遙感降水降尺度高精度校正及不確定性分析方法

董甲平，冶運(yùn)濤，顧晶晶，黃建雄，關(guān)昊哲，曹 引

(1.天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300072；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 水資源研究所，北京 100038；3.水利部數(shù)字孿生流域重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038)

1 研究背景

降水是全球水循環(huán)的重要組成部分，也是地表水文過(guò)程的基本驅(qū)動(dòng)因子[1]。降水?dāng)?shù)據(jù)是進(jìn)行流域水文分析、水資源規(guī)劃管理、洪澇干旱監(jiān)測(cè)等研究的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。目前獲取降水?dāng)?shù)據(jù)的手段主要包括地面站點(diǎn)觀測(cè)、雷達(dá)觀測(cè)和衛(wèi)星遙感反演[3]。由于數(shù)據(jù)來(lái)源和插值算法存在限制，目前通過(guò)降水降尺度算法細(xì)化遙感降水?dāng)?shù)據(jù)已成為獲取高分辨率降水?dāng)?shù)據(jù)的重要途徑[4]。近年來(lái)，計(jì)算量小、靈活多變的統(tǒng)計(jì)降尺度方法獲得廣泛的應(yīng)用[5]。根據(jù)Pathirana等[6]的研究，降水可以分成兩個(gè)部分：一是表示降水空間分異性的異質(zhì)部分，主要表征地理位置、地形特征等確定性因素對(duì)降水的影響；二是表示降水隨機(jī)變異性的同質(zhì)部分，主要表征氣旋、氣團(tuán)、臺(tái)風(fēng)等隨機(jī)性因素對(duì)降水的影響。降水由以上兩個(gè)部分組成，在不同的時(shí)間尺度上卻表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)：小時(shí)間尺度(如小時(shí)或日尺度)的降水呈現(xiàn)隨機(jī)性，雖然它是隨機(jī)性和確定性成分的混合體，但是確定性的異質(zhì)部分被更強(qiáng)烈的隨機(jī)性所掩蓋。當(dāng)降水經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間積累后，受平均效應(yīng)影響，隨機(jī)性會(huì)同質(zhì)化為均勻場(chǎng)，確定性的異質(zhì)部分逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，隨著累積長(zhǎng)度的增加，異質(zhì)性會(huì)變得更加明顯。研究發(fā)現(xiàn)，基于地表環(huán)境變量構(gòu)建的降水降尺度模型能夠準(zhǔn)確模擬降水場(chǎng)的異質(zhì)部分，卻難以有效反演降水場(chǎng)的同質(zhì)部分，因此需要?dú)埐钚Ｕa(bǔ)充降水場(chǎng)同質(zhì)部分對(duì)降水的貢獻(xiàn)，上述降水場(chǎng)組合理論在降水降尺度校正研究中應(yīng)用廣泛[7]。……