system: [SYSTEM]

user: 3. 结果与分析 3.1. 不同时间尺度流域面雨量精度评估 为评估TRMM数据与站点数据流域尺度下的精度，同时为使TRMM栅格型数据与雨量站离散点状数据具有可比性，分别将两种资料进行处理从而比较面雨量。全流域尺度下的研究有利于分析TRMM数据在湘江流域的适用性，且避免了各栅格精度差异对评估产生影响。由表2可知TRMM数据精度良好，年降水总量偏差较小，相对误差为−2.9%，且TRMM相对站点面雨量总体表现为低估；在绝对值意义上TRMM数据日尺度偏差较大达53.3%，而月尺度偏差为8.5%表现较好；日尺度下两者相关系数总体为0.83，相关性较好见图2(a)；而TRMM数据月精度则大大提高，两者呈高度线性相关且相关系数总体达0.99，见图2(b)。说明TRMM数据有必要进行精度订正的是日降雨数据。 考虑降雨在年际间变化大，而各年精度可能存在差异，分别对比各年TRMM数据与站点数据精度发现基本与8年整体结果一致，TRMM数据大体表现为低估。由表3可知日尺度下各年两者相关系数在0.74~0.91之间，且2000年以后TRMM数据日精度有所提高；月尺度下两者在各年均呈高度相关；降水总量相对误差各年有差异但均在可接受范围内，需进一步研究影响TRMM精度的因素。 3.2. 不同时期面雨量日精度分析 为探究时间对TRMM数据精度的影响，将8年资料逐月同期计算，在各月对TRMM与站点数据面雨量的日精度进行了分析。表4反映了TRMM数据能很好刻画降雨在年内各月分配规律，且整体结果显现出湿润季节(4~8月)相对干旱季节(9~2月除10月)两者相关性更高。但具体分析各年不同月份数据日精度发现也存在干旱季节某月精度高而湿润季节某月精度较低现象，说明不同时期对TRMM数据的精度影响整体有一定规律但各年仍有不确定性，样本数量有一定影响，但同时可进一步分析与月份相关的降雨强度等因素对精度的影响。 Table 1 Evaluation indexes used in this stud 指标 计算公式 指标 计算公式 相关系数 相对误差 平均误差 平均绝对误差 纳西效率系数 水量相对误差 表1. 本研究采用的评价指标 式中：n为系列长度，S i 为站点雨量，T i 为TRMM雨量， 为站点平均雨量， 为TRMM平均雨量， 为模型模拟径流量， 为实测径流量， 为平均实测径流量。 Table 2 Comparisons of the TRMM 3B42 V7 and rain-gauged area precipitation (1998~2005 评价指标 点数n 相关系数R 站点均值P obs (mm) TRMM均值P TRMM (mm) 平均误差ME (mm) 平均绝对误差MAE (mm) 年降水总量 相对误差 (δ) 日尺度 2922 0.83 4.33 4.20 −0.12 2.31 −2.9% 月尺度 96 0.99 131.66 127.88 −3.78 11.23 −2.9% 表2. TRMM 3B42 V7与站点数据面雨量比较(1998~2005年) 图2. TRMM与站点数据日尺度(a)与月尺度(b)散点图 Table 3 Comparison of TRMM data and rain-gauged data at basin scale in each yea 年份 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 备注 相关系数R 0.80 0.77 0.74 0.86 0.89 0.91 0.87 0.85 日尺度 1.00 0.98 1.00 0.97 0.99 0.98 0.99 0.99 月尺度 总量相对误差δ −6.0% 2.5% −4.2% −3.6% 1.3% −7.5% −5.3% −2.8% 表3. 流域尺度下各年TRMM与雨量站数据比较 Table 4 Analysis of the daily area precipitation of TRMM 3B42 V7 and rain-gauged data in different period 月份 相关系数 站点(mm/d) TRMM(mm/d) 平均误差ME(mm/d) 相对误差δ 1 0.70 2.81 2.60 −0.21 −8.9% 2 0.79 3.09 3.20 0.11 3.6% 3 0.68 4.62 4.56 −0.06 −1.3% 4 0.85 6.29 6.47 0.18 2.9% 5 0.89 7.87 7.75 −0.12 −1.6% 6 0.86 8.16 8.05 −0.11 −1.4% 7 0.86 4.65 4.60 −0.05 −1.1% 8 0.86 5.47 5.20 −0.27 −5.0% 9 0.74 2.54 2.28 −0.26 −10.6% 10 0.91 0.95 0.93 −0.02 −6.0% 11 0.85 2.14 1.97 −0.17 −8.3% 12 0.81 1.52 1.24 −0.28 −18.3% 表4. 不同时期下TRMM 3B42 V7与站点数据面平均日降雨分析 3.3. 不同雨强级别精度分析 通过对整个湘江流域1998~2005年140个TRMM栅格和188个站点日降雨数据的统计，由图3可知TRMM数据在各雨强级别发生频率上与站点较为一致，精度较好，但对无雨表现为较明显高估，和对小雨表现为低估，中雨稍微低估，而对大雨和暴雨则略微高估；各雨强级别累计雨量所占比重方面，TRMM数据在小雨、中雨级 图3. TRMM与站点数据在各雨强级别发生频率与累计雨量所占比重的对比 别相对站点偏低，而大雨、暴雨级别相对站点偏高。 3.4. 单个栅格尺度下TRMM日降雨精度及与高程关系 前文对研究区整体评估刻画了TRMM数据的区域精度，可为概念性水文模型的应用奠定基础。而单个栅格的网格精度也备受关注，同时可为分布式水文模型中的应用提供参考。本研究为避免分析的栅格数目少或选取随机而导致不确定性，同时考虑到评估方法的科学性，对TRMM数据单个栅格尺度下的精度评估选取湘江流域140个栅格中有站点分布的95个栅格进行精度统计分析，并取每个栅格内对应所有站点的算术平均雨量值作为TRMM栅格雨量的对比数据。统计结果表明栅格尺度下TRMM数据日精度在可接受范围内，两者相关系数在0.59至0.72之间，且相关系数与高程的相关关系不明显；整体上95个栅格中60%以上偏差为正(即TRMM数据高估降雨)，而流域整体表现为低估，这反映空间尺度范围和分布不同TRMM数据偏差具不确定性，这可能与空间地形有关。基于此建立各栅格平均误差随高程的变化关系(见图4)，发现了TRMM偏差趋势与高程的关系：随着栅格中心高程超过350 m时，日降雨平均误差表现出由主要为正偏差转变为主要为负偏差，说明TRMM数据对高程较低区域估计倾向偏高而对高程较高区域降雨估计倾向偏低；少部分栅格不满足该规律可能由于栅格中心高程不能完整反映整个栅格内地形而引起的。 3.5. 径流模拟评估 本文将TRMM 3B42 V7和站点计算的日降雨数据分别用于驱动新安江模型，用于模拟湘潭站以上径流过程。如表5所示：率定期站点降水模拟日径流的NSE达0.95，RE为0.7%；而率定期TRMM降水模拟日径流的NSE则为0.78，RE为−1.8%。在验证期站点的NSE为0.95，RE为0.5%；而验证期TRMM的NSE为0.84，RE为−3.6%。日径流模拟上TRMM与站点仍存一定的差距。图5、图6分别选取率定期和验证期中一年内站点数据和TRMM数据模拟的日径流与实测径流的对比效果，如图可见：TRMM数据能基本描绘出日径流过程趋势且能较好展现径流年内变化特征，但在日径流模拟中TRMM数据对部分洪水过程模拟不够精准，洪峰、洪量及峰现时间不如站点模拟精准，对洪峰模拟偏大偏小不稳定。在月径流模拟中，站点模拟与实测径流的纳西效率系 图4. 95个栅格平均误差随高程变化趋势 图5. 率定期2001年湘潭站日径流过程对比 图6. 检验期2004年湘潭站日径流过程对比 数为0.99，水量相对误差为0.1%；而TRMM数据模拟径流与实测径流的纳西效率系数为0.92，水量相对误差为−2.9%。图7展示了月径流模拟的对比效果：总体上TRMM数据月径流模拟效果较好，基本与实测径流资料 Table 5 Evaluation indexes of streamflow hydrograph at the Xiangtan statio 评价指标 纳希效率系数NSE 水量相对误差RE(%) 年份 站点 TRMM 站点 TRMM 日径流率定期 0.95 0.78 0.7 −1.8 1998~2002 日径流验证期 0.95 0.84 0.5 −3.6 2003~2005 月径流 0.99 0.92 0.1 −2.9 1999~2005 表5. 湘潭站径流过程评价指标值 图7. 湘潭站月径流过程对比(1998~2005) 一致且偏差较小，相对日径流模拟效果更好；1998年为模型预热期模拟初期偏差稍大，在其他年份TRMM的模拟效果均不错。综上，径流模拟表明TRMM降雨数据模拟流量与实测流量资料大致吻合，精度比站点低，月径流模拟优于日径流模拟，水量模拟上整体表现为低估，偏差在可接受范围内。该结果与日、月尺度的降雨数据精度和流域内降雨整体低估的结论一致，相互印证。