洞庭湖流域不同格點降水數據與實測數據的相互比較和評價

發(fā)布時間：2020-04-25 09:52

【摘要】：準確的降水數據對于農業(yè)生產、水資源規(guī)劃與管理、洪澇干旱監(jiān)測和地質災害預警等均具有重要意義。獲取降水數據的傳統方式是地面臺站觀測。隨著科學技術的發(fā)展,基于數值模式、站點數據插補、衛(wèi)星反演以及數據融合等方法,生成了大量的格點降水數據。對格點降水數據的驗證和評估一直是氣象工作者關注的焦點。本文以洞庭湖流域為研究區(qū)域,以地面氣象觀測降水數據(CMD)為參考,對基于數值模式的CFSR和ERA-Interim、基于星地數據融合的CMAP和GPCP、基于地面觀測數據插值的CRU和PREC/L等不同格點數據的降水時空分布特征,降水變化及與夏季風、西太平洋副高和ENSO等影響因子的響應關系進行比較,并研究了不同降水數據的旱澇演變特征,目的在于評估不同格點降水數據在洞庭湖流域的適用性,篩選出適用于本區(qū)域的格點降水數據。取得的研究成果主要有:(1)洞庭湖流域CMD數據年降水呈現出東多西少、南多北少的空間分布,降水量季節(jié)差和6月份降水量的的空間分布與年降水的大體相似。CFSR和ERA-Interim數據高估了絕大部分區(qū)域的降水量,能再現CMD中部分區(qū)域降水的空間分布;CMAP、GPCP、CRU和PREC/L數據對降水高低估并存,年降水和12月降水的空間分布與CMD較為相近,部分區(qū)域降水量季節(jié)差和6月降水量的空間分布與CMD一致。PREC/L數據在空間序列上與CMD的一致性較好。6種格點數據年降水變化的EOF1空間分布與CMD較為相似,CMAP和GPCP數據中EOF2空間分布與CMD相似,大部分格點數據的EOF3空間分布與CMD差異較大。(2)洞庭湖流域年降水歷經多雨-少雨-多雨的階段變化,未發(fā)生顯著突變,目前處于向少雨轉變的過渡階段。格點降水數據變化趨勢大體與CMD一致。洞庭湖流域降水春夏多、秋冬少,格點數據較好地再現了CMD降水的年內分布。CFSR和ERA-Inteim數據對各月降水量為高估,夏季月份的高估程度較大,CMAP和CRU數據低估大部分月降水,GPCP和PREC/L數據暖季多為高估、冷季多為低估。GPCP數據在月尺度序列上與CMD一致性較好。格點降水數據多時間尺度變化周期的前2個與CMD較為接近,ERA-Interim、CRU和PREC/L數據中后2個周期與CMD差異較大。(3)洞庭湖流域夏季7月降水與6月南亞季風指數II、8月降水與同期東亞夏季風指數的負相關關系顯著。CFSR、CMAP、GPCP、CRU和PREC/L數據較好地再現7月降水與6月南亞季風指數II的相關關系,CFSR、CMAP、GPCP和CRU數據較好地再現8月降水與同期東亞夏季風指數的相關關系。大部分格點數據中相關系數的空間分布與CMD的相似。CMD數據7月降水的IMF3分量周期與6月南亞夏季風指數II、8月降水的IMF3分量周期與同期東亞夏季風指數的相應分量周期相同的站點數均較其它分量多,站點比例約為50%。7月,多數格點數據對洞庭湖平原和中南部的IMF3分量周期再現較好;8月,格點數據對湘江中游河谷、流域東南部山地邊緣的IMF3分量周期再現較好。(4)格點降水數據大體上能反映出7月份脊線指數、6和7月北界指數、6~8月西伸脊點指數和副高強度指數對相應月份CMD降水的影響。6、7月副高特征指數對六種格點降水數據在部分區(qū)域的擬合能力與CMD接近,8月份副高特征指數對ERA-Interim數據的擬合能力與CMD最為接近。(5)流域年降水的IMF4分量和趨勢項與Ni?o3.4區(qū)SSTA年均值相應分量的正相關關系顯著,除CFSR外的格點數據均能再現出這種相關關系。在CMD數據中,IMF4分量與SSTA年均值相應分量在大部分區(qū)域為顯著正相關關系,CMAP、PREC/L數據中對流域西北和南部,GPCP對流域西北的相關關系再現較好。暖事件時,SSTA月值與CMD中滯后6個月的月降水正相關程度最大,CMD和格點降水數據中相關系數均自西北向東南減小;冷事件時,SSTA月值與CMD中同期月降水正相關程度最大,大部分格點降水數據中流域南部的相關系數高值區(qū)與CMD一致。冷暖事件期間,格點數據中相關系數顯著區(qū)域明顯較CMD大。(6)在由Z指數確定的旱澇等級中,GPCP數據對重澇、偏澇、偏旱、重旱年份的再現能力較好,大旱年份最差。CMAP和PREC/L數據對春季旱澇的總體再現能力最強,CFSR最差。ERA-Interim和GPCP數據對夏季旱澇的總體再現能力最強,CRU最差。大部分格點數據在流域西部和東部的年干旱頻率、流域西北和流域南部的春旱頻率、所有格點數據在流域西南和西北的夏旱頻率與CMD較為相似。部分格點數據能再現流域西部和西南部的歷年雨澇頻率、西南和西北部的春季雨澇頻率、流域西北和南部的夏季雨澇頻率。GPCP數據中歷年、PREC/L數據中夏季的旱澇頻率、CRU數據中春季干旱頻率、ERA-Interim數據中春季雨澇頻率與CMD相同的站點較多。
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