川渝地区TRMM降水资料适用性检验

2017-09-15

福建质量管理 2017年14期

(成都信息工程学院大气科学学院四川成都 610225)

川渝地区TRMM降水资料适用性检验

廖洪涛肖天贵

(成都信息工程学院大气科学学院四川成都610225)

本文使用1998-2016年TRMM 3B43 V7降水数据和中国756站点降水日值数据集，结合趋势系数和相对误差对TRMM降水资料在川渝地区的适用性进行检验，发现TRMM降水在川渝地区具有较高的精度。TRMM 3B43 V7降水数据与气象站点实测数据的拟合直线接近y=x,TRMM 3B43 V7降水量与观测值相近，具有统计学意义。不同时间尺度下，两资料的相对误差在年时间尺度上较小而月时间尺度上较大，且月时间尺度上相对误差较大的区域与四川地形图中地形较高的川西地区相吻合。通过对不同季节进行分析，春、秋两季相对误差分布较为相似，夏季TRMM降水资料质量最高，冬季资料质量最差。

TRMM；川渝地区；降水

一、引言

川渝地区指四川省、重庆市两地，为四川盆地丘陵地带，属于亚热带季风气候，但具有盆地亚热带湿润气候的特点。川渝盆地北邻秦岭高低，西壤青藏高原，在特殊地理位置的影响下，川渝地区气候同时受到东亚季风、印度季风和青藏高原环流的影响[1]。近年来对川渝地区降水的研究多集中于夏季降水或旱涝变化。

由于气象站点分布不不均，受到地形、人为影响较多，实测站点数据存在数据缺失、错误等问题[2]，会导致基于站点资料的插值结果存在偏差。因此，利用空间时间连续的再分析或者卫星降水数据可以更好地研究降水时空特征[3]。目前，国内外已有不少学者对热带降水测量卫星计划(Tropical rainfall measuring mission,TRMM)降水数据的适用性进行评估，并使用TRMM降水资料研究降水时空变化[4-6]。研究表明，TRMM降水资料在西南地区[7]、新疆地区[8]甚至青藏高原[9]地区都有较高的精确度。嵇涛等[10]利用实测降水数据对TRMM卫星降水数据在川渝地区的适用性进行验证，发现实测降水与TRMM降水资料的相关性显著，坡度对降水精度影响较小。使用更新数据检验数据在该区域的可靠性和代表性。为TRMM卫星数据在西南地势与气候复杂区域的可靠性与适用性评估提供科学依据。

二、资料与方法

(一)资料

本文采用TRMM 3B43 V7月降水资料及对应的地面站点观测数据。TRMM 3B43 V7降水数据由NASA网站(http://disc.gsfc.nasa.gov)提供下载，此资料是由TRMM和其他数据经最佳降水量估计和降水均方根估计后合成的逐月平均全球(50°S-50°N)降水数据集，其空间分辨率为0.25°×0.25°，时间长度从1998年1月至2017年1月。首先提取出川、渝地区(25.125-34.875°N，97.125-110.625°E)降水速率(mm·h-1)并将其转化为月降水(mm·mon-1)资料。

观测资料采用我国756站降水日值观测数据集，其中四川省共有53个站点，重庆市有8个站点，时间长度从1951年1月-2013年6月。将降水观测日资料处理成月资料，当月降水有一日缺测，则该月降水量缺测；同理，可计算得年降水量。再将站点资料插值到与TRMM降水相同的格点上，比较两数据集在川渝地区1998年1月-2013年6月降水量异同。

(二)方法

1.趋势系数

为了了解川渝地区降水量的趋势变化，计算了年降水量与自然数序列之间的趋势系数。这样计算的趋势系数即标准化的一元线性回归系数，可以消去气象要素的均方差和单位对一元线性回归系数数值大小的影响，所以能够将不同地理位置不同气象要素的趋势变化进行比较。趋势系数为正，说明变量随时间t的增加呈上升趋势，反之则为下降趋势。

2.相对误差

通过分析观测与TRMM降水的相对误差以研究TRMM降水资料在川渝地区的适用性。根据地面站点1998-2013年降水数据，插值到与TRMM降水相同个格点上，计算每个格点上TRMM年降水量时间序列与观测的相对误差(Bs)，并在做相对误差年平均之前取其绝对值以防正负相抵。相对误差反应了TRMM降水资料相对于观测的偏离程度，Bs越接近0，则TRMM降水资料的精确度越高。

(1)

其中，Ot、Xt分别为气象站点观测数据和TRMM降水数据，t为时间序列样本量，本文为1998-2016年共计19年。

三、TRMM降水量准确性验证

利用川渝地区61个实测站点的月降水和年降水数据来验证1998-2013年TRMM 3B43 V7数据每个格点相对应的降水量，将站点观测数据作为自变量，相对应格点的TRMM降水数据为应变量，并计算其线性回归方程(图1)。

图1.1998.1-2013.6 TRMM 3B43 V7数据与实测站点数据散点图；a为月降水量对比散点图，b为年降水量对比散点图。黑线为回归方程，红线代表实测降水量与TRMM降水量相等

由图1a，b分别表现了TRMM降水量与观测在月、年时间尺度上的对应程度。川渝地区月降水量主要集中在0-700 mm·mon-1 ，大部分地区的月降水量不超过300 mm·mon-1；年降水量主要集中在400-1800 mm·a-1，且分布较为均匀，说明四川地区不存在大部分地区降水偏多或偏少的情况。在月和年时间尺度上，TRMM 3B43 V7降水数据与气象站点实测数据的拟合直线接近y=x，且拟合优度R2分别为0.918和0.851(R2越接近1，拟合效果越好)，全部通过了α=0.01置信水平检验，说明TRMM 3B43 V7降水量与观测值相近，具有统计学意义。

在线性拟合TRMM降水数据与观测后，分不同时间尺度进一步计算两者相对误差，以便于判断在不同季节TRMM降水资料的表现。先计算每个格点TRMM降水与观测的相对误差，取绝对值后再平均。

图2：1998.1-2013.6不同时间尺度下TRMM 3B43 V7数据与实测站点相对误差绝对值分布图；a)为月时间尺度，b)为年时间尺度

图2为月、年时间尺度的TRMM 3B43 V7降水资料与观测相对误差绝对值空间分布图。从图中可看出两资料的相对误差在年时间尺度上较小而月时间尺度上较大，且月时间尺度上相对误差较大的区域与四川地形图中地形较高的川西地区相吻合，因此月时间尺度上相对误差较大的地区可能与当地地势较高，观测有困难有关。图3为春、夏、秋、冬四季川渝地区相对误差分布图，每个季节的相对误差为三个月月相对误差平均值。春、秋两季相对误差分布较为相似，夏季TRMM降水资料质量最高，冬季资料质量最差。这与观测资料气候场有关，夏季降水整体偏多，冬季偏少，相对误差则夏季偏小，冬季偏大。在冬季，有些格点的观测数据整月降水量为0，TRMM资料中有降水，因此这些格点的相对误差突然增大。