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基于机器学习与星地融合的西南高山峡谷区全球降水测量日降水产品降尺度研究
1
作者 甘宇诗 李月臣 +2 位作者 王莉红 秦伟 丁琳 《生态学报》 北大核心 2025年第14期6678-6690,共13页
高质量的网格化降水数据对水文、气象和生态学等的研究至关重要。然而,高山峡谷区域因地形起伏剧烈、局地气候效应显著,导致降水空间分布复杂,同时受季风、水汽输送和地形影响,降水呈现明显的季节性和年际波动。因此,仅依赖稀疏站点插... 高质量的网格化降水数据对水文、气象和生态学等的研究至关重要。然而,高山峡谷区域因地形起伏剧烈、局地气候效应显著,导致降水空间分布复杂,同时受季风、水汽输送和地形影响,降水呈现明显的季节性和年际波动。因此,仅依赖稀疏站点插值得到的网格化降水数据可靠性不高。卫星降水产品虽能提供大范围观测,但分辨率低且存在偏差,无法直接应用于具有显著时空异质性的高山峡谷区。为此,融合站点观测数据对卫星降水产品进行降尺度已成为获取这些区域准确降水信息的有效方法。研究选择先利用站点数据对卫星降水产品进行校正,再通过随机森林(RF)、极限梯度提升树(XGBoost)和长短期记忆网络(LSTM)机器学习算法进行降尺度,最终将西南高山峡谷区全球降水测量(GPM)日降水产品的空间分辨率从0.1°提升至0.01°(约为1 km)。研究结果表明:(1)利用站点观测数据对GPM原始降水产品进行校正对降尺度研究具有积极作用;(2)3种降尺度结果均保留了GPM降水图原有的空间分布格局,显著改善了降水的空间细节,并且可以在不降低精度的情况下有效地提高降水产品的空间分辨率,整体精度为LSTM>RF>XGBoost>GPM;(3)地理位置(经度和纬度)和气象因子(水汽、LST和风向)是影响研究区域降水降尺度最重要的因素。研究为地形复杂且站点匮乏的地区提供了一种有前景的高质量网格化降水数据生成方案。 展开更多
关键词 全球降水测量(gpm) 日降水 校正 机器学习 空间降尺度 西南高山峡谷区
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基于MGWR模型的黄河流域GPM卫星降水数据降尺度研究 被引量：6
2
作者 柏荷 明義森 +1 位作者 刘启航 黄昌 《干旱区地理》 CSCD 北大核心 2023年第7期1052-1062,共11页
黄河流域地域广阔,但气象站点分布较少,导致气象资料短缺。卫星降水可以作为气象站点观测的重要补充,但其空间分辨率有限,导致其在区域研究中作用有限。以黄河流域作为研究区域,针对全球降水观测计划(GPM)卫星降水产品,以2002、2012年和... 黄河流域地域广阔,但气象站点分布较少,导致气象资料短缺。卫星降水可以作为气象站点观测的重要补充,但其空间分辨率有限,导致其在区域研究中作用有限。以黄河流域作为研究区域,针对全球降水观测计划(GPM)卫星降水产品,以2002、2012年和2020年降水数据作为干旱年、标准年以及湿润年3个典型气候年份,在综合考虑归一化植被指数(NDVI)、数字高程模型(DEM)、坡度(Slope)、地表温度(LST)和风速(WDS)多种反映降水量空间分布特征的影响因子及其空间非平稳性特征的基础上,采用地理加权回归(GWR)模型、混合地理加权回归(MGWR)模型2种降尺度方法,得到了黄河流域1 km空间分辨率的降尺度降水数据,并进一步通过地面气象站点数据对降尺度结果进行验证。结果表明:(1)GPM年降水数据与地面气象站点观测数据在2002、2012年和2020年的黄河流域地区具有较高的相关性。(2)经MGWR模型降尺度的降水数据空间分辨率得到了显著提高,且在降水变化的空间细节表达方面较GWR模型更优。(3)在3个典型气候年份中,MGWR模型在降水量标准年中相对于GWR模型具有更高的准确性。研究结果能够为相关区域范围的降水降尺度研究提供宏观参考与借鉴,促进区域气候水文研究。 展开更多
关键词 混合地理加权回归模型(MGWR) 地理加权回归模型(GWR) 全球降水观测计划(gpm) 黄河流域
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2001–2020年中国广西及东盟区域1 km分辨率降尺度月度降水数据集 被引量：2
3
作者 赵宁 邱玉宝 +2 位作者 贾国强 孙希延 傅文学 《中国科学数据（中英文网络版）》 CSCD 2024年第2期34-49,共16页
中国广西及东盟区域位于亚洲东南部,同属亚热带季风气候,降水充沛,洪涝灾害频发,直接影响社会经济活动,高分辨率、高精度降水资料可有效支撑区域水资源、农业、灾害及生态等管理和研究。本研究以2001–2020年全球降水观测计划降水数据(G... 中国广西及东盟区域位于亚洲东南部,同属亚热带季风气候,降水充沛,洪涝灾害频发,直接影响社会经济活动,高分辨率、高精度降水资料可有效支撑区域水资源、农业、灾害及生态等管理和研究。本研究以2001–2020年全球降水观测计划降水数据(GPM IMERG)为因变量,结合中分辨率成像光谱仪(MODIS)增强植被指数(EVI)、地表蒸散发(ET)、地表温度(LST)、先进星载热发射和反射辐射仪(ASTER)海拔(ELV)等解释变量,引入考虑变量随地理环境影响变化的地理加权回归(GWR)模型,构建空间分辨率为10 km的年尺度模型,经过测试选取验证精度良好的指数核函数。通过回代,基于空间分辨率为1 km的解释变量,构建了2001–2020年中国广西及东盟区域1 km年度降水数据集,并进一步采用比例指数法获得研究区2001–2020年1 km月度降水数据集。采用2001–2020年2679个地面观测站点数据对降尺度数据集进行验证,相关系数、均方根误差和偏差分别为0.792、74.610mm、-0.122%。本数据集能够有效反映1 km分辨率下的降水时空分布及其差异性,可广泛应用于水资源、农业、生态环境、灾害模拟等研究领域。 展开更多
关键词 降水 广西及东盟区域 全球降水观测计划(gpm) 地理加权回归模型(GWR) 核函数
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顾及时滞效应的北部湾经济区GPM数据降尺度
4
作者 窦世卿 高海宽 +2 位作者 靖娟利 徐勇 张寒博 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第36期15352-15361,共10页
为提高全球降水卫星计划(Integrated Multi-satellite Retrievals for Global Precipitation Measurement,GPM IMERG)等卫星降水数据的空间分辨率,以北部湾经济区为研究区,探讨最优的降尺度方案。以2001—2020年GPM卫星降水数据为数据源... 为提高全球降水卫星计划(Integrated Multi-satellite Retrievals for Global Precipitation Measurement,GPM IMERG)等卫星降水数据的空间分辨率,以北部湾经济区为研究区,探讨最优的降尺度方案。以2001—2020年GPM卫星降水数据为数据源,构建地理加权回归模型(geographically weighted regression,GWR),结合归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)、数字高程模型(digital elevation model,DEM)和坡度数据;分别以NDVI和EVI为解释变量对北部湾经济区GPM数据进行降尺度,并进一步探讨滞后期为0~3月的植被指数对降尺度结果的影响;然后基于研究区内24个气象站点观测值进行精度验证。结果表明:GPM数据与气象站点实测数据在时间和空间上表现出较好的一致性和适用性,各站点决定系数介于0.65~0.93。降尺度数据在保证数据精度的前提下,空间分辨率有较大提升(由0.1°提升至1 km),且EVI降尺度GPM数据精度优于NDVI降尺度结果。考虑时滞效应时,滞后期为1~2个月的EVI为解释变量时,降尺度GPM数据精度最优,且干旱年份降尺度结果优于湿润年份。在北部湾经济区,EVI比NDVI更适合GPM数据做降尺度因子,使用滞后期为1~2个月的EVI降尺度结果更精确。 展开更多
关键词 全球降水卫星计划(gpm IMERG) 地理加权回归模型 降尺度 植被指数 北部湾经济区
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多时间尺度下遥感降水产品与再分析降水产品在海河流域适用性对比分析 被引量：5
5
作者 王宗敏 王治中 +1 位作者 杨瑶 吴一凡 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第6期2186-2193,共8页
为了综合评估热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)、全球降水测量计划(global precipitation measurement,GPM)遥感降水产品和MERRA-2再分析降水产品在海河流域的适用性,基于流域内57个气象站点2014年3月—2018... 为了综合评估热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)、全球降水测量计划(global precipitation measurement,GPM)遥感降水产品和MERRA-2再分析降水产品在海河流域的适用性,基于流域内57个气象站点2014年3月—2018年2月期间的逐日实测降水数据,选用相关系数、均方根误差、平均绝对误差、相对误差等评价指标,对比分析三者在海河流域年、季、月多时间尺度观测精度。结果表明:在年、季、月时间尺度上,GPM数据与站点实测数据的相关性均为最优,TRMM相关性均最弱。在3种时间尺度下,MERRA-2再分析数据在海河流域的数据精度最高,GPM次之,TRMM数据误差最为明显。TRMM、GPM在年度、季度降水量上均存在一定的高估现象,TRMM表现出对降水的高估现象更加明显,但是夏季GPM相对误差略高于TRMM数据。总体上,3种降水产品在海河流域均具有较好的适用性,但MERRA-2与GPM在海河流域的适用性较好且优于TRMM,GPM在弱降水观测能力方面较TRMM明显增强,但强降水监测能力仍有待提升。 展开更多
关键词 遥感降水 再分析资料 全球降水测量计划(gpm) 热带降雨测量卫星(TRMM) MERRA-2 海河流域
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卫星遥感降水的反演、验证与应用综述 被引量：13
6
作者 王存光 洪阳 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2018年第8期1-9,共9页
降水是全球水和能量循环中最重要的变量之一,利用卫星遥感技术获得大范围、高质量的降水产品成为近几年的研究热点和难点,而目前国内还缺少系统性介绍卫星遥感降水反演、验证与应用的成果。回顾了各类卫星降水传感器,对其特点及相应的... 降水是全球水和能量循环中最重要的变量之一,利用卫星遥感技术获得大范围、高质量的降水产品成为近几年的研究热点和难点,而目前国内还缺少系统性介绍卫星遥感降水反演、验证与应用的成果。回顾了各类卫星降水传感器,对其特点及相应的经典反演算法进行详细描述;总结了包括TMPA、IMERG在内的典型降水产品,并对其在全球和区域性的效果评估进行了展示。最后介绍了卫星降水产品在洪水监测和预报上的应用案例,并对卫星遥感降水产品的未来发展方向进行了展望。在过去几十年,基于卫星遥感的全球降水产品的生产与应用已经有了较为成熟和稳定的发展,相关研究还将继续着重在获取更高时空分辨率的降水产品、复杂地区的适应性、雨雪相态划分等方面。研究成果旨在促进国内相关研究领域的发展。 展开更多
关键词 卫星遥感 降水 反演 验证 水文水资源 水文气象 全球气候变化 全球卫星降水观测计划gpm
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多种特征因子结合GBDT的降水数据降尺度方法研究 被引量：10
7
作者 张寒博 杨骥 +1 位作者 荆文龙 邓应彬 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1867-1882,共16页
结合增强型植被指数(EVI)、大气可降水量(PWV)、地表温度(LST)、坡度(Slope)、坡向(Aspect)、海拔(Altitude)及经纬度(LON,LAT)提出了一种基于机器学习算法结合站点数据校正的降尺度框架.分析了前馈神经网络(FNN)、随机森林(RF)、梯度... 结合增强型植被指数(EVI)、大气可降水量(PWV)、地表温度(LST)、坡度(Slope)、坡向(Aspect)、海拔(Altitude)及经纬度(LON,LAT)提出了一种基于机器学习算法结合站点数据校正的降尺度框架.分析了前馈神经网络(FNN)、随机森林(RF)、梯度提升决策树(GBDT)在长江流域GPM IMERG数据空间降尺度过程中的鲁棒性差异;考虑了2001—2019年不同季节植被对降水降尺度结果的时滞效应;探究了降尺度数据对GPM的校正效果与降水量的关系.通过站点实测数据对模拟结果进行精度分析,结果表明:3种降尺度结果在得到1km空间分辨率降水数据的同时,也不同程度提高了数据的精度.其中,GBDT模拟结果对降水细节特征表达更明显,可以很好地反应降水的空间异质性.并且它在年、季时间尺度上模拟的结果在各研究区内的精度均为最优(年R^(2)=0.748~0.958,季R^(2)=0.518~0.909),有更好的降水捕获能力和更强的模型鲁棒性;春冬季植被的滞后性对GPM降尺度结果的响应最为敏感,最佳滞后期分别为1个月和2个月,夏秋季时滞效应不明显,基本无滞后期;降尺度数据相比原始数据提高的R^(2)与降水量呈正相关,相关系数达到0.630~0.844. 展开更多
关键词 全球降水测量计划 空间降尺度 梯度提升决策树 强鲁棒性
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长三角地区常用遥感降水产品质量评估 被引量：5
8
作者 李强宇 楚岱蔚 朱晓晨 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第12期4801-4810,共10页
长三角地区是中国经济最发达地区之一,选定较好的卫星降水产品是进行科学防灾减灾的重要环节。基于地面气象站降水实测数据,采用7种指标对目前中外常用遥感降水产品热带降水任务卫星(tropical rainfall measurement mission,TRMM)、气... 长三角地区是中国经济最发达地区之一,选定较好的卫星降水产品是进行科学防灾减灾的重要环节。基于地面气象站降水实测数据,采用7种指标对目前中外常用遥感降水产品热带降水任务卫星(tropical rainfall measurement mission,TRMM)、气候预测中心校正产品(climate prediction center morphing technique,CMORPH)、全球降水计划数据集(global precipitation measurement,GPM)以及中国自动站与CMORPH降水产品融合数据集(China merged precipitation analysis,CMPA)在长三角地区的适用性进行评估。结果表明:在年尺度,CMPA产品质量最优,相关系数达到0.95;在季节尺度,冬季GPM最优,夏季TRMM最优;平原地区比山区地区的产品质量要好。融合多降水产品的高精度产品未来将成为科学防灾减灾的重要数据。 展开更多
关键词 卫星降水产品 融合降水资料 全球降水计划数据集(gpm) 气候预测中心校正产品(CMORPH) 适用性评估
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