ISSN 1004-4965

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考虑降水时间相关性的地面观测-雷达-卫星遥感逐时降水融合方法研究

阮惠华 张钧民 许剑辉 戴晓爱

阮惠华, 张钧民, 许剑辉, 戴晓爱. 考虑降水时间相关性的地面观测-雷达-卫星遥感逐时降水融合方法研究[J]. 热带气象学报, 2023, 39(3): 300-312. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.028
引用本文: 阮惠华, 张钧民, 许剑辉, 戴晓爱. 考虑降水时间相关性的地面观测-雷达-卫星遥感逐时降水融合方法研究[J]. 热带气象学报, 2023, 39(3): 300-312. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.028
RUAN Huihua, ZHANG Junmin, XU Jianhui, DAI Xiaoai. AN XGBOOST-BASED GEOSTATISTICAL DATA FUSION METHOD FOR INTEGRATING HOURLY GAUGE-RADAR-SATELLITE PRECIPITATION DATA BY CONSIDERING THE TEMPORAL CORRELATION CHARACTERISTICS OF PRECIPITATION[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2023, 39(3): 300-312. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.028
Citation: RUAN Huihua, ZHANG Junmin, XU Jianhui, DAI Xiaoai. AN XGBOOST-BASED GEOSTATISTICAL DATA FUSION METHOD FOR INTEGRATING HOURLY GAUGE-RADAR-SATELLITE PRECIPITATION DATA BY CONSIDERING THE TEMPORAL CORRELATION CHARACTERISTICS OF PRECIPITATION[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2023, 39(3): 300-312. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.028

考虑降水时间相关性的地面观测-雷达-卫星遥感逐时降水融合方法研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.028
基金项目: 

广东省省级科技计划项目 2018B020207012

国家自然科学基金 41901371

详细信息
    通讯作者:

    许剑辉,男,广东省人,副研究员,主要从事多源遥感数据时空融合与同化研究。E-mail:xujianhui306@gdas.ac.cn

  • 中图分类号: P413

AN XGBOOST-BASED GEOSTATISTICAL DATA FUSION METHOD FOR INTEGRATING HOURLY GAUGE-RADAR-SATELLITE PRECIPITATION DATA BY CONSIDERING THE TEMPORAL CORRELATION CHARACTERISTICS OF PRECIPITATION

  • 摘要: 以广东省北部山区2018年汛期强降水时段4月23—28日龙舟水、5月7—11日龙舟水和9月16—17日台风“山竹”3次典型暴雨过程的逐时降水为研究对象,研究基于XGBoost算法与地统计学理论的地面观测-前两个时刻逐时降水-雷达-卫星遥感的多源逐时降水融合模型,充分考虑相邻时刻降水的时间相关性,得到空间分辨率为1 km的逐时降水融合数据。此外,分别利用XGBoost与随机森林(RF)算法进行不考虑降水时间相关性的地面观测-雷达-卫星遥感逐时降水融合对比试验,并对试验结果进行精度评价。结果表明:(1) 在3次暴雨过程中,三种融合模型的逐时降水融合结果具有类似的空间分布;(2) 与XGBoost和RF逐时降水融合结果相比,融合了降水时间相关性的逐时降水融合结果在不同暴雨过程的准确性均有明显改进,3次暴雨过程的决定系数(R2)平均提高了7.89%和23.27%;(3) XGBoost逐时降水融合模型的精度整体上优于RF逐时降水融合模型,3次暴雨过程的R2分别提高了7.1%、4.3%和31.4%。

     

  • 图  1  研究区域及气象站点分布

    a.广东省边界范围;b.研究区域及气象站点分布。

    图  2  考虑时间相关性的多源逐时降水融合方法技术流程图

    图  3  2018年过程Ⅰ(a)、过程Ⅱ(b)和过程Ⅲ(c)三种方案的逐时降水融合与站点降水观测比较

    图  4  不同融合方法的逐时降水融合的R2(a)、RMSE(b)和MAE(c)箱图

    图  5  暴雨过程Ⅰ逐时降水融合R2(a)、RMSE(b)、MAE(c)精度评价

    图  6  暴雨过程Ⅱ逐时降水融合R2(a)、RMSE(b)、MAE(c)精度评价

    图  7  暴雨过程Ⅲ的逐时降水融合R2(a)、RMSE(b)、MAE(c)精度评价

    图  8  不同融合方法的累计降水融合结果空间分布图

    a.暴雨过程Ⅰ;b.暴雨过程Ⅱ;c.暴雨过程Ⅲ。

    表  1  相关数据来源及介绍

    数据 变量名称 数据描述 数据来源
    气象站降水 Gauge Precipitation 时间分辨率为1h 广东省气象局(http://data.cma.cn/wa)
    雷达降水 Radar 时间分辨率为6 min, 空间分辨率1 km 广东省气象局(http://data.cma.cn/wa)
    IMERG降水 IMERG 时间分辨率为0.5 h, 空间分辨率为0.1° https://gpm.nasa.gov/data/imerg
    GSMaP降水 GSMaP 时间分辨率为1 h, 空间分辨率为0.1° https://sharaku.eorc.jaxa.jp/GSMaP/
    海拔 DEM ALOS DSM, 空间分辨率为30 m https://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30/index.htm
    与海岸线距离 Coastline 空间分辨率为1 km
    下载: 导出CSV

    表  2  同降水融合方案R2表现最好的时刻占总暴雨过程的比例情况

    过程 过程Ⅰ 过程Ⅱ 过程Ⅲ
    方案Ⅰ 53.82% 55.08% 68.23%
    方案Ⅱ 23.09% 23.22% 22.71%
    方案Ⅲ 23.09% 21.70% 9.06%
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-08
  • 修回日期:  2023-01-08
  • 网络出版日期:  2023-09-11
  • 刊出日期:  2023-06-20

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