洞庭湖流域不同格点降水数据与实测数据的相互比较和评价

发布时间：2020-04-25 09:52

【摘要】：准确的降水数据对于农业生产、水资源规划与管理、洪涝干旱监测和地质灾害预警等均具有重要意义。获取降水数据的传统方式是地面台站观测。随着科学技术的发展,基于数值模式、站点数据插补、卫星反演以及数据融合等方法,生成了大量的格点降水数据。对格点降水数据的验证和评估一直是气象工作者关注的焦点。本文以洞庭湖流域为研究区域,以地面气象观测降水数据(CMD)为参考,对基于数值模式的CFSR和ERA-Interim、基于星地数据融合的CMAP和GPCP、基于地面观测数据插值的CRU和PREC/L等不同格点数据的降水时空分布特征,降水变化及与夏季风、西太平洋副高和ENSO等影响因子的响应关系进行比较,并研究了不同降水数据的旱涝演变特征,目的在于评估不同格点降水数据在洞庭湖流域的适用性,筛选出适用于本区域的格点降水数据。取得的研究成果主要有:(1)洞庭湖流域CMD数据年降水呈现出东多西少、南多北少的空间分布,降水量季节差和6月份降水量的的空间分布与年降水的大体相似。CFSR和ERA-Interim数据高估了绝大部分区域的降水量,能再现CMD中部分区域降水的空间分布;CMAP、GPCP、CRU和PREC/L数据对降水高低估并存,年降水和12月降水的空间分布与CMD较为相近,部分区域降水量季节差和6月降水量的空间分布与CMD一致。PREC/L数据在空间序列上与CMD的一致性较好。6种格点数据年降水变化的EOF1空间分布与CMD较为相似,CMAP和GPCP数据中EOF2空间分布与CMD相似,大部分格点数据的EOF3空间分布与CMD差异较大。(2)洞庭湖流域年降水历经多雨-少雨-多雨的阶段变化,未发生显著突变,目前处于向少雨转变的过渡阶段。格点降水数据变化趋势大体与CMD一致。洞庭湖流域降水春夏多、秋冬少,格点数据较好地再现了CMD降水的年内分布。CFSR和ERA-Inteim数据对各月降水量为高估,夏季月份的高估程度较大,CMAP和CRU数据低估大部分月降水,GPCP和PREC/L数据暖季多为高估、冷季多为低估。GPCP数据在月尺度序列上与CMD一致性较好。格点降水数据多时间尺度变化周期的前2个与CMD较为接近,ERA-Interim、CRU和PREC/L数据中后2个周期与CMD差异较大。(3)洞庭湖流域夏季7月降水与6月南亚季风指数II、8月降水与同期东亚夏季风指数的负相关关系显著。CFSR、CMAP、GPCP、CRU和PREC/L数据较好地再现7月降水与6月南亚季风指数II的相关关系,CFSR、CMAP、GPCP和CRU数据较好地再现8月降水与同期东亚夏季风指数的相关关系。大部分格点数据中相关系数的空间分布与CMD的相似。CMD数据7月降水的IMF3分量周期与6月南亚夏季风指数II、8月降水的IMF3分量周期与同期东亚夏季风指数的相应分量周期相同的站点数均较其它分量多,站点比例约为50%。7月,多数格点数据对洞庭湖平原和中南部的IMF3分量周期再现较好;8月,格点数据对湘江中游河谷、流域东南部山地边缘的IMF3分量周期再现较好。(4)格点降水数据大体上能反映出7月份脊线指数、6和7月北界指数、6~8月西伸脊点指数和副高强度指数对相应月份CMD降水的影响。6、7月副高特征指数对六种格点降水数据在部分区域的拟合能力与CMD接近,8月份副高特征指数对ERA-Interim数据的拟合能力与CMD最为接近。(5)流域年降水的IMF4分量和趋势项与Ni?o3.4区SSTA年均值相应分量的正相关关系显著,除CFSR外的格点数据均能再现出这种相关关系。在CMD数据中,IMF4分量与SSTA年均值相应分量在大部分区域为显著正相关关系,CMAP、PREC/L数据中对流域西北和南部,GPCP对流域西北的相关关系再现较好。暖事件时,SSTA月值与CMD中滞后6个月的月降水正相关程度最大,CMD和格点降水数据中相关系数均自西北向东南减小;冷事件时,SSTA月值与CMD中同期月降水正相关程度最大,大部分格点降水数据中流域南部的相关系数高值区与CMD一致。冷暖事件期间,格点数据中相关系数显著区域明显较CMD大。(6)在由Z指数确定的旱涝等级中,GPCP数据对重涝、偏涝、偏旱、重旱年份的再现能力较好,大旱年份最差。CMAP和PREC/L数据对春季旱涝的总体再现能力最强,CFSR最差。ERA-Interim和GPCP数据对夏季旱涝的总体再现能力最强,CRU最差。大部分格点数据在流域西部和东部的年干旱频率、流域西北和流域南部的春旱频率、所有格点数据在流域西南和西北的夏旱频率与CMD较为相似。部分格点数据能再现流域西部和西南部的历年雨涝频率、西南和西北部的春季雨涝频率、流域西北和南部的夏季雨涝频率。GPCP数据中历年、PREC/L数据中夏季的旱涝频率、CRU数据中春季干旱频率、ERA-Interim数据中春季雨涝频率与CMD相同的站点较多。
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