接應(yīng)用，需要做進(jìn)一步糾正處理； 季璇等[14]利用TRMM-3B42日降水產(chǎn)品對新疆中天山地區(qū)進(jìn)行了精度驗(yàn)證，指出該數(shù)據(jù)對日降水事件的估計(jì)準(zhǔn)確率較低，該降水產(chǎn)品的質(zhì)量不高； 王曉杰等[15]利用TRMM-3B43產(chǎn)品對天山及其周邊地區(qū)進(jìn)行了適用性研究，認(rèn)為TRMM-3B43月降水產(chǎn)品在天山山區(qū)有很好的適用性。但上述研究多是運(yùn)用TRMM-3B42日降水?dāng)?shù)據(jù)； 對月尺度降水產(chǎn)品只在天山及其周邊地區(qū)進(jìn)行了研究，得出的結(jié)論也不盡相同； 而利用TRMM-3B43V7月降水產(chǎn)品對新疆其他地區(qū)以及整個(gè)新疆地區(qū)的研究還鮮有報(bào)道。因此，本文針對新疆全區(qū)在氣象臺站降水觀測的基礎(chǔ)上，對比分析1998―2013年TRMM-3B43數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上的精度； 并以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，全面分析新疆地區(qū)降水的空間格局和季節(jié)分布特征，為新疆地區(qū)降水研究提供信息。

1研究區(qū)概況

以新疆維吾爾自治區(qū)為研究區(qū)，其處于典型的溫帶大陸性干旱氣候帶，年均降水量155mm。區(qū)內(nèi)山脈融雪形成眾多河流，綠洲分布于盆地邊緣和河流流域，總面積約占全區(qū)面積的5%，具有典型的綠洲生態(tài)特點(diǎn)。新疆降水存在比較明顯的時(shí)空分布不勻性——山區(qū)降水多于平原與盆地，北疆降水多于南疆，且降水量從西北向東南部漸減； 在時(shí)間分布上，降水主要集中在夏季，夏季降水量占全年降水量的60%以上[16]。研究區(qū)105個(gè)氣象站點(diǎn)與高程分布如圖1所示。

圖1　研究區(qū)高程及氣象站點(diǎn)分布

2數(shù)據(jù)與方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本文使用的TRMM-3B43V7(以下簡稱“TRMM”)遙感數(shù)據(jù)來自于美國NASA網(wǎng)站(http: //storm-pps.gsfc.nasa.gov/storm)2012年5月公布的1998—2013年月降水產(chǎn)品，空間分辨率為0.25°×0.25°(大約25km)，覆蓋范圍在W180°～E180°，N50°～S50°之間，時(shí)間分辨率為1個(gè)月。TRMM-3B43為TRMM數(shù)據(jù)的3級產(chǎn)品，是在其2級產(chǎn)品的基礎(chǔ)上經(jīng)過空間和時(shí)間平均后得到的，V7為TRMM產(chǎn)品的最新降水反演版本[17]。

氣象臺站的實(shí)測月降水資料由新疆氣象局信息中心提供，其時(shí)間尺度與遙感數(shù)據(jù)一致。本文選用月降水資料的獲取時(shí)間為2月和7月，分別代表新疆地區(qū)降水少和降水多的2個(gè)月份。圖2示出1998—2013年氣象臺站的年均降水量及2月和7月的月降水量。

(a) 年降水量/mm(b) 2月份降水量/mm(c) 7月份降水量/mm

圖2新疆地區(qū)氣象站點(diǎn)年降水量、2月和7月降水量

Fig.2AverageannualrainfallaswellasFebruaryandJulyaveragemonthlyrainfallformeteorologicalstationsinXinjiang

2.2數(shù)據(jù)處理及精度評價(jià)

每個(gè)TRMM數(shù)據(jù)產(chǎn)品均有降水率和相對誤差2個(gè)數(shù)據(jù)集，存儲格式為HDF。使用IDL語言讀取與氣象臺站地理位置相對應(yīng)的TRMM降水率，再分別乘以各月的總小時(shí)數(shù)將其轉(zhuǎn)換為月降水量數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到季降水量和年降水量數(shù)據(jù)； 然后采用相對誤差δ、相關(guān)系數(shù)R及均方根誤差RMSE等統(tǒng)計(jì)參數(shù)對觀測值與TRMM數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其計(jì)算公式分別為

(1)

(2)

(3)

3 結(jié)果與分析

3.1總體精度評價(jià)

對TRMM數(shù)據(jù)在整個(gè)新疆地區(qū)的精度進(jìn)行綜合分析。將新疆地區(qū)105個(gè)國家氣象站點(diǎn)實(shí)測的1998—2013年各年的月數(shù)據(jù)同與其對應(yīng)地理位置的TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對比，其散點(diǎn)趨勢見圖3。

圖3　1998—2013年TRMM與實(shí)測月降水量散點(diǎn)趨勢

由圖3可以看出，TRMM月降水量與氣象臺站觀測的月降水量的決策系數(shù)R2=0.562 8，相關(guān)系數(shù)R=0.75，并通過了置信度0.01的檢驗(yàn)，說明TRMM與站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)之間具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系。從檢驗(yàn)結(jié)果可知，TRMM數(shù)據(jù)在整體上具有較好的精度。

3.2年降水量檢驗(yàn)

將TRMM月降水?dāng)?shù)據(jù)與新疆地區(qū)所有站點(diǎn)實(shí)測的月降水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為年降水?dāng)?shù)據(jù)，并做出時(shí)間序列圖，在“年”時(shí)間尺度上對TRMM降水的精度進(jìn)行對比(圖4)。

圖4　TRMM與站點(diǎn)觀測1998—2013年降水量對比

由圖4看出，新疆地區(qū)1998—2013年，除2001年TRMM年降水比站點(diǎn)的實(shí)測降水略偏低外，其余年份均高于實(shí)測降水(平均偏高9mm)； 但TRMM降水與站點(diǎn)實(shí)測降水的總體變化趨勢一致。

3.3季降水量檢驗(yàn)

新疆地區(qū)為溫帶大陸性干旱氣候，降水稀少，季節(jié)分配不均，夏季降水多于冬季。為進(jìn)一步分析季節(jié)的不同是否會給TRMM降水產(chǎn)品的反演帶來差異，對TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了“季”時(shí)間尺度上的精度驗(yàn)證。對整個(gè)研究區(qū)105個(gè)地面氣象站點(diǎn)16年的降水?dāng)?shù)據(jù)分別按春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—翌年2月)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與同期的氣象站點(diǎn)實(shí)測降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖5所示。可以看出，春、秋、冬季的擬合度相當(dāng)，夏季的決策系數(shù)最低(R2=0.49),但總體來看4個(gè)季節(jié)的擬合度相差不大。

圖5　不同季節(jié)TRMM與實(shí)測季降水量散點(diǎn)圖

表1為不同季節(jié)TRMM數(shù)據(jù)與實(shí)測季降水誤差統(tǒng)計(jì)。可以明顯看出，大降水量主要發(fā)生在夏季，而夏季也產(chǎn)生最大的均方根誤差(57.39mm)，降水最少的冬季則產(chǎn)生最大的偏差(7.35mm)。

表1　不同季節(jié)TRMM與實(shí)測季降水誤差統(tǒng)計(jì)

3.4月降水量檢驗(yàn)

將1998—2013年TRMM逐年逐月降水?dāng)?shù)據(jù)與對應(yīng)站點(diǎn)實(shí)測的月降水?dāng)?shù)據(jù)制作成降水時(shí)序圖。圖6為每年1月份的降水時(shí)序圖。限于篇幅，其他月份降水時(shí)序圖沒有列出。

圖6　TRMM與站點(diǎn)觀測1月份降水量時(shí)序圖

由圖6可以看出，TRMM每年1月降水?dāng)?shù)據(jù)與對應(yīng)站點(diǎn)實(shí)測每年1月降水?dāng)?shù)據(jù)的總體變化趨勢是一致的。而從圖7可以明顯地看出，除春季和9―10月TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)小于實(shí)測降水外，其余月份TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)均大于實(shí)測降水，呈現(xiàn)出在春、秋季易出現(xiàn)雨、雪轉(zhuǎn)換頻繁的情況下，TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)會產(chǎn)生低估現(xiàn)象； 而在夏、冬季降水相對穩(wěn)定的時(shí)期，TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)又會出現(xiàn)高估現(xiàn)象。這有待進(jìn)一步分析其產(chǎn)生的原因，從而提高TRMM降水產(chǎn)品的反演精度。在降水量較少的1―2月和11―12月TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)普遍大于站點(diǎn)實(shí)測降水量，其中1月和12月多年平均差值近3mm。

圖7　1998—2013年TRMM與實(shí)測月均降水量對比

圖8為1998—2013年TRMM與實(shí)測降水的1―12月份月平均降水量的擬合結(jié)果。

圖8　1998—2013年TRMM降水與地面觀測站各月平均降水量散點(diǎn)圖

從圖8可知，擬合效果較好的為1,10,11和12月份的TRMM降水與地面觀測站降水量，決策系數(shù)分別為0.603 5,0.571 5,0.629 5和0.592 9，相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)均在0.75以上，表現(xiàn)出較好的一致性。其他月份的決策系數(shù)都在0.5左右； 決策系數(shù)最差的為6月份(0.450 4)，相關(guān)系數(shù)為0.67。

3.5數(shù)據(jù)個(gè)體精度檢驗(yàn)

從月、季、年3個(gè)尺度降水的檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)在整體上精度較高，但整體檢驗(yàn)只能說明總的趨勢一致，掩蓋了少數(shù)站點(diǎn)數(shù)據(jù)與對應(yīng)TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)之間的差異； 尤其是降水作為離散的氣象要素，其本身會受到很多因素(如地形、經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向、大氣環(huán)流及海陸位置等)的影響。因此，僅僅對TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行總體精度評估是不夠的，還需對其個(gè)體數(shù)據(jù)進(jìn)行各個(gè)站點(diǎn)的驗(yàn)證。將105個(gè)氣象站點(diǎn)1998—2013年實(shí)測月降水?dāng)?shù)據(jù)分別與其對應(yīng)的TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)作相關(guān)分析，得到TRMM數(shù)據(jù)與氣象站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)分布圖(圖9)。紅色數(shù)字為相關(guān)系數(shù)小于0.5的站點(diǎn)相關(guān)系數(shù)。

由圖9可以看出： 大部分氣象站點(diǎn)的月降水實(shí)測數(shù)據(jù)與TRMM的月降水?dāng)?shù)據(jù)之間的相關(guān)性較好(相關(guān)系數(shù)為0.6～0.9)，進(jìn)一步證明了TRMM月降水?dāng)?shù)據(jù)在整個(gè)新疆地區(qū)具有普遍的適用性。氣象站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)與TRMM月降水?dāng)?shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)出不均勻性，有4個(gè)站點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)在0.5以下，分別是塔什庫爾干(0.14)、于田(0.42)、溫泉(0.35)和鄯善(0.44)，說明這4個(gè)站點(diǎn)實(shí)測的降水?dāng)?shù)據(jù)與TRMM月降水?dāng)?shù)據(jù)之間的相關(guān)性較差。其中塔什庫爾干站點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)最小，這可能與該站點(diǎn)所處的局部地勢、地貌有關(guān)。該站點(diǎn)處于高海拔地區(qū)(3 014～5 456m)，地形起伏明顯，高程為3 093.7m。從高程圖(圖1)中可以看出，在以該站點(diǎn)為中心的625km2內(nèi)，站點(diǎn)正處于相對較低的位置，而站點(diǎn)的西南與東北地區(qū)海拔均在4 000m以上，地勢高度在整體上呈“S”型。由于TRMM衛(wèi)星主要針對熱帶低緯度地區(qū)進(jìn)行觀測，因此在中、高緯度，聯(lián)合其他探測儀器進(jìn)行的降水反演會表現(xiàn)出不確定性[12]。由于TRMM數(shù)據(jù)的1個(gè)像元代表625km2面積上的降水總體信息，而氣象站點(diǎn)實(shí)測降水?dāng)?shù)據(jù)不能全面代表站點(diǎn)周圍625km2范圍內(nèi)的降水狀況，地勢越復(fù)雜則代表性越差。

盡管相關(guān)系數(shù)能夠反映站點(diǎn)實(shí)測降水?dāng)?shù)據(jù)與TRMM月降水?dāng)?shù)據(jù)之間相關(guān)性的大小，但也容易掩蓋2種降水?dāng)?shù)據(jù)之間實(shí)際的誤差程度，這正好說明了研究相對誤差的重要意義[16]?；诖?，利用式(3)計(jì)算了各站點(diǎn)實(shí)測降水?dāng)?shù)據(jù)與TRMM年降水?dāng)?shù)據(jù)之間的相對誤差(圖10)。因圖面限制，只表示出105個(gè)站點(diǎn)中的35個(gè)站點(diǎn)。

圖1035個(gè)氣象站點(diǎn)與TRMM數(shù)據(jù)對應(yīng)像元1998—2013年均降水量對比

Fig.10Comparisonbetweeneverageannualprecipitationofcorrespondingpixels

observedbyTRMMand35meteorologicalstationsfrom1998to2013

由圖10可以看出： ①在105個(gè)實(shí)測氣象站點(diǎn)中，木壘和新源等41個(gè)站點(diǎn)的相對誤差小于0，說明這些站點(diǎn)的TRMM月降水?dāng)?shù)據(jù)小于實(shí)測站點(diǎn)月降水?dāng)?shù)據(jù)，衛(wèi)星降水?dāng)?shù)據(jù)存在一定的低估; ②托克遜和七角井等64個(gè)氣象站點(diǎn)的相對誤差大于0，表示這些站點(diǎn)的TRMM月降水?dāng)?shù)據(jù)大于實(shí)測站點(diǎn)月降水?dāng)?shù)據(jù)，衛(wèi)星降水?dāng)?shù)據(jù)存在一定程度上的高估。各氣象站點(diǎn)的誤差統(tǒng)計(jì)情況如表2所示。

表2　TRMM與臺站實(shí)測年降水量誤差統(tǒng)計(jì)

從表2可以看出，在105 個(gè)實(shí)測氣象站點(diǎn)中，有48個(gè)氣象站點(diǎn)的誤差在20%以內(nèi)，說明這些氣象站點(diǎn)的TRMM月降水?dāng)?shù)據(jù)與實(shí)測站點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)的差異較小，在一定程度上能夠反映出TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

各實(shí)測氣象站點(diǎn)之間的相對誤差具有不均勻性，差異明顯。其中莎車、額敏、伊寧、英吉沙、特克斯、富蘊(yùn)、阿克陶及沙灣8個(gè)氣象站點(diǎn)的相對誤差在±1%以內(nèi)，說明TRMM月降水?dāng)?shù)據(jù)和這些氣象站點(diǎn)實(shí)測降水之間有非常好的一致性； 而超過±50%誤差的站點(diǎn)達(dá)到了30個(gè)，尤其是鄯善、焉耆、和靜、塔什庫爾干、七角井、吐魯番及托克遜7個(gè)站點(diǎn)的誤差超過了100%，說明在這些站點(diǎn)TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)的高估超過了1倍，通過計(jì)算該7個(gè)站的年平均降水量只有45mm； 誤差在-40%以上的天池、木壘、小渠子、米泉、新源、白楊溝6個(gè)站點(diǎn)的年平均降水量則達(dá)482mm，均位于新疆降水比較充沛的地區(qū)。以上情況證明了TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)在降水較少的區(qū)域容易高估降水、而在降水量較多的區(qū)域容易低估降水的現(xiàn)象，這與吳雪嬌等[18]的研究結(jié)果是一致的。

圖11給出了新疆105個(gè)氣象站點(diǎn)實(shí)測的1998—2013年的年均降水量與對應(yīng)的TRMM年均降水?dāng)?shù)據(jù)的散點(diǎn)圖。

圖11　1998—2013年新疆地區(qū)105個(gè)觀測站實(shí)測與

從圖11可以看出，雖然通過上述分析相對誤差在±30%以上的站點(diǎn)占到新疆全區(qū)國家站點(diǎn)的40%，但其相關(guān)系數(shù)卻達(dá)到了0.81，而且無論從整體精度評價(jià)，還是年降水量、季降水量、月降水量檢驗(yàn)來看，都說明TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)與臺站實(shí)測降水具有很好的一致性； 同時(shí)也說明TRMM降水產(chǎn)品的偏差在時(shí)間和空間上具有一定的規(guī)律性，在具體使用中需要進(jìn)一步訂正處理[11,15]。

4結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

利用1998—2013年TRMM月降水量產(chǎn)品與新疆區(qū)域所有105個(gè)國家氣象站的降水觀測結(jié)果，通過統(tǒng)計(jì)分析，分別在年、季和月尺度上進(jìn)行了驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：

1)TRMM估算的年降水量在新疆地區(qū)與實(shí)測降水具有較高的一致性，平均偏高 5.29%。

2)TRMM與氣象站點(diǎn)的季尺度降水?dāng)?shù)據(jù)決策系數(shù)較高，各季決策系數(shù)差別不大，相關(guān)系數(shù)均在0.7以上； 并呈現(xiàn)春、秋季節(jié)降水低估，夏、冬季節(jié)降水高估現(xiàn)象。

3)TRMM的月數(shù)據(jù)與站點(diǎn)實(shí)測降水?dāng)?shù)據(jù)決策系數(shù)R2=0.562 8，相關(guān)系數(shù) R=0.75，表明二者之間相關(guān)性顯著，數(shù)據(jù)精度較高，其中擬合效果最好的是11月(R2=0.629 5)，最差的是6月(R2=0.450 4)；

4)對105個(gè)氣象臺數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性逐個(gè)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大部分站點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)較高，誤差較小，但塔什庫爾干、米泉、阿克達(dá)拉、阿拉山口、鄯善、溫泉、于田等站點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)較低，誤差相對較大； 從各站點(diǎn)的相對誤差分析得到，大部分站點(diǎn)(60%)相對誤差在±30%以內(nèi)，整體相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.81。

4.2建議

1)本文將全疆105個(gè)國家氣象站作為檢驗(yàn)站點(diǎn)，由于每個(gè)站點(diǎn)的海拔、下墊面類型和地理環(huán)境等各不相同，它們對TRMM產(chǎn)品反演結(jié)果準(zhǔn)確性的影響也會不同。TRMM-3B43V7產(chǎn)品是TRMM衛(wèi)星與其他衛(wèi)星聯(lián)合反演的降水產(chǎn)品，包括SSM/I,AMSR-E,AMSU-B微波降水以及全球降水氣候計(jì)劃(GPCP)的紅外降水估值，而微波遙感更易受不同地表類型的影響，且TRMM-3B43月降水產(chǎn)品的1個(gè)格點(diǎn)就代表了625km2面積上的平均降水量。因此，地面站點(diǎn)數(shù)據(jù)是否能夠代表該網(wǎng)格降水量的真值，還需要根據(jù)不同站點(diǎn)的海拔和下墊面類型進(jìn)行深入分析，這也是下一步需要深入研究的問題。

2)遙感測量和地面站點(diǎn)測量各有其優(yōu)缺點(diǎn)。遙感數(shù)據(jù)雖然測量的面積大，但所進(jìn)行的測量是瞬間測量； 地面站點(diǎn)測量數(shù)據(jù)雖然在時(shí)間上是連續(xù)測量，但在面上缺乏代表性。地面站的點(diǎn)測量和遙感的面測量之間有個(gè)尺度問題，如何解決地面站點(diǎn)測量的代表性，也是需要深入研究的問題。

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(責(zé)任編輯： 邢宇)

Applicability research on TRMM-3B43 precipitation over Xinjiang

LU Xinyu1,2， WEI Ming1， WANG Xiuqin3， XIANG Fen4

(1. Institute of Atmospheric Physics，Nanjing University of Information Science & Technology， Nanjing 210044， China； 2. Xinjiang Meteorological Observatory， Urumqi 830002， China； 3. Changji Meteorological Bureau， Changji 831100， China；4. Hubei Meteorological Information and Technology Support Center， Wuhan 430074， China)

Abstract:Inthispaper,anattempthasbeenmadetoestimaterainfallovertheXinjiangregionbyusingtheTropicalRainfallMeasuringMission(TRMM)- 3B43productfortheperiodof2003-2008andraingaugedatafrom105weatherstationsatdifferenttimeintervals.TheresultsshowthattheTRMMrainfallproductisgenerallyconsistentwiththemeasuredoneontheyearly-scale；GoodnessoffitofseasonalprecipitationbetweenTRMMestimatesandobserveddataishigh,withthegoodnessoffitbeinginsignificantlydifferentbetweentheseasonsandthecorrelationcoefficientsbeingabove0.7；Forthemonthscale,TRMMproducthasstatisticallysignificantcorrelation(r=0.75)withraingaugedata;Forindividualstations,atmoststationsthecorrelationcoefficientsarereasonablyhighandtheestimationbiasesaresmall.Ananalysisoftheerrorobtainedfromeachsiteshowedthatmostofthem(60%)arewithin30%,whiletheoverallfittingcorrelationcoefficientreached0.81,suggestingthatthereisgoodconsistencybetweenTRMMprecipitationdataandobservedprecipitation.Overall,TRMMprecipitationproductshavecertaindeviationintimeandspace,butthedeviationshavecertainregularity.Calibrationisindispensableprocessinginapplication.

Keywords:tropicalrainfallmeasuringmission(TRMM)-3B43data；precipitation；applicability；Xinjiangregion

doi:10.6046/gtzyyg.2016.03.26

收稿日期：2015-03-23；

修訂日期：2015-09-13

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目“突發(fā)性強(qiáng)對流天氣演變機(jī)理和監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù)研究”(編號： 2013CB430102)、新疆維吾爾自治區(qū)科技支疆項(xiàng)目“北疆雪水資源遙感監(jiān)測分析服務(wù)平臺建設(shè)”(編號： 2013911104)、沙漠氣象科學(xué)研究基金項(xiàng)目“基于自適應(yīng)算法的烏魯木齊雷達(dá)定量測量降水研究”(編號：SQJ2014012)、公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)項(xiàng)目“江淮對流云結(jié)構(gòu)特征及增雨作業(yè)指標(biāo)研究”(編號：GYHY201306040)和中國氣象局2014年關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目“強(qiáng)災(zāi)害天氣的臨近預(yù)報(bào)與潛勢預(yù)報(bào)”(編號：CMAGJ2014M21)共同資助。

中圖法分類號：TP79

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-070X(2016)03-0166-08

第一作者簡介：盧新玉(1979-),男,博士研究生,主要研究方向?yàn)橹鞅粍?dòng)微波遙感反演降水。Email： 31810964@qq.com。

通信作者：魏鳴(1957-)，教授，主要從事大氣遙感等方面的研究。Email：mingwei@nuist.edu.cn。

引用格式： 盧新玉,魏鳴,王秀琴,等.TRMM-3B43降水產(chǎn)品在新疆地區(qū)的適用性研究[J].國土資源遙感,2016,28(3):166-173.(LuXY,WeiM,WangXQ,etal.ApplicabilityresearchonTRMM-3B43precipitationoverXinjiang[J].RemoteSensingforLandandResources,2016,28(3):166-173.)