陳漢清，鹿德凱，周澤慧，朱自偉，任英杰，雍 斌

(1．河海大學地球科學與工程學院，江蘇南京 211100;2．河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇南京 210098)

在全球變暖背景下，降水的時空分布直接影響著人類水資源的獲取;極端的降水事件，如洪水、干旱、暴風雪等對社會經(jīng)濟產(chǎn)生重大的影響;農(nóng)業(yè)灌溉、淡水資源管理與利用需要更精確地獲取降水事件發(fā)生的時間、地點、強度等重要信息[1-2]。因此，在水文學、氣候學和氣象學方面，降水都具有重要的理論和實踐意義[3]。精確的降水測量及其在全球范圍的時空分布已成為當前研究前沿和熱點問題[4]。

隨著測量技術的發(fā)展，目前主要的降水測量設備有雨量計、地基雷達和搭載各種傳感器的遙感衛(wèi)星等。雨量計和地基雷達給出的降水數(shù)據(jù)精度較高，一般情況下視為“真值”，并作為衛(wèi)星降水產(chǎn)品評估的參考資料[5-9]，但不適用于全球范圍的降水研究以及監(jiān)測。衛(wèi)星技術的出現(xiàn)為全球范圍的降水觀測帶來了曙光。1997年11月28號由NASA和JAXA合作開發(fā)設計的TRMM(tropical rainfall measuring mission)衛(wèi)星在日本成功發(fā)射，該衛(wèi)星主要用于監(jiān)測和研究熱帶和亞熱帶地區(qū)的降水[10]，已在2015年4月15日正式停止運行。在TRMM時代涌現(xiàn)出了多種降水產(chǎn)品，如 TPMA[11]、CMORPH[12]、PERSIANN[13]和GSMaP[14]等降水產(chǎn)品。國內外學者對TRMM各版本降水產(chǎn)品進行了大量的評估工作[15-19]，并得到了廣泛的應用[20-22]。盡管通過TRMM衛(wèi)星獲取了大量的降水觀測資料，但它在固態(tài)降水(如雪和冰雹)和微量降水(＜0．5mm/h)的靈敏度方面并不令人滿意，且其全球空間覆蓋范圍也存在著局限性，遠不能滿足人們的現(xiàn)實需求。針對TRMM衛(wèi)星的不足，NASA和JAXA聯(lián)合發(fā)起了全球降水觀測(global precipitation measurement，GPM)計劃。2014年2月28日，GPM計劃核心觀測平臺成功發(fā)射。該核心觀測平臺為用戶帶來了更高精度、更高時空分辨率和覆蓋更廣的數(shù)據(jù)源，可為進一步理解降水對地球水資源、氣候和地球能量循環(huán)等方面的影響提供數(shù)據(jù)支持。衛(wèi)星降水產(chǎn)品的評估工作是其在廣泛使用前的一個必不可少的步驟，可為使用者選擇最優(yōu)衛(wèi)星降水產(chǎn)品提供參考，同時也為基于衛(wèi)星降水反演算法和傳感器的改進提供可靠的信息。而衛(wèi)星降水產(chǎn)品評估方法對定量化衛(wèi)星降水產(chǎn)品的誤差至關重要。

針對衛(wèi)星降水產(chǎn)品評估工作的需求，衛(wèi)星降水產(chǎn)品的評估方法也有所區(qū)別。應用較為廣泛成熟的為統(tǒng)計分析方法[11-12]。Li等[23]提出采用面向對象的方法評估衛(wèi)星降水產(chǎn)品的性能，該方法主要揭示衛(wèi)星降水產(chǎn)品的幾何和空間特征。Tan等[24]提出衛(wèi)星降水產(chǎn)品誤差溯源的方法，從傳感器層面對衛(wèi)星降水產(chǎn)品展開評估。綜合研究發(fā)現(xiàn)大部分的衛(wèi)星降水產(chǎn)品評估均以統(tǒng)計分析方法評估衛(wèi)星降水產(chǎn)品的性能。隨著GPM核心觀測平臺的成功發(fā)射以及降水產(chǎn)品的開放共享，國內外的研究者對GPM降水產(chǎn)品展開了一系列的評估工作。評估主要有兩種形式：一是利用衛(wèi)星降水產(chǎn)品與地面觀測資料直接比較;二是將衛(wèi)星降水產(chǎn)品作為水文模型的輸入?yún)?shù)，以此評估衛(wèi)星降水產(chǎn)品的表現(xiàn)。但目前尚未有相關文獻對已有的GPM降水產(chǎn)品評估工作進行梳理和歸納。

本文主要從多衛(wèi)星聯(lián)合降水反演(integrated multi-satellite retrievals for global precipitation measurement，IMERG)、雙頻降水雷達(dual-frequency precipitation radar，DPR)和水文模擬三方面綜述GPM降水產(chǎn)品的評估工作，并對GPM降水產(chǎn)品未來需要解決的問題進行了總結，對衛(wèi)星降水產(chǎn)品評估的方向進行了展望。

1 與地面資料直接比較評估

1.1 IMERG降水產(chǎn)品評估

1．1．1 全球尺度

在全球尺度下對衛(wèi)星降水產(chǎn)品的評估工作，有利于在粗尺度下了解IMERG降水產(chǎn)品在各地區(qū)的表現(xiàn)，也為進一步細分各地區(qū)或流域尺度下的評估工作提供參考。Liu[25]對全球尺度下的IMERG-Final降水產(chǎn)品進行了評估，分析發(fā)現(xiàn)在捕捉強降水能力方面，IMERG-Final降水產(chǎn)品比TMPA(3B43)更為合理地捕捉到南北半球主要的強降水地區(qū)，兩種衛(wèi)星降水產(chǎn)品之間的差異隨著地表類型和雨率的變化而變化。進一步分析發(fā)現(xiàn)因為兩種衛(wèi)星降水產(chǎn)品的陸地部分均使用地面雨量站點數(shù)據(jù)進行了校準，因此陸地上的系統(tǒng)偏差比海洋上的偏差要小得多，正相對偏差主要發(fā)生在低雨強，而負相對偏差主要發(fā)生在高雨強。但在海洋上，所有的雨強均為負相對偏差。Liu[25]同時對IMERG和TMPA的被動微波和紅外降水產(chǎn)品進行了分析，發(fā)現(xiàn)IMERG和TMPA降水產(chǎn)品在熱帶海洋地區(qū)的系統(tǒng)偏差與被動微波降水產(chǎn)品有密切的關系，兩種產(chǎn)品的偏差主要來自被動微波。

盡管Liu[25]在全球尺度下對GPM主要降水產(chǎn)品IMERG與TRMM時代的TMPA進行了比較分析，但缺乏與地面站點數(shù)據(jù)的比較分析，GPM降水產(chǎn)品在全球尺度下的評估工作仍需要進一步研究。

1．1．2 地區(qū)尺度

評估某地區(qū)的衛(wèi)星降水產(chǎn)品對產(chǎn)品在該地區(qū)水文應用、氣候研究和淡水資源管理等方面有著積極的意義。由于中國受到多種氣候類型的影響，各地區(qū)的降雨量差異較大，同時也存在地形復雜的地區(qū)以及高海拔的山區(qū)，因此GPM降水產(chǎn)品在中國山區(qū)的精度表現(xiàn)得到了廣泛的研究和關注。金曉龍等[26]針對衛(wèi)星降水產(chǎn)品在天山山區(qū)適用性具有不確定性的問題，對GPM降水產(chǎn)品在天山山區(qū)適用性進行了研究，結果表明IMEGR降水產(chǎn)品比TPMA與CORMP降水產(chǎn)品的精度要高，但在地形復雜的天山中心區(qū)表現(xiàn)較差，同時發(fā)現(xiàn)低海拔高估降水，在中海拔地區(qū)降水估計能力較好，高海拔低估降水且表現(xiàn)最差，主要的原因可能是因為DPR對高海拔地區(qū)的降雪探測能力較差。相比于天山，青藏高原為更典型也是更為熱門的研究地區(qū)。Ma等[27]評估了IMERG降水產(chǎn)品在青藏高原上的表現(xiàn)，IMERG降水產(chǎn)品表現(xiàn)較好，但存在高海拔地區(qū)命中降水事件偏低的問題。

干旱地區(qū)總降水量相對較少，而中高緯度區(qū)域主要為微量降水和固態(tài)降水。傳統(tǒng)的衛(wèi)星降水產(chǎn)品一般存在低雨強高估、對微量降水和固態(tài)降水敏感度不強的問題。GPM搭載的多頻被動微波成像儀(GPM microware imager，GMI)以及DPR專門為微量降水以及固態(tài)降水而設計，為干旱和中高緯度地區(qū)的降水高精度估計帶來了希望。GPM降水產(chǎn)品在中國干旱區(qū)以及中高緯度地區(qū)的表現(xiàn)至關重要。Tang等[28]對中國大陸的IMERG和TMPA降水產(chǎn)品，基于地面雨量站點的降水數(shù)據(jù)進行了相互的交叉驗證，結果表明IMERG降水產(chǎn)品在所有的時空尺度下均明顯優(yōu)于3B42 V7，特別是在中高緯度干旱地區(qū)的表現(xiàn)更為突出;IMERG降水產(chǎn)品雖然相對較好地捕捉到降水的日變化情況，但仍有進一步提高的空間，特別是在干旱氣候和高緯度地區(qū)。

GPM降水產(chǎn)品在中國地區(qū)各季節(jié)的表現(xiàn)也得到了廣泛的研究。金曉龍等[26]分析發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星降水產(chǎn)品的估測能力隨著季節(jié)變化而變化，在夏秋兩季表現(xiàn)較好，但在春冬兩季表現(xiàn)相對較差。Guo等[29]對中國地區(qū)的校準與未校準的IMERG降水產(chǎn)品進行了評估，結果表明校準的IMERG降水產(chǎn)品改善明顯，但兩種IMERG降水產(chǎn)品在冬季的表現(xiàn)均相對不佳，并存在對西南地區(qū)微量降水高估的問題。Chen等[30]評估了IMERG降水產(chǎn)品在中國大陸的表現(xiàn)，總體上IMERG降水產(chǎn)品較傳統(tǒng)衛(wèi)星降水產(chǎn)品更優(yōu)，相對來說IMERG降水產(chǎn)品在冬季的表現(xiàn)不夠理想，在新疆和青藏高原地區(qū)并不可靠，大陸北部的大部分地區(qū)在冬季也存在IMERG降水產(chǎn)品不可靠的問題。

GPM降水產(chǎn)品在其他國家或地區(qū)的表現(xiàn)也得到了廣泛的研究和關注。印度主要受到季風季節(jié)氣候的影響，給印度帶來了大量的降雨。Prakash等[31]初步評估了印度受西南季風季節(jié)地區(qū)的IMERG降水產(chǎn)品表現(xiàn)，得到了IMERG降水產(chǎn)品在捕捉強降水能力方面較TMPA降水產(chǎn)品有了顯著的提升，但存在印度東北部地區(qū)暴雨發(fā)生頻率被低估的結果。隨后，Prakash等[32]在初步評估的基礎上進一步對受季風季節(jié)影響的印度西南部地區(qū)日尺度下的IMERG和GSMaP降水產(chǎn)品進行了評估，結果表明IMERG降水產(chǎn)品更能反映研究區(qū)的季風降雨特征，其變化也更符合實際情況，但IMERG降水產(chǎn)品的均方根比GSMaP降水產(chǎn)品大，特別是在低雨強和西海岸地區(qū);進一步采用一種基于熵的方法去評估這幾種降水產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)IMERG和GSMaP降水產(chǎn)品性能有顯著提高，特別是在低雨強下表現(xiàn)突出，同時IMERG降水產(chǎn)品在漏測和誤測降水偏差上相對有所改善。與印度類似，韓國和日本同樣顯著地受到季風季節(jié)氣候的影響。Kim等[33]對東亞部分地區(qū)的IMERG和TMPA降水產(chǎn)品以季風季節(jié)角度進行了分析，發(fā)現(xiàn)在季風前和季風季節(jié)期間，IMERGFinal降水產(chǎn)品比TRMM 3B42 V7降水產(chǎn)品性能有微量的提升，而在降水的空間分布方面，IMERGFinal降水產(chǎn)品比TRMM 3B42 V7降水產(chǎn)品具有更高的精度，這是因為GPM降水產(chǎn)品的時空分辨率更加精細，相對具有一定的優(yōu)勢。

不同的地形具有不同的降雨特征，特別是相比于背風坡，迎風坡的降雨較為豐富。傳統(tǒng)的衛(wèi)星降水產(chǎn)品在復雜地形區(qū)的精度并不理想，特別是難以準確地探測到較精確的降雨量。針對GPM降水產(chǎn)品在復雜地形區(qū)的表現(xiàn)，許多科研人員做了一定的研究。Prakash等[32]分析了受地形影響的印度東北地區(qū)和降水極少的東南半島，得到了所有的衛(wèi)星降水產(chǎn)品均表現(xiàn)不佳的結果。Kim等[33]對遠東地區(qū)的IMERG和TMPA降水產(chǎn)品，基于地面雨量站點數(shù)據(jù)對這兩種衛(wèi)星降水產(chǎn)品在不同地形情況下的表現(xiàn)進行了分析，結果表明在山區(qū)和海岸地區(qū)，IMERGFinal降水產(chǎn)品均比TRMM 3B42 V7降水產(chǎn)品表現(xiàn)要好，但也存在因地形引起的對流以及反演算法的問題而導致衛(wèi)星降水產(chǎn)品具有不確定性的問題。衛(wèi)星降水產(chǎn)品在地形復雜多變的安第斯山脈的表現(xiàn)同樣受到了科研人員的廣泛關注。Manz等[34]在多時空尺度下對安第斯山脈的IMERG降水產(chǎn)品進行了評估工作，結果表明IMERG降水產(chǎn)品在探測能力和定量化降水強度能力上比TMPA降水產(chǎn)品表現(xiàn)更優(yōu)，特別是在安第斯山脈的高海拔地區(qū)，在獨立的降水探測或雨率方面，IMERG降水產(chǎn)品均能更好地表達地面降水觀測特征;進一步研究發(fā)現(xiàn)IMERG降水產(chǎn)品在屬于干旱地區(qū)的秘魯海岸沿線在降水探測和雨率估計方面均沒有改進。Sharifi等[35]在不同地形條件下，對伊朗IMERG降水產(chǎn)品進行評估，得到了IMERG表現(xiàn)較好，但仍存在輕微低估的結果。

Gaona等[36]基于被視為降水“真值”的雷達降雨地圖，對中緯度區(qū)域的荷蘭第一年的 IMERGFinal降水產(chǎn)品進行了評估，結果表明在總體上IMERG-Final降水產(chǎn)品存在輕微低估的問題，但可作為降水數(shù)據(jù)的一個可靠來源，特別是在地面雨量站點稀疏的地方，同時驗證了IMERG降水產(chǎn)品在中緯度地區(qū)的潛力。Asong等[37]針對IMERG降水產(chǎn)品在中高緯度的加拿大地區(qū)的表現(xiàn)進行了評估，發(fā)現(xiàn)IMERG降水產(chǎn)品均能很好地捕捉到大部分區(qū)域的潮濕或干旱的時間長度分布。GPM降水產(chǎn)品在美國地區(qū)的表現(xiàn)也得到了學者的研究和關注。Tan等[38]對美國東南部地區(qū)的IMERG-Final降水產(chǎn)品進行了評估，結果表明隨著時間和空間尺度的增大，IMERG和TMPA降水產(chǎn)品均能更好地識別降雨事件的發(fā)生，同時改善了雨強的隨機誤差和系統(tǒng)誤差，在大部分情況下IMERG降水產(chǎn)品優(yōu)于TMPA降水產(chǎn)品。Tan等[24]進一步評估了美國中部大西洋地區(qū)的IMERG降水產(chǎn)品，結果表明IMERG降水產(chǎn)品的隨機誤差較大，存在低雨強高估、高雨強低估的問題。

GPM降水產(chǎn)品在其他典型地區(qū)的表現(xiàn)同樣得到了廣泛的研究和關注。Siukis等[39]對伊朗西北地區(qū)的呼羅珊拉扎維省的IMERG降水產(chǎn)品進行了評估，得到了IMERG降水產(chǎn)品與地面雨量站點降水數(shù)據(jù)保持較好的一致性，但仍存在低估了降雨量的結果。Asong等[37]對加拿大南部陸地不同生態(tài)區(qū)的IMERG降水產(chǎn)品進行了評估，結果表明IMERG降水產(chǎn)品與地面雨量站點降水數(shù)據(jù)具有類似的日平均降水區(qū)域變化特征，但在太平洋海洋生態(tài)區(qū)，IMERG降水產(chǎn)品存在高估的問題，在科迪勒拉生態(tài)區(qū)的大部分地區(qū)以及只有少量地面站點的草原生態(tài)區(qū)，IMERG降水產(chǎn)品表現(xiàn)依然不夠理想。Sharifi等[40]對奧地利東北部地區(qū)的IMERG降水產(chǎn)品進行了評估，得到了IMERG降水產(chǎn)品在降水頻率上均存在高估的結果。

綜上所述，在地區(qū)尺度上，IMERG降水產(chǎn)品表現(xiàn)總體上要優(yōu)于其他衛(wèi)星降水產(chǎn)品(TMPA、GSMaP)。在中高緯度地區(qū)，IMERG降水產(chǎn)品相比傳統(tǒng)的衛(wèi)星降水產(chǎn)品有所改進，具有一定的應用潛力，但仍有待進一步的提升和改善。在具有復雜地形或高海拔的地區(qū)，IMERG降水產(chǎn)品的表現(xiàn)相對來說有一定的提升，但仍表現(xiàn)不佳，甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)不可靠的問題。因此針對地形復雜、高海拔、干旱以及中高緯度地區(qū)降水產(chǎn)品評估工作還需要進行更細致的研究，以分析其誤差的來源及其成因，為傳感器的改進和算法反演的進一步完善提供可靠的參考信息。與此同時，GPM降水產(chǎn)品還表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性特征，夏秋兩季表現(xiàn)較好，春冬兩季相對較差。值得注意的是，在冬季甚至可能出現(xiàn)降水產(chǎn)品不可靠的問題，推測可能為春冬兩季主要為微量降水和固態(tài)降水，而GPM未能對這兩種降水類型精確探測所導致。

1．1．3 流域尺度

針對典型流域降水產(chǎn)品的評估工作有利于理解該流域的降水時空分布等信息，同時也有助于對自然災害的預報，以便在防災減災中起到重要的作用。同時，流域尺度的衛(wèi)星降水產(chǎn)品評估工作是進行水文模擬的前提步驟之一，國內外學者有針對性地在流域尺度下做了大量的降水產(chǎn)品評估工作。Tang等[41]對中國贛江流域的IMERG降水產(chǎn)品進行了一系列的評估，結果表明IMERG降水產(chǎn)品在干旱區(qū)域存在高估的問題，總體上IMERG降水產(chǎn)品基本可取代TMPA降水產(chǎn)品。Wang等[42]評估了中國北江流域的IMERG降水產(chǎn)品(包括IMERG-Final、IMERGLate和IMERG-Early)，分析發(fā)現(xiàn)IMERG-Final降水產(chǎn)品與地面觀測數(shù)據(jù)具有較高的相關性以及相對較低的相對偏差，而IMERG-Late和IMERG-Early降水產(chǎn)品表現(xiàn)相對較差，與地面站點觀測數(shù)據(jù)相關性均較低，IMERG降水產(chǎn)品相對TRMM 3B42 V7降水產(chǎn)品表現(xiàn)出明顯更高的降水命中概率，但同時誤測率也更高。魏志明等[43]對海河流域的 IMERG和TRMM 3B43降水產(chǎn)品進行了精度分析，發(fā)現(xiàn)在總體上IMERG降水產(chǎn)品略優(yōu)于TRMM 3B43降水產(chǎn)品，且在高分辨率水文分析方面具有較高的應用前景。但兩種衛(wèi)星降水產(chǎn)品均存在輕微的低估問題。

雨季的降水事件較多，特別是存在較多的極端降水事件，容易引發(fā)洪水等自然災害。傳統(tǒng)的衛(wèi)星降水產(chǎn)品一般存在高雨強低估的問題。GPM降水產(chǎn)品在雨季的表現(xiàn)對自然災害預報等具有重要的作用，一系列的評估工作已經(jīng)展開。Sahlu等[44]選取了尼羅河流域上游雨季時間段校準與未校準的IMERG降水產(chǎn)品與對應的CMORPH降水產(chǎn)品進行了比較分析，發(fā)現(xiàn)所有的IMERG降水產(chǎn)品在每小時或日尺度下的相關系數(shù)和偏差率均比CMORPH降水產(chǎn)品表現(xiàn)要好，而在探測降水能力方面，IMERG降水產(chǎn)品比CMORPH降水產(chǎn)品僅有輕微的提高，但存在衛(wèi)星降水產(chǎn)品在該地區(qū)對大雨的探測能力較差的問題。He等[45]選取中國西南部湄公河流域上游的兩種雨季衛(wèi)星降水產(chǎn)品(IMERG-Final、TRMM 3B42 V7)與地面雨量站點降水數(shù)據(jù)進行了分析研究，評估了日尺度下的衛(wèi)星降水產(chǎn)品在該地區(qū)的精度，結果表明IMERG降水產(chǎn)品改善了中強度降水事件的捕捉能力以及對極端降水具有的高敏感性，相比3B42降水產(chǎn)品更能捕捉到降雨的變化，但高估了極端降水事件的數(shù)量。

相比TRMM時代的降水產(chǎn)品，IMERG降水產(chǎn)品表現(xiàn)較好，特別是在中強度降水事件和極端降水的探測和降雨估計上有了一定的提高，但仍存在高估極端降水、探測能力不足的問題，這會對后續(xù)洪水的預報以及防災減災工作帶來潛在的危害。

1.2 DPR降水產(chǎn)品評估

改善微量降水和固態(tài)降水的觀測是DPR的任務之一，相關研究對DPR的表現(xiàn)進行了評估?？紤]到地形和氣候對DPR降水可靠性有著重要的影響，Speirs等[46]選取了阿爾卑斯山脈與高原地區(qū)的DPR降水產(chǎn)品了進行評估，結果表明在探測和降水估計方面存在比較突出的特征：夏季明顯的好于冬季，液態(tài)降水好于固態(tài)降水，平原地區(qū)好于復雜地形區(qū)域，但存在一致低估的問題。Casella等[47]以CloudSat-CPR產(chǎn)品為參考數(shù)據(jù)，對DPR的降雪探測能力進行了評估，分析發(fā)現(xiàn)DPR探測到降雪發(fā)生事件與CPR相比僅有微小的偏差，但該部分偏差的降雪量并不可忽略，同時指出DPR的漏測主要由DPR降噪算法部分引起，并提出了一個簡單的算法使得DPR探測到的降雪量增加高達59%。吳瓊等[48]利用4次降雪實例分析比較了DPR的3種掃描模式(KaMS、KaHS和Ku)對降雪探測能力的差異，結果表明DPR降水產(chǎn)品與地面雨量站點數(shù)據(jù)結果較為一致，具備對雨雪進行區(qū)分的能力，而Ku模式能夠識別出最多的降雪事件，對降雪的綜合探測能力較強。

DPR是GPM時代的主要優(yōu)勢之一，與IMERG降水產(chǎn)品類似，DPR降水產(chǎn)品同樣存在季節(jié)性特征，即夏季的表現(xiàn)明顯優(yōu)于冬季，同時表現(xiàn)出液態(tài)降水優(yōu)于固態(tài)降水、平原地區(qū)優(yōu)于復雜地形地區(qū)的特點。DPR的3種掃描模式相對來說Ku模式的綜合表現(xiàn)最優(yōu)。值得注意的是，雖然DPR能夠精確探測到大部分降雪事件，但漏測的降雪量卻不可忽略，這可能是因為DPR對大雪事件不敏感或是對降雪量存在嚴重低估，還需要對傳感器和算法反演作進一步的調整和改進。

2 水文模擬評估

降水是水文模型最為重要的輸入?yún)?shù)之一。最大可能地發(fā)揮水文模型對洪水、泥石流等災害的預測和評估能力，衛(wèi)星降水產(chǎn)品的精度是保證。相比于TRMM等以往的衛(wèi)星降水產(chǎn)品，GPM降水產(chǎn)品精度更高，能滿足水文模型對降水產(chǎn)品精度的高要求，理論上GPM降水產(chǎn)品相對傳統(tǒng)的衛(wèi)星降水產(chǎn)品在水文模型應用上具有更廣闊的前景。隨著GPM降水衛(wèi)星產(chǎn)品的發(fā)布，國內外學者對GPM降水產(chǎn)品在水文模擬上的表現(xiàn)展開了一系列的研究。

Tang等[41]利用CREST水文模型預測徑流，結果表明IMERG降水產(chǎn)品與地面站點降水參考數(shù)據(jù)相當，在大部分情況下，IMERG降水產(chǎn)品的表現(xiàn)優(yōu)于TMPA降水產(chǎn)品，認為該產(chǎn)品在水文應用方面具有較為廣闊的前景。He等[45]將IMERG-Final降水產(chǎn)品和TRMM 3B42 V7降水產(chǎn)品應用到中國西南部湄公河流域上游中，分析發(fā)現(xiàn)兩種衛(wèi)星產(chǎn)品的日徑流模擬相當，但在驅動水文模擬方面，以IMERG降水產(chǎn)品率定的結果優(yōu)于TRMM 3B42降水產(chǎn)品。Sharif等[49]利用IMERG降水產(chǎn)品，以GSSHA水文模型模擬了哈費爾巴廷市近期發(fā)生的一個洪水事件，徑流模擬結果發(fā)現(xiàn)該次洪水事件中城市化部分的子流域(約占流域面積的6．8%)產(chǎn)生的洪水約占此次總洪水量的85%;上游子流域部分(約占流域面積的68%)產(chǎn)生的洪水量可忽略不計;而中間子流域產(chǎn)生的洪水約占總洪水量的13%。TANG等[50]將 IMERG-Late、PERSIANN、GSMaP NRT 和3B42RT 4種降水產(chǎn)品應用于中國南方2016年6月的洪水預警，結果表明IMERG-Late降水產(chǎn)品為最適合的產(chǎn)品。Wang等[42]以北江流域作為研究區(qū)域，以VIC水文模型分別采用兩種率定形式驗證IMERG-Early、IMERG-Late 和 IMERG-Final降水產(chǎn)品在水文應用方面的性能，在兩種率定形式下，IMERG-Final水文模擬效果均最好，值得注意的是，在汛期時IMERG-Early和IMERG-Late水文模擬效果更好，綜合各衛(wèi)星降水產(chǎn)品的表現(xiàn)，實時性較高的IMERG-Early降水產(chǎn)品在洪水預測方面具有較高的應用前景。Zubieta等[51]在秘魯-厄瓜多爾亞馬孫河流域地區(qū)進行了水文模擬實驗，以IMERG降水產(chǎn)品和TMPA(V7和RT)降水產(chǎn)品分別作為分布式水文模型的降水輸入數(shù)據(jù)進行實驗，結果表明IMERG降水產(chǎn)品在南部地區(qū)(烏卡亞利河流域)較為實用，但在缺乏充足降雨資料的北部地區(qū)(馬拉尼翁河和納波流域)，3種衛(wèi)星降水產(chǎn)品均不能給出實際徑流情況。Yuan等[52]利用IMERG和TRMM 3B42 V7降水產(chǎn)品在緬甸數(shù)據(jù)點稀疏的山區(qū)進行了水文模擬實驗，結果表明兩種衛(wèi)星降水產(chǎn)品均存在高估的問題，同時驗證了兩種衛(wèi)星降水產(chǎn)品均適用于研究區(qū)的徑流模擬，值得注意的是，TRMM 3B42 V7降水產(chǎn)品比IMERG降水產(chǎn)品更適用于該地區(qū)的徑流模擬。

衛(wèi)星降水產(chǎn)品精度的進一步提高，使得其在水文等應用領域上較以往的衛(wèi)星降水產(chǎn)品有更大的優(yōu)勢。相比傳統(tǒng)的衛(wèi)星降水產(chǎn)品，GPM降水產(chǎn)品在水文模擬評估中的表現(xiàn)相對較好。在所有的IMERG降水產(chǎn)品中，總體上IMERG-Final降水產(chǎn)品在水文模擬中的表現(xiàn)相對更優(yōu)，但在洪水預報以及考慮實時性等方面，IMERG-Late和IMERG-Early有一定的優(yōu)勢。不可忽略的是，在局部地區(qū)存在TRMM降水產(chǎn)品比GPM降水產(chǎn)品效果更好的情況(如Yuan等[52]的研究成果)，這還需要進一步研究。

3 研究展望

GPM是建立在TRMM成功經(jīng)驗基礎上的，解決了TRMM的關鍵局限性問題，同時統(tǒng)一了GPM衛(wèi)星群的觀測成果，為衛(wèi)星降水產(chǎn)品設立了新標準，進一步提高了各類傳感器的性能，尤其是對中高緯度地區(qū)微量降水和固態(tài)降水的估計能力，并帶來了更高的精度和時空分辨率。大量的評估工作結果表明，GPM降水產(chǎn)品較以往的衛(wèi)星降水產(chǎn)品精度更高，適用性更強，更能反映降水的時空特征。GPM雖然帶來了新一代的降水產(chǎn)品，特別是在著重解決中高緯度的微量降水和固態(tài)降水觀測的問題方面，相比以往的衛(wèi)星降水產(chǎn)品有一定的改進，但在以下方面仍有待進一步的提升和改善：

a.在復雜地形和高海拔的地區(qū)，GPM降水產(chǎn)品表現(xiàn)還不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)不可靠的情況，特別是在天山和青藏高原地區(qū)。針對復雜地形和高海拔地區(qū)的衛(wèi)星降水評估仍需進一步做更細致化的研究，以分析其誤差的來源及其成因，為傳感器的改進和算法反演的進一步完善提供可靠的參考信息。

b.衛(wèi)星降水產(chǎn)品具有季節(jié)性的特征，夏秋兩季的表現(xiàn)較好而春冬兩季的表現(xiàn)相對較差，在冬季甚至可能出現(xiàn)不可靠的情況，可能因為GPM對微量降水和固態(tài)降水的觀測仍然不足，對微量降水和固態(tài)降水的探測仍需進一步提高。另一方面，雖然GPM在存在較多極端降水事件的夏季中表現(xiàn)相對較好，但GPM對極端降水的探測仍有待提高。

c.在水文模擬評估中，存在局部TRMM降水產(chǎn)品比GPM降水產(chǎn)品效果更好的問題，具體的情況仍需進一步的研究。

d.目前的衛(wèi)星降水產(chǎn)品評估工作主要基于衛(wèi)星降水產(chǎn)品與地面參考資料的直接比較，不能從本質上反映誤差的來源，未來的衛(wèi)星降水產(chǎn)品評估工作應從傳感器層面上展開。