雨雪量计-卫星数据联合的天山山区降水的高精度定量估测

Tianshan mountainous, with the status of “water tower of Central Asia”, is the main water source and ecological barrier of the silk road economic belt. The mountainous precipitation is not only determined the distribution of regional water resources, but also directly affected the development and distribution of glaciers and snow, change of river runoff. Because of scarce and irrational distribution, stations measurement is difficult to accurately depict the mountainous precipitation distribution which limits the accuracy of hydrological models and application of hydrological studies. The satellite can be supply all-weather and high temporal-spatial and precipitation datasets that more accurately characterized the spatial distribution of precipitation, whereas less accuracy in complex terrain of mountainous. In order to accurately describe the spatial distribution, it become the main trend that merge the observation and multi-satellite precipitation datasets which take advantage of different systems to improve the quality of precipitation products. In this project, it is obtained high precision precipitation by measurement to correct the satellite precipitation datasets, to provide reliable data for regional hydrological analysis, water resources planning, ecological simulation and warning of natural disasters.

天山山区被称为“中亚水塔”，是丝绸之路经济带中段的主要水源地和生态屏障。山区降水量不仅决定着区域水资源的分布状况，还直接影响高山冰川积雪的发育和分布及河川径流的变化。由于台站稀少且分布不合理，难准确的刻画山区降水空间分布特征，极大地限制了水文模型的精度和水文研究中的应用效果。而卫星能够全天候、无缝隙的反演得到高时空分辨率的降水资料,比较准确的反映降水的空间分布特征，但在地形复杂的山区精度较低。为更加真实地描述降水空间分布，将台站观测降水数据与卫星反演降水产品融合，发挥不同观测系统的优点，提高降水产品的质量逐渐成为国际上高质量降水产品研制的主流趋势。本研究针对山区降水观测不足和卫星降水产品精度不高的现状，通过观测数据校正卫星降水产品，运用融合方法获取空间分布的山区降水数据集，为区域水文分析、水资源规划、生态模拟、自然灾害预警等方面提供可靠地数据保障。

水资源作为西北干旱区社会经济和生态环境可持续发展的关键要素，其形成转化、水循环过程和时空分布具有十分鲜明的特点。在气候变暖大背景下，干旱山区的降水、冰雪融水响应十分敏感，使得以山区降水和冰雪融水补给为基础的水资源更为脆弱。由于复杂的地形，使得气象台站稀少且分布不合理，难以准确刻画降水时空分布特征，极大地限制干旱山区流域水文过程及山区内部水循环机理的科学认识。本项目针对天山山区降水观测不足和卫星降水产品精度不高的现状，根据地形特征加强高山区降水观测，完善山区观测网络；评估卫星降水产品的精度和适用性，利用融合算法制作高精度的降水产品。研究结果：（1）完善天山中部降水观测网络，形成三横两纵降水布局。（2）利用科其喀尔大本营人工观测与翻斗雨量计观测数据进行对比，验证翻斗雨量计在高海拔山区工作性能。结果显示在雨季，虽然在3000米以上的工作环境，翻斗雨量计工作正常，能够刻画更高时间精度的降水数据。（3）运用非参的Mann-Kendall方法分析了天山山区不同子区域和不同高程近50多年的气温和降水变化特征，并用小波方法分析了周期变化特征，结果表明，天山山区暖湿型变化明显。（4）使用气象台站和实测数据，使用偏差方法评估了卫星降水产品在中国西北干旱区的精度和适用性。从逐时到逐日，再到逐月，降水产品与实测降水的评估精度逐步提高。在高山区，卫星降水产品对降水量低估，在低海拔地区，卫星降水产品对降水量高估。（5）利用天山山区及周边气象台站逐月降水数据，运用ANUSPLIN插值方法生成0.01°空间分辨率的格网降水数据。选择当前评价和使用较为广泛的降水产品CHIRPS V2.0，使用数据融合算法将台站插值数据与降水产品数据进行融合，制作了覆盖天山山区的逐月降水数据产品，并进行精度评价。