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基于TRMM遥感数据的旱涝时空特征分析

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1 数据与方法
1.1 TRMM 卫星遥感数据
TRMM[3]是由美国国家宇航局和日本国家空间发展局共同研制，于 1997 年 11 月成功发射的第 一颗专门用于定量测量热带、亚热带降水的气象卫星。卫星设计轨道高度 350km，倾角 35 ，能够 满足对热带地区加密观测的要求。2001 年 8 月，卫星轨道高度从 350km 调整为 400km，以延长其使 用寿命。卫星上搭载的用于降水观测的主要传感器有：降水雷达(PR)、被动式微波辐射计(TMI)以 及可见/红外传感器(VIRS)。其中 PR 是第 1 个星载降水雷达，能够观测降水的三维结构，工作频率 [8] 13.8GHz，刈幅 220km，星下点水平分辨率 4.3km，垂直分辨率 0.25km 。 TRMM 3B43 月降水数据是由 TRMM 全球 3 小时降雨估计产品 3B42、NOAA 气候预测中心气候 异常监测系统（CAMS）的全球格点雨量测量器资料、全球降水气候中心（GPCC）的全球降水资料 共同合成的覆盖南北纬 50 度之间的全球格网降水数据，数据为月尺度，水平分辨率为 0.25 × 0.25 ，存储格式为 HDF 格式，我国黑龙江、内蒙古两省部分高纬度地区未有数据覆盖。该资料是 将全球每天 8 次每 3h 的降雨分析产品累积形成日降雨量资料,再累积形成月降雨量资料。 1.2 SPI 及等级划分
数据可以更加及时直观的反应地表干湿状态的变化， 目前通过降水资料进行旱涝灾害的监测应用地 面点上的降水观测站点数据的较多，TRMM 被动微波遥感为大面积进行旱涝灾害监测提供了可能。 本文利用江苏省 1998 年 1 月至 2014 年 3 月间的 TRMM 3B43 月降水资料， 采用尺度为 12 的标准化 降水指数（SPI12） ，分析江苏省旱涝时空特征变化规律。分析结果表明：江苏省 16 年来发生旱涝 灾害的几率为 34.08%，其中发生旱灾的几率（16.74%）与发生涝灾的几率（17.34%）相接近；江 苏省一年四季都易受到旱涝灾害的影响且旱灾与涝灾具有交替出现的特点； 1999‐2014 年间多次出 现较严重的旱涝灾害，如 2003 年的涝灾，2005 年的秋旱，2011 年的春旱等，且江苏中部地区更易 受到旱涝灾害的影响。 关键词：TRMM 标准化降水指数 旱涝灾害 江苏省 中文分类号：TP7 文献标识码：A 文章编号：
和 可用极大似然估计法得到。
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1 1 4A / 3 （2） 4A
由 McKee[13 等提出的 SPI 由于在计算过程中消除了降水的时空分布差异，在各个区域和各个时 段都能有效地反映旱涝状况，并具有良好的稳定计算特性，国内外学者应用 SPI 进行了大量研究， 并证实了它的现实意义。在已有研究工作中运用 SPI 进行干旱监测多采用气象站点数据，而 TRMM 本文结合了 SPI 指数及 TRMM 数据的优势分 数据多用来分析某个地区多年降水量的分布情况[14‐17]， 析江苏省多年的旱涝灾害时空分布特征。本文选用 12 个月时间尺度的 SPI（SPI12） ，因为 12 个月 [18] 时间尺度的 SPI 可以比较清楚的反映旱涝阶段性变化 。 SPI 是将某一时间尺度的降水量序列看作服从 分布，通过降水量的 分布概率密度函数求累 积概率， 再将累积概率正态标准化而得。 袁文平等[19]研究认为该指数优于在我国广泛使用的 Z 指数， 对于旱涝灾害具有良好的监测作用，可用于我国不同时间尺度的旱涝灾害监测。假设某一时段的降 水量为 x ，则其 Gamma 的概率密度函数为
Analysis of Spatial and Temporal Characteristics of Drought and Flood Based on TRMM Image Data
Tian Miao Li Weiguo
(Institute of Agricultural Economy and Information，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing 210014, China)
f ( x)
式中
1 X 1e x / x 0 ， 0 ， 0 （1） ( )

——尺度参数
——形状参数
( ) ——Gamma 函数
收稿日期：2014‐07‐30 修回日期：2014‐09‐05 * 国家自然科学基金资助项目（41401416 和 41171336）和江苏省农业科技自主创新资金资助项目（SCX(14)5125） 作者简介：田苗，助理研究员，博士，主要从事遥感技术在农业灾害中的应用研究，E‐mail：tm1304207@
Disasters, Jiangsu Province
Байду номын сангаас
引言
旱涝灾害是中国主要的气象灾害，对国民经济特别对农业生产造成了严重的影响，历来被人们 所关注。江苏省地处欧亚大陆的东南部，东部濒临西太平洋，是亚热带和暖温带的过度区，又是极 地大陆性和热带海洋性气团强烈交汇的季风区，因此一年四季都极易发生气象灾害，尤其容易发生 旱涝灾害。 在旱涝灾害的研究中，通常要用到降水量数据，而该数据一般来自于地面气象站点的观测，但 在实际操作中， 由于区域降水时空分布的不均匀性， 气象站点数量的不足以及空间展布的不合理性， 往往直接限制了旱涝灾害分析的准确性。遥感数据由于其具有较大的空间覆盖性，对区域降水分布 能做出时间和空间上都较为连续的观测，近年来已成为监测全球降水变化的重要手段[1‐2]。热带降 雨测量卫星（Tropical rainfall measurement mission, TRMM）因其具有观测三维降水信息的能力，在 当前 TRMM 降水数据还主要用于区域降水的空间 各种星载传感器中已成为获取降水资料的首选[3]。 结构以及季节变化等方面的研究[4‐9]，而用于区域旱涝特点分析的研究还不多见。 标准化降水指数（Standardized precipitation index , SPI）由于具有计算简单、时间尺度灵活和对 旱涝时空变化指示效果好等优点，已被广泛应用于气象旱涝的监测[10‐12]，本文选用江苏省 1998 年 1 月‐2014 年 3 月间的 TRMM 3B43 月降水量资料，在构建标准化降水指数的基础上，对江苏省旱涝 时空特征进行分析，旨在探索一套较为实用的旱涝灾害遥感监测方法，以期为区域旱涝灾情的防灾 减灾工作提供基础依据。
网络出版时间：2014-12-09 15:18 网络出版地址：/kcms/detail/11.1964.S.20141209.1518.023.html
基于 TRMM 遥感数据的旱涝时空特征分析*
田苗 李卫国
（江苏省农业科学院 农业经济与信息研究所，南京 210014） 摘要: 基于光学遥感数据反演的植被指数和地表温度进行旱涝灾害监测在时间上具有滞后性，降水
Abstract: Drought and flood disasters are the main meteorological disasters in China. Based on vegetation index and land surface temperature retrieved by optical remote sensing data for drought and flood disaster monitoring has a lag in time, precipitation data can reflect the surface dry and wet state more timely and intuitively. Current methods to monitoring drought and flood disasters based on precipitation extreme rely primarily on point-based in situ meteorological stations. Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM) microwave remote sensing offers the possibility of quantifying drought and flood conditions over large spatial extents. This research use scale of 12 Standardize Precipitation Index (SPI12) to explore the spatial and temporal characteristics of flood and drought in Jiangsu Province based on the TRMM 3B43 monthly precipitation data from 1998 to 2014. The month-to-month changes and spatial distributions of SPI12 were got from 1999 to 2014 in Jiangsu Province. Analysis this results we conclude that: The probability of drought and flood disasters happened in Jiangsu Province is 34.08% among 16 years, and the drought (16.74%) is closed to the flood (17.34%); Jiangsu Province is easily influenced by drought and flood disasters in every season of the year, and drought and flood disasters happened alternately ; Jiangsu Province happened many times extreme drought or flood disasters from 1999 to 2014, such as the 2003 flood year, 2005 autumn drought and 2011 spring drought et al. Also, central of Jiangsu is easily affected by drought and flood disasters. At the same time, this research shows that the TRMM data can be used to monitoring the flood and drought disasters in large spatial extents effectively. Keyword：Tropical Rainfall Measurement Mission, Standardized Precipitation Index, Drought and Flood

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基于遥感的干旱监测方法研究进展

基于遥感的干旱监测方法研究进展

基于遥感的干旱监测方法研究进展
遥感技术是一种基于空间信息获取的技术。

利用遥感技术可以实现对干旱地区的遥感
信息获取，进而对干旱进行监测。

干旱监测方法研究进展如下：
一、经验指数法
经验指数法是一种基于经验的方法。

该方法利用指数来刻画干旱指标，根据经验关系
来得到干旱等级。

常用的指数包括：降雨量指数（PI），温度降雪指数（TDI），标准温度降雪指数（STDI）等。

该方法与人的经验和专业知识相关，具有一定的主观性。

二、遥感指标法
遥感指标法是一种基于遥感数据的方法。

该方法利用遥感数据提取干旱关键指标，如
植被指数（NDVI），温度等，再结合地面气象观测数据来刻画干旱情况。

与经验指数法相比，该方法可以更准确地描述干旱状况，但对遥感数据的处理和解译能力要求较高。

三、模型法
模型法是一种基于模型的方法。

该方法基于物理规律和统计理论，构建干旱评价模型，并利用遥感数据、气象观测数据等数据输入，进行干旱状况预测和分析。

常用的模型包括：径流模型、叶面积指数模型等。

相比于经验指数法和遥感指标法，模型法具有更高的科学
性和可靠性。

四、机器学习法
总之，基于遥感的干旱监测方法中，经验指数法简单易行但有一定主观性，遥感指标
法需要较高的遥感数据处理技能，模型法具有更高的科学性和可靠性，机器学习法能充分
发挥数据作用，具有更高的精度和预测能力。

基于TRMM和CMORPH的降雨数据对比分析研究

基于TRMM和CMORPH的降雨数据对比分析研究

聚焦︱基于TRMM和CMORPH的降雨数据对比分析争辩导读当前，卫星遥感技术能够对降水进行监测、反演和融合，可广泛应用于天气预报、气候监测分析和水文争辩等领域。

卫星降水产品的毁灭更是弥补了气象站点稀疏和无雷达掩盖地区降水资料的不足等问题。

本文以四川地区42个地面气象站点的降雨数据为基础，对比分析TRMM和CMORPH降雨数据所反映的降雨特征，评估两种卫星数据反映区域降雨的力气。

近几十年来，随着科技的不断进步和气象卫星技术的高速进展，卫星遥感技术在气象领域取得了一次次的突破，利用卫星可以对降水进行监测、反演和融合。

通过利用卫星猎取的红外、微波和可见光等信息，可以生成越来越多高时空辨别率的卫星降雨估量产品，并广泛应用于天气预报、气候监测分析和水文争辩等领域。

卫星降水产品具有较高的时效性及较高的经济效益和社会效益，它的毁灭弥补了气象站点稀疏和无雷达掩盖地区降水资料的不足等问题。

本次争辩，选择了两种常用的卫星降水反演产品——TRMM降雨数据和CMORPH降雨数据，对比分析了2011年的两种卫星降雨数据在四川省区域内所反映的降雨特征，并结合川内42个气象站点的实测降雨数据和四川近年来的降水特点，对这两种降水产品在四川地区反映区域降雨的力气进行评估。

一、数据基础与争辩方法1.1 数据源1.1.1 地面站点降雨数据介绍本次争辩中接受的2011年地面气象站点的逐日降水数据，来源于中国气象局供应的全国地面气象站点测雨数据中四川省区域内42个站点的降雨观测数据。

该气象站点的数据文件中包含了台站的经纬度、台站编号、观测时间、降雨量等信息。

在基于降雨分布场图的对比分析中，首先是依据四川省统计年鉴中主要城市的降雨量来制作了降雨分布图，并以此作为标准，与依据卫星数据所制作的降雨分布图进行比较分析。

表1为四川省统计年鉴中2011年主要城市的降雨信息。

1.1.2 卫星降雨数据TRMM卫星共搭载有5种遥感仪器，分别为：可见光和红外扫描仪VIRS、微波图像仪TMI、降水雷达PR、闪电图像仪LIS及云和地球辐射能量系统CERES，其中VIRS、TMI和PR是TRMM卫星的基本降水测量仪器。

2001年—2020年我国降水的时空变化特征

2001年—2020年我国降水的时空变化特征

2001年—2020年我国降水的时空变化特征摘要本文利用TRMM卫星的降水资料，对我国2001年—2020年的平均降水和春、夏、秋、冬四个季节的平均降水进行了分析比较；然后选取了我国华北地区和西北地区对其十年间的降水距平和四季的降水距平进行了对比分析；最后对2005年和2006年全国的降水距平百分率进行了观察，结果表示：由于我国受季风气候、地形、地理位置等因素的影响，我国降水随着空间和时间变化而具有明显的变化；华北地区的降水距平高于西北地区，且波动更加剧烈，在西北地区春、秋、冬季的降水距平在零线附近，降水量保持在一个稳定的值，华北地区四季波动相对强烈。

关键字：降水TRMM 时空变化降水距平目录摘要 (I)Abstract .................................................................... 错误!未定义书签。

第一章引言 . (1)1.1研究意义 (1)1.2研究现状 (1)1.3本文研究内容 (2)第二章资料和方法 (2)2.1资料说明 (2)2.2方法 (3)第三章数据资料分析 (3)3.1 2001年—2020年全国平均降水分布特征 (3)3.2 2001-2020年降水的季节平均分布特征 (5)3.3降水距平分析 (8)3.4降水距平百分率分析 (10)第四章结论 (11)第一章引言1.1研究意义大气中的水汽以液态或固态的形式到达地面，称为降水。

其主要形式有降雨和降雪，以及雹、露、霜等。

降水是水循环基础的一个环节，且是水量平衡方程的基本参数之一。

降水是地表径流的源头，也是地下水的主要补给源头。

降水在空间分布上的不均匀与时间变化上的不稳定性是引起洪涝，旱灾的主要原因。

所以对降水的研究分析显得尤为重要。

我国地处欧亚大陆东南部，濒临太平洋，大部分区域位于大陆气流和海洋气流的交汇区，这两种气流汇合形成了我国主要雨带，二者的强弱，消长容易造成降水的时空分布不均匀。

基于遥感的干旱监测方法研究进展

基于遥感的干旱监测方法研究进展

基于遥感的干旱监测方法研究进展随着气候变化的加剧，干旱事件在全球范围内越来越频繁和严重。

干旱对人类社会和自然环境都造成了巨大的影响，所以干旱监测成为了非常重要的问题。

遥感技术因其广阔的覆盖区域和高时空分辨率特性，已被广泛应用于干旱监测领域。

本文将综述基于遥感的干旱监测方法的研究进展。

1. 植被指数法植被指数法基于植被受干旱影响减弱的原理，通过遥感数据计算植被指数的变化，来反映干旱的程度。

常用的植被指数有归一化植被指数（NDVI）、归一化差异植被指数（NDWI）等。

在使用植被指数进行干旱监测时，需要根据不同的植被指数和监测区域的气候条件确定相应的干旱指数阈值。

2. 基于温度比值法基于温度比值法（TBR）是一种利用遥感数据进行干旱监测的方法。

该方法主要是通过计算地表温度与大气温度之比，以反映地表水分情况。

在干旱条件下，地表的蒸发散发会减少，导致地表温度升高，而大气温度因为缺少降雨的冷却作用可能依然保持较高状态，从而导致TBR值升高。

因此，TBR值越高，代表区域的干旱程度越高。

3. 基于红外干热指数法基于红外干热指数法（IRHI）主要是利用遥感数据计算红外辐射和可见光辐射之间的比值，以表征地表水分含量。

在干旱条件下，持续的高温天气会导致地表水分蒸发减少，红外辐射与可见光辐射之比增大，因此IRHI值也呈上升趋势。

同时，IRHI与TRB方法相比，更为稳健，可以避免由于大气校正误差等因素对监测结果的影响。

4. 基于径流量和蒸散量的方法基于径流量和蒸散量方法通常采用水文模型估算区域的蒸散发和径流量，以反映干旱情况。

该方法依赖于地表水文循环模型，根据监测区域的气候、地形、土地利用等因素，模拟地表水文循环过程，包括降水量、蒸散发、径流量等，进一步反映干旱的程度。

同时，可以利用遥感数据对水文模型进行更新，提高模型精度和应用范围。

综上所述，基于遥感的干旱监测方法包括植被指数法、基于温度比值法、基于红外干热指数法和基于径流量和蒸散量方法等。