摘 要：以廣東省中山市作為研究區(qū)，利用雨量站實測降水資料對0.1°×0.1°空間分辨率的MSWEP降水產(chǎn)品區(qū)域適用性進行了分析。結果表明：MSWEP降水產(chǎn)品精度較高，且能較為準確地反映季節(jié)降水空間分布規(guī)律，在中山市有較高的適用性，可作為降水數(shù)據(jù)來源使用。

關鍵詞： 降水；中山市；災害預警；水資源管理

中圖分類號：P407 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

降水是水文循環(huán)的重要組成環(huán)節(jié)之一，準確的長序列降水數(shù)據(jù)有助于分析未來降水趨勢和地區(qū)降水特性，可以提前預測因降水因素引起的自然災害，為水資源管理、節(jié)水灌溉、引水調(diào)水等農(nóng)業(yè)保障措施提供數(shù)據(jù)支撐[1-5]。當前，全國已建成7.6萬余個地面自動氣象觀測站，在災害預警中起到了關鍵作用，但所觀測數(shù)據(jù)并未完全開源，致使其應用范圍受到一定限制[6-10]。以MSWEP（Multi-Source Weighted-Ensemble Precipitation）為代表的系列降水數(shù)據(jù)集，融合了地面站點觀測降水數(shù)據(jù)、多種衛(wèi)星監(jiān)測降水數(shù)據(jù)、再分析降水數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，并使用地表或地下徑流數(shù)據(jù)及潛在蒸散發(fā)數(shù)據(jù)進行校正，具有歷史序列長，空間覆蓋面廣，數(shù)據(jù)精度高等優(yōu)點，為研究人員提供了有效的降水數(shù)據(jù)補充。國內(nèi)研究人員已對MSWEP數(shù)據(jù)在國內(nèi)的適用性進行了初步評估，但其研究往往側重于大面積流域的適用性，而MSWEP數(shù)據(jù)在小尺度上的適用性差異被忽略[11]。因此，選取廣東省中山市作為研究區(qū)，分析MSWEP數(shù)據(jù)在中山市月、季節(jié)尺度上的精度表現(xiàn)，以更精確的評價數(shù)據(jù)在小空間尺度上的適用性。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于廣東省中南部，地處珠江出海口、

粵港澳大灣區(qū)幾何中心的中山市。地理坐標為113°

09′02″～113°46′E，22°11′12″～22°46′35″N。行政轄區(qū)面積為1 899 km2，其中陸域面積1 781 km2，海域面積118 km2，是粵港澳大灣區(qū)中重要的節(jié)點城市，起著“東承西接”的重要作用，東與深圳市、香港隔海相望，中山港至香港94.45 km；東南與珠海市接壤，毗鄰澳門，石岐至澳門60 km；西面和西南面與江門市、新會市和斗門縣相鄰；北面和西北面與廣州市南沙區(qū)和佛山市相接；馬鞍和大茅等海島分布在市境東西的珠江口沿岸。

中山市屬亞熱帶季風氣候，光熱充足，雨量充沛。1991—2020年年平均氣溫為23.0 ℃。雨量充沛，年平均降水量為1 927.9 mm，日照時長1 755.0 h。年平均雷暴日數(shù)為66.9 d。災害天氣主要有臺風、暴雨等強對流天氣。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

所使用的數(shù)據(jù)來源包括兩類，分別是1981—2010年中山市實測降雨數(shù)據(jù)、多源加權集成降水數(shù)據(jù)集降水資料。實測數(shù)據(jù)獲取自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，區(qū)站號59485氣象站點的逐日降雨數(shù)據(jù)。

所使用的MSWEP降水產(chǎn)品數(shù)據(jù)空間分辨率為0.1°×0.1°，空間覆蓋范圍為全球；時間分辨率為1 d，

時間覆蓋范圍為1981—2010年。MSWEP產(chǎn)品的主要生產(chǎn)方法如下：

（1）將全世界67 000多個氣象站點的降水數(shù)據(jù)和6種遙感或者再分析數(shù)據(jù)的三日降水量平均值序列之間的決定系數(shù)作為權重，進行空間加權插值計算，以得到6種數(shù)據(jù)來源的世界權重圖。

（2）基于經(jīng)實測河道流量及估算潛在蒸散發(fā)數(shù)據(jù)校正后的WorldClim數(shù)據(jù)集計算地表長期降水均值，對遙感/再分析數(shù)據(jù)進行頻率校正。

（3）基于全球權重圖，分別對不同數(shù)據(jù)源組合逐柵格進行加權平均融合，獲取多組融合降水估算數(shù)據(jù)。

（4）選擇與參考降水累積分布函數(shù)最為匹配的數(shù)據(jù)源組合進行融合，并校正該組合融合數(shù)據(jù)的累計分布函數(shù)及時間變異性后，得到最終MSWEP數(shù)據(jù)[12]。

2.2 研究方法

整理出位于中山市區(qū)站號59485氣象站點的實測降水數(shù)據(jù)，提取站點所在柵格的MSWEP對應的衛(wèi)星降水數(shù)據(jù)。以氣象站點實測數(shù)據(jù)為基準，整體、逐月對MSWEP數(shù)據(jù)精度進行精度檢驗評價。

評價方法采用相關系數(shù)（CC）驗證衛(wèi)星降水數(shù)據(jù)與實測站點數(shù)據(jù)的一致性，采用相對偏差（BIAS）、均方根誤差（RMSE）量化衛(wèi)星降水數(shù)據(jù)與實測站點數(shù)據(jù)的誤差，采用納什效率系數(shù)（NSE）評價衛(wèi)星降水數(shù)據(jù)與實測站點數(shù)據(jù)的匹配程度。評價指標計算方法見表1。

3 結果與分析

3.1 MSWEP衛(wèi)星降水數(shù)據(jù)質(zhì)量整體評估

使用淮河流域1980—2010年氣象站實測降雨數(shù)據(jù)，評價MSWEP產(chǎn)品的月降水精度，CHIRPS降水數(shù)據(jù)由站點坐標所在柵格對應提取。由圖1可知，MSWEP降水數(shù)據(jù)精度較高，經(jīng)過計算其估算的月降水數(shù)據(jù)與站點實測數(shù)據(jù)CC達0.90，相關性較高；RMSE為75.73 mm，誤差值較?。籅IAS為0.032 5，表明MSWEP數(shù)據(jù)對中山市降水有所高估；NSE為0.76，表明MSWEP降水數(shù)據(jù)與中山市實測降水匹配程度較高。

因太平洋及南中國海洋氣候影響，中山市每年降水多集中于4—9月。并且，降水量在汛期前后的區(qū)別明顯，在4—6月的前汛期，降水多為西南低空急流暴雨和鋒面雨；在7—10月，降水多為臺風雨。逐月分析MSWEP降水數(shù)據(jù)精度可進一步驗證其在中山適用性，MSWEP降水產(chǎn)品逐月精度表現(xiàn)見表2。

由表2可知，從整體上看，MSWEP降水數(shù)據(jù)在1—12月均有較好的精度表現(xiàn)，與實測數(shù)據(jù)在各月的CC均＞0.6，且僅有5月的CC＜0.8。CC較高的月份集中于11月至翌年4月，表明MSWEP降水數(shù)據(jù)在非汛期與實際降水的相關性較好。與實測數(shù)據(jù)在各月的RMSE為15.88～130.55 mm，在5—8月的誤差較大，均超過100 mm，這是由于5—8月處于主汛期，降水總量大且暴雨和強對流天氣多發(fā)。

與實測數(shù)據(jù)在各月的BIAS范圍為-0.09～0.33，其中，10月至翌年4月BIAS為正數(shù)，表明MSWEP降水數(shù)據(jù)對實際降水有所高估；5—9月，BIAS為負數(shù)，表明MSWEP降水數(shù)據(jù)對實際降水有所低估。

3.2 基于MSWEP降水數(shù)據(jù)的中山降水空間分析

為進一步驗證MSWEP降水產(chǎn)品在中山市的適用性，將中山市市域范圍的MSWEP降水數(shù)據(jù)柵格進行提取，并分別計算各柵格季節(jié)降水量，以分析中山市降水季節(jié)分布特征，結果見圖2。

由圖2可知，MSWEP降水數(shù)據(jù)能較為準確地反映出中山市降水空間分布及季節(jié)間差異。在春、夏、秋三季，中山市降水空間分布地區(qū)變化較大，整體呈明顯南多北少趨勢，該結論與薛建強[13]利用中山市13個實測降水代表站點的分析結果相一致。冬季，中山北部地區(qū)鶯歌咀、南頭代表站冬季多年平均降水量分別為70.8、79.6 mm，大于南部地區(qū)大涌口冬季多年平均降水量43.6 mm。MSWEP降水數(shù)據(jù)反映出的中山市降水空間分布趨勢并不明顯，但降水量高值區(qū)域位于市域北部，與實測降水數(shù)據(jù)表明的空間趨勢高度一致，在空間尺度上同樣表現(xiàn)出了較好的適用性。

4 結論

本研究以廣東省中山市作為研究區(qū)，利用雨量站實測降水資料對0.1°×0.1°空間分辨率的MSWEP降水產(chǎn)品區(qū)域適用性進行分析，得出以下結論：

（1）MSWEP月降水數(shù)據(jù)與站點實測數(shù)據(jù)CC為0.90，RMSE為75.73 mm，BIAS為0.032 5，整體精度較高。

（2）MSWEP降水數(shù)據(jù)與站點實測數(shù)據(jù)各月CC為0.6～0.95，RMSE為15.88～130.55 mm，BIAS為-0.22～0.33，精度表現(xiàn)較好。

（3）MSWEP降水數(shù)據(jù)能較為準確地反映出中山市降水空間分布的季節(jié)差異，與站點實測結果相一致。

參考文獻

[1] 陳宇.基于水文頻率分析的降水特性分析[J].陜西水利，2024（8）：43-45.

[2] 彭曉媛，祁正乾，梁捷，等.石羊河流域降水時空分布特性分析[J].甘肅水利水電技術，2024，60（4）：1-6.

[3] 徐佳偉，蔣瑋.地震及降雨作用下路堤邊坡變形破壞特性研究[J].中國公路學報，2024，37（6）：76-86.

[4] 許昊麗，李春光，李超超，等.固原市隆德縣降水特性分析[J].寧夏工程技術，2023，22（4）：289-294.

[5] 周麗，肖世蘭.沱江流域雨季降水特性指標分析[J].農(nóng)業(yè)災害研究，2024，14（1）：188-190.

[6] 楊家亮，崔璨，李淑雅，等.湖南省多尺度降水序列混沌特性空間分異[J].水利規(guī)劃與設計，2022（8）：33-37.

[7] 王聰聰.離石區(qū)2010—2019年大氣降水化學特性分析[J].山西水利科技，2021（3）：48-50.

[8] 董甲平，冶運濤，顧晶晶，等.灤河流域遙感降水降尺度多時間特性分析[J].水力發(fā)電學報，2022，41（8）：77-91.

[9] 張海寧，周旗，毛雨唯，等.渭河流域極端降水特性指標分析[J].水土保持研究，2022，29（3）：128-134.

[10] 李耀孫，原韋華，孫績?nèi)A，等.云南雨季和干季小時降水的時空特性分析[J].高原山地氣象研究，2021，41（3）：24-32.

[11] 黃琦，覃光華，王瑞敏，等.基于MSWEP的祁連山地區(qū)降水空間分布特性解析[J].水利學報，2020，51（2）：232-244.

[12] 董曉華，張慶玉，張?zhí)?，?三種長期定量降水產(chǎn)品在淮河流域干旱監(jiān)測中的潛力[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2021，37（11）：

93-103.

[13] 薛建強.中山地區(qū)降水特性分析[J].廣東水利水電，2013 （12）：25-27，33.