论地面观测降水订正卫星反演降水系统误差

塞丫　李海波

摘 要：本文立足于地面观测站每日和每个时间段所监测的降水量的资料，通过概率密度函数的方法来对卫星每日和每个时间段接收到的资料来进行系统偏差的订正，并且可以基于不同的分辨率，以此来掌握较为稀疏地区的卫星反演产品误差订正的技术难点。同时，依赖于对概率密度函数方法的修正和改进，来使得卫星在每日和每个时间段接收到的降水资料能够更加接近地面观测点的实际数据值，尽可能的减少系统的误差值。此外，还需要根据降水的分布空间结构来还原卫星资料的分布情况，实现最初的订正目的。

关键词：地面观测；降水；卫星；系统误差

卫星降水资料的最大特色之一是具有较高的时空分辨率，而且正是由于这种特色使得其被广泛的应用于我国天气气候的预报和天气研究中，尤其是在地面观测点较少的地区。但是，卫星反演降水的产品在一定程度上可以较为准确的反映出我国降水的空间分布，可是通过与实际的地面降水量数值进行对比中发现，仍然存在一些系统误差。因此需要对卫星反演降水产品进行基础性的系统误差订正。

1 相关资料与处理方法简介

1.1 我国观测点日降水量观测及实时降水分析系统 在我国，通过国家气象信息中心和气候预测中心共同开发了“中国逐日格点降水量实时分析的系统”。这是根据我国众多的地面气象站的日降水量数值来建立的系统，运用最优的插值的方法来形成日降水分析场，并且在这个过程中需要充分的考虑地形的相关数据，从而来间接的修正地形的影响[1]。

1.2 区域自动站观测的逐小时降水量资料 在我国范围内，将所有的区域自动站和国家级的自动站所收集到的数据值进行实时的统计，以此为基础来制定出较为全面、高质量的控制方案，并且通过质量控制后的逐小时降水量资料来生产格点产品[2]。

1.3 卫星降水估计产品 通过运用静止的卫星红外图像，结合运动矢量的方法来估计反演高质量的降水产品，并且其时间所间隔大约为半个小时，空间的分辨率在八千米左右。此外，还需要将原始收集到的资料处理成0.25°×0.25°，以及0.1°×0.1°的逐小时降水量格点产品。

1.4 概率密度函数误差订正方法概述 概率密度函数误差订正方法是通过测定地面降水的概率密度为标准，以此来估算出卫星降水的概率密度值，尽可能的减少卫星降水估算的系统误差。另一方面，由于地面观测降水的卫星反演降水产品的系统误差是基于在降水值较为稳定的情况下的。因此，在一定的时间内和适当的空间范围下，根据收集到的地面观测和卫星反演降水的格点资料，可以以此来估算出地面的降水值，从而来订正卫星资料的误差值。

2 基于逐日地面观测降水订正逐日卫星反演降水系统误差方法

2.1 逐日卫星反演降水资料的误差特征分析 根据逐日地面观测格点资料，以及近年来卫星反演降水系统在夏季的平均降水分布情况进行分析，具体的数据值如下图1所示。

从图1的对比中可以发现，我国的观测点大多集中在中国的中东地区，而图中的卫星反演降水空间分布与地面上的格点观测点的分布较为相近，这在一定程度上也突显了卫星降水空间结构的准确性。但是，从我国的降水量的情况上分析，华南、华中以及东北等大部分地区，其地面的格点产品都是较高于卫星所显示的降水量值，并且其降水中心也比较大。此外，卫星系统的误差性是根据区域和时间的变化而不断变化的，随着时间的变化存在较大的差异，并且存在一定的非独立性误差。

2.2 概率密度函数系统误差订正方案的制定 ①样本时空窗口；②样本选取；③订正值计算。

2.3 系统误差订正效果检验 从图中可以明显的发现，不同地区的降水量是不同的，并且其中的华中地区存在比较明显的降雨带。因此，在经过概率密度函数误差订正后，其降水空间分布与卫星资料所接收的大体上保持着一致性。同时，由于地面观测的分析产品较高于卫星资料的降水中心值，而其在误差订正后，降水量出现了较为突出的提高。综上所述，经过概率密度函数误差订正后的卫星产品能够有效的维持卫星降水的空间分布，尽可能的减少了系统误差值，并且使其降水量最大程度上的接近地面观测到的降水值。

3 基于逐时地面观测降水订正卫星反演降水系统误差方法

随着地面降水量的不断变化，使得卫星反演降水的平均偏差和相对偏差也随之不断的变化，而卫星反演降水在一定程度上也高估了低值降水，忽略了高值降水的特点。当出现卫星资料的误差与逐时趋于一致时，即有可能出现较大的非独立性系统偏差，凸显出降水值低估，随机误差的相关特征。此外，需要对收集到的数据进行交叉检验，计算出各个观测点的格点量值，分析出区域降水量的变化情况。其次，通过交叉检验的统计数据来对结果进行订正，观察订正后的降水量的变化情况。

4 总结与展望

綜上所述，由于卫星反演降水的产品和相关的雷达估测资料的检验与订正的标准一般是以常规观测出的数据资料来作为所谓的客观标准的，而其中最为常用的是概率密度函数。它的优点最主要的是能够订正数据的偏差非独立的误差，这是其能够广泛的应用在卫星资料的误差订正的非独立特性。

参考文献：

[1]成璐.融合降水及多种卫星降水产品评估研究[D].南京信息工程大学，2013.

[2]潘旸，沈艳，宇婧婧，赵平.基于最优插值方法分析的中国区域地面观测与卫星反演逐时降水融合试验[J].气象学报，2012，06：1381-1389.