ارزیابی دو محصول بارش ماهواره‌ای نیم‌ساعته GPM-GSMAP_G (V04) و یک‌ساعته GPM-IMERG_F (V06) در استان آذربایجان شرقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه عمران، واحد مراغه، دانشگاه آزاد اسلامی، مراغه، ایران

چکیده

خلاصه:

سابقه و هدف:

اندازه‌گیری غیرمستقیم بارش از طریق سنجش از دور، برای دستیابی به یک برآورد جامع از بارش و شناخت بهتر پدیده بارش و پارامترهای مؤثر در آن در یک گستره مکانی وسیع باقدرت تفکیک زمانی و مکانی بالا و دقیق یک‌راه عملی است. از طرفی در محصولات بارشی ماهواره‌ای به دلیل به‌کارگیری الگوریتم‌ها و روش‌های تصحیح مختلف با استفاده از مشاهدات باران‌سنج زمینی نیاز به بررسی دقت این محصولات بارشی ماهواره‌ای در بخش‌های مختلف کره زمین هست. دو محصول بارش ماهواره‌ای با قدرت تفکیک زمانی و مکانی بالا و دقیق در عصر جدید عبارت‌اند از: 1-محصول بارشی GPM-IMERGE با وضوح مکانی 0.1 درجه و وضوح زمانی 0.5 ساعت که در سه نسخه ارائه می‌شود. 2- محصول بارشی GPM-GSMAP با وضوح مکانی 0.1 درجه و وضوح زمانی 1 ساعت که این محصول بارش ماهواره‌ای هم غالبا در سه ارائه می‌دهد.غالب تحقیقات مقایسه کننده دو محصول GSMAP و IMERGE به مقایسه این دو محصول در مقیاس زمانی روزانه و بزرگ‌تر پرداخته‌اند و مطالعات نادری در مقیاس ساعتی وجود دارد.هدف این مطالعه دو محصول بارش ماهواره‌ای تحقیقاتی GPM-IMERG_F و GPM-GSMaP_G را در مقیاس 6 ساعتی (زیر روزانه) در استان آذربایجان شرقی است. با توجه به عدم وجود شبکه باران‌سنجی متراکم در منطقه در کنار فاجعه زیست‌محیطی بروز خشکی در دریاچه ارومیه و اهمیت اطلاعات بارش به‌عنوان یک داده اولیه در اکثر مطالعات آبی حرکت به سمت استفاده از داده‌های ماهواره‌ای برای برآورد بارش در مناطق مختلف ضروری است؛ بنابراین لازم است دقت و صحت این محصولات باشی ماهواره‌ای در منطقه مورد مطالعه هم مورد ارزیابی قرار گیرد.

مواد و روشها:

در این تحقیق برای ارزیابی قابلیت تشخیص محصولات بارش ماهواره‌ای از هفت معیار مطابقت دودویی شامل مقدار احتمال تشخیص (POD)، شاخص موفقیت بحرانی (CSI)، مقدار نسبت هشدار اشتباه (FAR)، شاخص امتیاز مهارت هیک (HSS)، شاخص فرکانس انحراف(FBI)، نسبت صحیح (PC) و شاخص آماری مهارت واقعی (TSS) و برای تجزیه‌وتحلیل کمی دقت محصولات باشی ماهواره‌ای از شش شاخص آماری شامل ضریب رگرسیون(R)،جذر میانگین مربعات خطا(RMSE)، سه شاخص انحراف(MBias,RBias,Bias) و شاخص میانگین خطای مطلق (MAE) استفاده شده است. همچنین از تحلیل دیاگرام تیلور و مقایسه الگویی‌های مکانی بارش و منحنی چگال احتمالی تجمعی بارش 6 ساعته و عملکرد محصولات ازنظر توپوگرافی و ارتفاعی مقایسه شده است.

نتایج:

با وجود وضوح مکانی و زمانی دقیق‌تر هر دو محصول بارشی آن‌ها هنوز هم سوگیری قابل‌توجهی را در برخی ایستگاهها ارائه می‌دهند. بر اساس تحلیل دیاگرام تیلور در همه ایستگاه‌ها نقطه مربوط به ماهواره IMERG_F به نقطه مشاهده‌شده نزدیک‌تر بود و درنتیجه محصول IMERG_F بهتر از محصول GSMaP_G هست. اگرچه هر دو محصول الگویی‌های مکانی نسبتاً مشابهی از نظر شاخص‌های آماری و دودویی داشتند ولی محصول GPM-IMERG_F دقت و قابلیت تشخیص بسیار بهتری نسبت به محصول GPM-GSMaP_G داشت به‌طوری‌که محصول GPM-IMERG_F منحنی چگال احتمالی تجمعی بسیار نزدیک به ایستگاه‌ها را ازنظر شدت بارندگی بازتولید کرد. عملکرد هر دو محصول ازنظر توپوگرافی و ارتفاعی روند نسبتاً مشابهی دارند.

نتیجه گیری:

محصول GSMaP_G بهترین عملکرد را در منطقه دارد. در مقایسه با مشاهدات ایستگاه‌ها، محصول IMERG_F کم تخمینی، درحالی‌که محصول GSMaP_G بیش تخمینی دارد. محصول IMERG_F در مقایسه با محصول GSMaP_G می‌تواند PDF شدت بارش 6 ساعته را بهتر بازتولید کند. در منطقه بیشترین فرکانس بارش 6 ساعته در محدوده 0-0.1 میلی‌متر و 5-10 میلی‌متر در 6 ساعت رخ می‌دهد و کمترین فراوانی بارندگی درشدت بارندگی بیش از 20 میلی‌متر در 6 ساعت ظاهر می‌شود. محصول IMERG_F ازنظر فرکانس به‌خوبی با مشاهدات ایستگاهی، زمانی که شدت بارش بیشتر از 1 میلی‌متر در 6 ساعت است، موافق هست. این مطالعه برای توسعه‌دهندگان الگوریتم این محصولات و همچنین کاربران این محصولات باارزش خواهد بود و می‌تواند در کاربردهایی مانند کاهش خطر بلایای طبیعی و مدل‌سازی هیدرولوژیکی، به‌ویژه در مناطقی با شبکه باران‌سنجی پراکنده کمک کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of half-hour GPM-GSMAP_G (V04) and one-hour GPM-IMERG_F (V06) satellite precipitation products in East Azerbaijan Province

نویسنده [English]

  • Taghi Mahdavi
Assistant Professor of Civil Engineering Department, Maragheh Branch, Islamic Azad University, Maragheh, Iran
چکیده [English]

ABSTRACT:

Background and purpose:

Indirect measurement of precipitation through remote sensing is a practical way to achieve a comprehensive estimate of precipitation and to better understand the phenomenon of precipitation and its effective parameters in a wide spatial area with high spatial and temporal resolution. On the other hand, in satellite precipitation products, due to the use of different algorithms and correction methods by using ground rain gauge observations, there is a need to check the accuracy of these satellite precipitation products in different parts of the globe. Two satellite precipitation products with high and accurate temporal and spatial resolution in the new era are: 1-GPM-IMERGE precipitation product with a spatial resolution of 0.1 degrees and a temporal resolution of 0.5 hours, which is presented in three versions. 2- GPM-GSMAP rainfall product with a spatial resolution of 0.1 degrees and a time resolution of 1 hour, which this satellite rainfall product often provides in three versions. Most of the researches comparing the GSMAP and IMERGE products have compared these two products on a daily and larger time scale, and there are rare studies on an hourly scale. The purpose of this study is two research satellite precipitation products GPM-IMERG_F and GPM-GSMaP_G on a 6-hour scale (sub-daily) in East Azarbaijan province. Considering the lack of a dense rain gauge network in the region, along with the environmental disaster of drought in Lake Urmia, and the importance of rainfall information as a primary data in most water studies, it is necessary to move towards the use of satellite data to estimate rainfall in different areas; Therefore, it is necessary to evaluate the accuracy of these satellite precipitation products in the study area.

Materials and methods:

In this research, to evaluate the detection capability of satellite precipitation products, seven binary matching criteria including: probability of detection (POD), critical success index (CSI), false alarm ratio (FAR), Hick skill score index (HSS), bias frequency index (FBI), The correct ratio (PC) and the statistical index of true skill (TSS) and for the quantitative analysis of the accuracy of satellite precipitation products from six statistical indices including regression coefficient (R), root mean square error (RMSE), three bias indices (MBias, RBias, Bias) and the mean absolute error (MAE) index is used. Also, from the analysis of the Taylor diagram and the comparison of the spatial patterns of precipitation and the probability density curve of cumulative 6-hour precipitation and the performance of satellite precipitation products in terms of topography and altitude have been compared.

Results:

Despite the more accurate spatial and temporal resolution of both precipitation products, they still present a significant bias in some stations. Based on the Taylor diagram analysis, in all stations, the point corresponding to the IMERG_F satellite was closer to the observed point, and as a result, the IMERG_F product is better than the GSMaP_G product. Although both products had relatively similar spatial patterns in terms of statistical and binary indices, the GPM-IMERG_F product had much better accuracy and detection capability than the GPM-GSMaP_G product, so that the GPM-IMERG_F product has a cumulative probability density curve very close to the ground synoptic stations in terms of topography and altitude.

Conclusion:

GSMaP_G product has the best performance in the region. Compared to station observations, the IMERG_F product is underestimated, while the GSMaP_G product is overestimated. Compared to GSMaP_G, the IMERG_F product can better reproduce the 6-hour rainfall intensity PDF. In the region, the highest frequency of 6-hour rainfall occurs in the range of 0-0.1 mm and 5-10 mm in 6 hours, and the lowest frequency of rainfall occurs in the rainfall intensity of more than 20 mm in 6 hours. The IMERG_F product agrees well with the station observations in terms of frequency, when the rainfall intensity is greater than 1 mm in 6 hours. This study will be valuable to algorithm developers of these products as well as users of these products and can help in applications such as natural disaster risk reduction and hydrological modeling, especially in areas with a sparse rain gauge network.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "
  • Satellite precipitation products"
  • GPM-GSMAP_G (V04)"
  • GPM-IMERG_F (V06)"
  • Binary matching criteria"
  • ، "
  • statistical indices"