1、第 卷第 期 年 月广 东气 象 收稿日期：基金项目：海南省南海气象防灾减灾重点实验室开放基金项目（）；广东省自然科学基金（）；广东省气象局面上项目（）作者简介：朱怡颖（年生），女，硕士，主要从事气象产品在重点单位气象灾害防御方面的应用。：朱怡颖，陈德康，张桥容 卫星降水数据在广东的适用性分析 广东气象，（）：卫星降水数据在广东的适用性分析朱怡颖，陈德康，张桥容（广东省气候中心，广东广州 ；广东省气象数据中心，广东广州 ；五华县气象局，广东五华 ）摘要：为评估全球降水观测（）卫星降水数据在广东地区的适用性，利用广东省 个国家地面站点实测降水数据，选用 个评价指标从降水误差、季节平均降水量等方面
2、进行精度验证。结果表明：卫星降水数据与站点实测数据相关性随时间尺度增加呈递增趋势，探测能力在月尺度上表现较好。卫星降水数据在季节尺度上对平均降水量有一定的表征能力，但季节间有明显差异，在夏季表现较差。降水数据受气候、地理位置和地形等因素影响较大，降水精度易受影响。关键词：气象卫星；全球降水观测（）；降水量；广东中图分类号：文献标志码：降水作为基本气候变量（），是全球水循环的重要组成部分，同时也是生物、水和大气之间相互作用的驱动因素，具有重要意义 。广东地处低纬，受气候特征、下垫面状况、海陆位置等因素影响，降水具有复杂的时空不均匀性 ，准确地获取降水时空分布特征对洪涝干旱监测和气象灾害监测预警有
3、重要意义。全球降水观测（，）作为 卫星的后续卫星降水计划，自 年 发布以来，大量研究将其应用于各类场景，如内陆降水 、水文模拟 、土壤干旱遥感监测 、极端天气事件分析 等。国内针对 不同级别的数据精度有大量的分析 ，但广东地区基于卫星降水产品的研究较少，且多为短期极端降水过程 、台风暴雨或汛期的变化特征与评估 等。广东地区基于长期、多尺度的卫星降水时空分析仍有很大的探索空间，因此基于地面基准资料，深入辨识卫星降水数据对广东区域降水时空特征的估计能力很有必要。本研究以广东省内陆区域作为研究区域，分析 卫星降水数据与地面观测数据在月、旬、日尺度上的数据异同，不仅对于水文气象分析、生态环境模拟、自然
4、灾害预警等方面具有直接意义，也可为今后广东地区合理利用卫星降水信息及其融合数据，提高缺资料地区降水检测、估计能力提供参考。研究区、数据与方法 研究区概况广东濒临南海，地势总体北高、南低，山地和高丘陵以北东 南西走向居多，大小谷地、盆地、平原和湖泊分布其间，山地和丘陵占全省陆地总面积的 。广东位于东亚季风区，降水和光照资源较为丰富；月为集中降水期，全省年平均降水量为 ；全年平均气温为 ，气温分布为南高北低。数据来源本研究使用 年 月 日至 年 月 日广东地区 个国家地面气象站点实测逐日降水数据。采用 卫星降水数据（下载网站：），考虑高时空分辨率降水观测数据的精确性，选用 产品中经全球降水气候中心
5、的月均站点资料进行误差订正后的 产品。降水数据与地面站点实测数据间存在空间差异，以站点为基准，将卫星数据插值到站点上，在时间尺度上对数据进行逐日、逐旬、逐月的累加，使用站点降水数值与对应格点降水值进行分析计算。研究方法为评估 降水数据的精度在广东省的适用性，采取相关系数（，）、均方根误差（，）、相对偏差（，）。用以揭示站点降水和 降水数据间的相关性；用以揭示站点降水和 降水数据间的离散程度；用以揭示站点降水和 降水数据间误差的水平变化趋势。以往研究表明，卫星降水数据与地面观测数据之间 较大、较低且 接近于 时，说明卫星降水数据进度较高，且适用性较好。为进一步对比站点实测降水数据和 卫星降水数据
6、的匹配状况，采用散点斜率法和线性测定系数 来评价 降水与观测站点的线性拟合度，越接近于 ，表明数据的拟合度越好；值用以揭示 降水数据趋于真实值的程度，即 值越接近于 ，表明 数据越接近于真实值。结果与分析 研究总体精度评估图 为广东地区 年平均日降水量空间分布情况。通过对比分析发现，广东省降雨量呈东、西部少中部多且自南向北逐渐递减的趋势，其中阳江市雨量最大，梅州市雨量较小。广东南部沿海，受海陆季风和大气环流影响，水汽充足，雨水丰沛（图 ）。东部地区的五华县、梅县、大埔县等地区的东南方向因为群山连绵，阻隔了大部分来自南方的水汽，因而造成梅州市大部分地区雨量较少。广东省西部以云浮、罗定市地势为代表
7、的盆地地貌，中间低四周高，同样造成降雨量较少。广东省中部地区具有地势平坦、沿海或处于两边高耸中间低洼的谷地特征的区域降雨量较多。由图 可知，数据能较好表现降水的空间分布特征，但在广东省北部、东部和中西部都存在明显的高估降水现象，但在惠州市北部和汕尾市存在低估降水的现象。图 年 月至 年 月广东地区平均日降水量分布 地面站点；卫星 日、旬和月尺度下 降雨产品精度对比为分析 降水数据在整个广东区域上的精度，将广东地区 个地面气象站实测数据与对应的 降水数据纳入同一时间序列，在日、旬、月 个不同时间尺度上对卫星降水数据的表现进行对比分析，结果如图 所示。由图 可知，数据对广东省实测月降水拟合度较好，
8、具有明显的相关性和一致性（）；在日尺度上拟合度较差 仅为 。在日、旬、月尺度上，降水数据与地面实测数据相关性随时间尺度增加呈现不断增高的特征，从日尺度的 增加至旬尺度的 至月尺度的 ，散点的聚合程度明显改善，说明随时间尺度增加 降水数据与地面实测数据相关性变高（图）。相关系数只能反映数据之间的联系情况，无法表现 数据与地面观测数据之间的差异程度。通过进一步计算相对误差（）和均方根误差（）发现，降水数据在各时间尺度上存在 高 估 降 水 的 现 象，分 别 为 、和 ；值随时间尺度的增加呈误差增大的趋势，分别为 、。第 期朱怡颖等：卫星降水数据在广东的适用性分析图 日（）、旬（）、月（）尺度 降
9、水与站点降水对比散点密度分布图 日、旬、月尺度下 指标变化趋势 季节尺度对比广东省年降水充沛，但在季节上分配不均，至 月多雨，月至次年月少雨 。在季节尺度上对 卫星数据的精度进行评估是判断卫星降水数据是否在广东适用的一个重要方面。按气候将 月划分为春季、月划分为夏季、月划分为秋季、月翌年 月划分为冬季，对这 个季节 个地面气象站实测的降水数据与 降水数据进行对比分析，如图 所示。整体来看，季节平均降水在春季的表现要好于其他季节，其中 在拟合程度上与地面实测值一致性较高，值为 ，相关性 为 个季节最大（），但 相对较高，有 。冬季虽拟合程度不佳，但相关性大于 ，且 仅仅为 。由于广东冬季处于非汛
10、期，降雨量较低，而 卫星搭载的双频雷达对降水探测最小阈值较低，且采用高敏感度模式交错采样，增强了对微量降水的观测能力 ，因此在冬季和春季少雨时期有较高的精度，这与刘益锋等 产品在福建省的适用性研究结果一致。夏季 降水数据与其他季节相较于地面实测数据的拟合度较低 值为 ，但相关性较高有 ，其中 在 个季节中最大，高达 季。秋季 降水与地面实测数据拟合度相对较高，但相关性较低，为 ，且 较大为 。造成该类现象的原因可能是由于夏季广东台风多发，在此期间台风较多，并伴有暴雨 ，导致在观测精度上存在较大偏差。图 不同季节的 降水数据与地面实测降水数据的散点对比 误差空间分布特征图 为日尺度 降水数据相较
11、于地面实测数据的各误差评估指数的空间分布，由图 可知，在广东省大部分地区 值高于 ，表明 降水数据和实测雨量数据一致性较好，特别是在粤东的汕尾南部、汕头中部和惠州中部地区，值大于 。在清远北部、肇庆西部和湛江中部近海，值低于 ，表明 降水数据受地形影响较大，海拔越高，数据精度越低，这与李媛媛等 对 降水数据在黄河流域空精度评估研究结果一致。图 显示 降水数据对广东省大部分地区存在明显高估的现象，广东气象第 卷 主要在 范围内变化，其中粤北的东北部地区、珠三角西部和粤西部分地区均大于 ，其中梅州西部、肇庆东南部、茂名南部和肇庆南部 超过 。而在阳江中东部与阳江交接处，中山、珠海、惠州北部，汕尾西
12、部等地区存在显著性低估。图 可看出，粤北和珠三角西北部 较小（），粤中和粤西大部分区域 大于 ，在阳江、江门、珠海、中山和广州等地 较高，部分地区大于 ，其原因之一是这些地区受西南暖湿气流及南海季风等影响，在珠江口及其西部沿海地区降水量大，降水事件频发 ；另一方面可能是由于用以校正的地面站点较少，导致 降水能力在这些区域下降 。图 卫星日降水数据误差统计指数空间分布 ；结论）降水数据在日、旬、月尺度上均有高估降水的现象，随着时间尺度增大，降水数据与站点实测数据的相关系数逐渐增加，而 有累积效应。日尺度上，相关系数为 ，为 ，月尺度相关系数上升至 ，但 累积达到 。）降水数据与站点实测数据的平均
13、降水量在广东地区具有较好的空间分布一致性，但在不同季节存在一定差异，春季和冬季相关性最大分别为 和 ，其次是夏季为 ，秋季最小。在冬季小，夏季最大。拟合度春季和秋季较好，冬季次之，夏季最差。通过分析站点和误差的空间分布显示，气候、地理位置和地形等多种因素都使得 降水数据的精度差异较大，尤其是对于山区和沿海地区，受暖湿气流、季风和山脉的影响导致降水精度受到影响。卫星作为新一代降水卫星，能够较好地应用于广东地区，提高了数据的时空分辨率，本研究仅选用国家站 个站点，样本数量较少，未来有连续且准确的更多地面观测数据的话，验证效果可能更好。本研究对降水尺度的最小时间尺度是日，在更小尺度上，地面观测数据与
14、卫星降水信息的评估效果研究是未来进一步研究的方向，且对于降水检测及应用也具有重要意义。参考文献：，：，：？凌良新，章鹰，陈往溪 广东年、季降水量时空变化分布特征 广东气象，（）：黄茂栋，廖仕湘，杨立洪 广东汛期降水的时空分布特征 广东气象，（）：，（）：，：谭惠芝，尹倩，姬莉雯，等 融合 降水数据的土壤干旱遥感监测 干旱区研究，（）：，：唐国强，李哲，薛显武，等 赣江流域 遥感降水对地面站点观测的可替代性 水科学进展，（）：刘益锋，汪小钦，吴思颖，等 与 卫星降雨数据在福建省的适用性对比分析 水土保持研第 期朱怡颖等：卫星降水数据在广东的适用性分析究，（）：陈晓宏，钟睿达，王兆礼，等 新一代
15、卫星遥感降水数据在中国南方地区的精度及水文效用评估 水利学报，（）：温伯清，刘戎，庞国伟，等 卫星降水数据的降尺度研究 以陕西省为例 干旱区地理，（）：黄卓禹，王萍，顾敬，等 一次典型暴雨的 卫星观测及特征分析 广东气象，（）：肖柳斯，张阿思，闵超，等 卫星降水产品在台风极端降水过程的误差评估 高原气象，（）：张华龙，肖柳斯，陈生，等 基于 卫星的广东汛期降水日变化特征与评估 热带气象学报，（）：林良勋，冯业荣，黄忠，等 广东省天气预报技术手册 北京：气象出版社，徐林春，黄东，林美兰，等 广东省月降雨量时空演变特性分析 广东水利水电，（）：，张?祺，傅云飞 卫星双频测雨雷达探测降水结构的个例特征分析 大气科学，（）：唐晓春，刘会平，潘安定，等 广东沿海地区近 年登陆台风灾害特征分析 地理科学，（）：李媛媛，宁少尉，丁伟，等 最新 降水数据在黄河流域的精度评估 国土资源遥感，（）：胡娅敏，罗晓玲，陈新光 年广东省汛期降水空间分布不均的气候成因 广东气象，（）：孙桂凯，魏义熊，王国帅，等 卫星降水数据在广西地区适用性分析 人民长江，（）：，（，；，；，）：（），），），），：；广东气象第 卷
