基于被动微波数据的湖区降水反演方法研究

Satellites offer a way of estimating global precipitation. As the main data source of estimating global precipitation, passive microwave (PMW) estimation methods are divided into the microwave “scattering” algorithms over the land and “emission” technique over the ocean to eliminate or weaken the effects of surface radiation, because microwave radiation are different over the land and the ocean. Lakes have the same underlying surface with the ocean, however, the microwave “scattering” method over the land is used to estimate precipitation over lakes. This project aims to analyze the performance of precipitation estimates based on PMW over the Great Lakes, Poyang Lake and Qinghai Lake, supported by ground precipitation radar. Then the mechanism will be explored from algorithm and impactors (such as climate, geographical location, underlying surface and season). Combing the research scheme of microwave emission technique over the ocean, an improved algorithm will be developed. This project help to enhance the understanding of PMW based algorithm for the retrieval of rainfall, and improve the accuracy of precipitation over big lakes to monitor precipitation and synoptic, hydrological process. It is of great theoretical and practical significance.

卫星遥感反演降水技术为获取全球降水信息提供了途径。被动微波（PMW）作为反演全球降水的主要数据源，因为陆地和水体具有各自不同的微波辐射特性，所以当前的PMW反演降水方法对海洋和陆地做了区分，以剔除或者弱化地表辐射的影响。尽管陆地上湖泊是水体下垫面，但是目前仍然利用与反演陆地降水相同的方法反演湖区降水。本课题拟在地基降水雷达数据的支持下，选取北美五大湖和我国鄱阳湖、青海湖大型湖泊为研究区，在认识目前PMW反演湖区降水的精度分布特征的基础上，从PMW反演降水算法本身角度和气候、地理位置、下垫面和季节状况角度切入，探讨影响PMW反演湖区降水精度的控制因素，结合基于微波“发射”型算法反演海洋降水的研究思路，改进PMW反演湖区算法。该项目的开展不仅有助于增强对PMW反演降水算法的认识，同时能够提高遥感反演湖区降水精度，进而准确监测湖区降水及相关天气、水文过程，具有重大的理论和实际意义。

降水是水文学、气象学和全球变化研究领域所关心的重要物理参数。近几十年来了卫星遥感反演降水技术得到了大力发展。因为陆地和水体具有各自不同的微波辐射特性，所以当前的PMW反演降水方法对海洋和陆地做了区分，以剔除或者弱化地表辐射的影响。尽管陆地上湖泊是水体下垫面，但是目前仍然利用与反演陆地降水相同的方法反演湖区降水。因此提高PMW反演湖区算法仍需深入研究。主要内容包括：1）分析了已有被动微波反演湖区降水的精度分布特征。选择分布于不同气候区的研究区，以气象站点数据为参照进行精度检验，结果显示，在站点尺度上，在湿润且高程起伏大的区域，GPM IMERG-HQ和TRMM 3B42-HQ总体上低估降水分别为63.52%–84.07%、22.33-64.08%%。击中率（FAR）42.02%-73.08%和14.91%-47.18%。在区域尺度上， GPM IMERG-HQ和TRMM 3B42-HQ的平均偏差为-7.84–-2.44mm/d 和-2.85–-1.05mm/d；其POD 和（击中率，FAR）分别为0.49-0.73（0.14-0.30）和0.52-0.62（0.15-0.37）。2）研究了湖区降水过程及时空特征。选择2019−2022年间鄱阳湖典型降水事件，基于地基雷达数据、卫星遥感数据和我国CMPAS实况小时降水融合数据（0.05°/1小时）从三个角度分析湖泊水面、湖区周围陆面降水的昼夜/小时变化规律。结果显示，白昼，湖面降水较陆面少；夜间，湖面降水较陆面多。远离陆地靠近湖心，湖泊效应的作用越明显。