引言

热带降雨测量卫星（TRMM卫星）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年发射升空，是第一颗专门用于测量热带、亚热带地区降雨的气象卫星。TRMM卫星资料具有覆盖范围广、空间分辨率高、资料一致性好等优点，它的出现可以弥补台站稀疏和无雷达覆盖地区降水资料的不足，因此被广泛应用于科学研究和业务工作中。Berg等^[1]利用TRMM资料研究了2000年冬季东、西太平洋赤道辐合带的降水结构，发现两者有明显的地区差异。傅云飞等^[2]利用TRMM卫星产品分析了东亚降水云结构特征。李德俊等^[3]利用TRMM卫星对“07.7”川南特大暴雨过程的2个轨道的观测资料，结合雷达风廓线资料，分析了此次特大暴雨在不同阶段的特征。此外，台风降水的研究一直是气象工作者关注的焦点之一，王新丽等^[4]利用TRMM卫星资料分析“桑美”台风云系特征。卢怡等^[5-6]对比了TRMM卫星的微波成像仪（TMI）观测到的亮温资料与热带气旋最大风速的关系，并建立了一种自动估计热带气旋强度的模型。崔林丽等^[7]结合大尺度形势场资料和TRMM 3B42RT 3 h降水资料分析了环流形势场与热带气旋的路径、强度和降水特征之间的关系。丁伟钰等^[8]亦利用TRMM 3B42RT降水估测资料对2002年登陆广东的3个热带气旋登陆前后降水时空分布特征进行了研究。

鉴于TRMM卫星资料的广泛应用，针对该资料的精度检验显得十分必要和迫切。近年来，国内外对卫星降水产品开展了一些检验和评估工作，Dai等^[9]利用地面观测数据对多种卫星资料在全球范围内进行了分析评估。Islam等^[10]利用实测雨量站资料验证了TRMM 3B42在孟加拉国的测雨精度，发现3B42产品对暴雨的测量值明显偏小。Zhou等^[11]指出2000— 2004年6—8月3B42资料在中国地区日平均降水和降水频率空间分布与台站资料有很好的一致性，但是在大部分地区高估了降水频率。成璐等^[12]利用2007— 2010年中国逐小时站点降水观测数据对同期CMORPH和TRMM 3B42卫星降水估计产品进行了检验和评估，得出两种资料与地面台站资料的日平均降水量空间分布具有较好的相似性，且两种资料能够较好反映夏季降水日变化特征。

回顾以往的研究，卫星资料的检验工作还存在以下不足：精度检验多针对年、月、日时间尺度以及大范围空间区域，而且尚未看到从气候学角度利用长时间序列专门针对台风天气下卫星资料的精度进行检验。此外，以往的工作对3B42产品的关注较多，而对3B42RT的评估工作较为少见。因此本文在前人的研究基础上，将以浙江省为研究区域，利用2000—2013年5—10月逐小时站点降水观测资料从更小的时间尺度，如3 h、6 h，检验同期TRMM 3B42RT降水资料的精度，尤其针对台风降水期间开展两种资料的对比检验和分析。热带气旋暴雨增幅是热带气旋研究领域的关注焦点^[13-14]，因此文章也将对卫星资料反映的台风降水量变化进行检验，为TRMM测雨产品3B42RT的深入应用打下基础。

1 资料和方法 1.1 资料

资料说明：（1）TRMM 3B42RT测雨产品的水平分辨率为0.25°×0.25°，覆盖范围0—360°E，60°S—60°N，时间分辨率为3 h一次。2000—2013年TRMM 3B42RT 3 h降水资料来源于资料共享服务器（ftp://disc2.nascom.nasa.gov/data/TRMM/Gridded/3B42RT/）。（2）2000—2013年浙江省70个国家站逐小时雨量计降水观测资料，站点分布如图 1，其中实心圆是选取的浙江省11个地市代表站点。

1.2 方法

对比两种不同类型和尺度的数据，需要将其统一到同类型、同时间和空间尺度上，因此需要对卫星和雨量计观测数据进行预处理。将距离观测站点最近的卫星格点资料提取出来，得到两组站点数据；利用反距离插值方法将站点观测数据插值到卫星资料格点场，得到两组格点数据。进一步将逐小时台站观测数据和逐3 h卫星数据分别进行累加，得到3 h、6 h、12 h和24 h累计降水序列。

为更好地对比两种降水资料，利用NCEP/NCAR共同开发的模式预报检验工具MET ^[15]，开展时间序列检验、空间分布检验。采用基于目标诊断技术（简称MODE）^[16-17]对台风降水形态进行检验，该方法重点分析的是雨区整体降水的统计分布，而非特定位置降水量的检验。通过将预报和观测进行分解，识别出降水落区目标体，获取目标属性（面积、质心、轴向），计算预报降水落区和实况的相似系数，评估模式的预报能力，避免了传统检验方法仅仅给出结论而无诊断信息的弊端。本文将TRMM 3B42RT降水产品作为MODE方法中定义的“预报”场，雨量计观测数据作为“观测”场，利用MODE方法客观的从两组数据中识别出对象，并对识别出的对象计算相似系数，从而检验TRMM 3B42RT产品表征实际降水的能力。

2 降水量时间序列对比检验 2.1 相关性分析

利用2000—2013年5—10月70个常规站逐小时雨量计降水数据和卫星数据统计得到浙江省全省平均3 h、6 h、12 h和24 h累计降水序列，进一步计算得到卫星数据与观测数据的偏差分别为0.02、0.03、0.07和0.1 mm，相关系数分别为0.66，0.74，0.78和0.8。可见，就全省平均而言，TRMM 3B42RT数据和雨量计观测数据在4个时间尺度上降水总量接近，相关都较好，相关性随时间尺度的增大而加强。

为了进一步验证TRMM 3B42RT降水资料的可靠性，分别计算2000—2013年5—10月，3 h、6 h、12 h、24 h时间尺度上70个站点雨量计观测降水数据与对应的3B42RT降水数据的相关系数，其中3 h时间尺度70站的相关系数在0.31~0.5范围内，平均值为0.37；6 h时间尺度对应的相关系数在0.4~0.59之间，平均值为0.49；12 h时间尺度上相关系数的范围是0.48~ 0.66，平均值为0.56；24 h时间尺度得到的70站相关系数区间为0.54~0.74，平均值为0.62。表 1是11个代表浙江省11地市的常规站点不同时间尺度的3B42RT降水与雨量计观测降水的相关系数，可以看到各时间尺度的站点相关性都较高，相关系数均通过99%的置信度检验，相关性随时间尺度的增大逐渐增强。

用反距离加权插值法将各时间尺度对应的全省70站相关系数插值成同3B42RT网格一致的格点场，空间分布如图 2，由图可知，两组数据总体相关较好，各时间尺度对应的相关系数大值区位于浙西，6 h及以上时间尺度浙中地区的相关性也较高，而其它地区相关系数值相对较小。

3 台风降水时空检验 3.1 降水日变化特征对比分析

本文重点检验台风天气下TRMM测雨产品3B42RT的精度。2000—2013年5—10月期间影响浙江共有46个台风，基于前文得到的台站雨量计观测资料和TRMM 3B42RT卫星降水资料的3 h、6 h、12 h和24 h累计降水序列，根据各个台风降水的起止时间，获取台风降水的3 h、6 h、12 h、24 h时间尺度上的时间序列，开展后续研究。

日循环是地球气候系统最基本的变化模态之一，它是天气和气候系统演变特征的重要指标，降水日变化是大气热力、动力过程对水汽循环影响的综合反映^[18]。通过对浙江地区降水日变化的特征分析，进一步检验和评估卫星资料TRMM 3B42RT测雨产品。图 3是由逐3 h的雨量计观测数据和3B42RT数据得到的2000—2013年5—10月及台风降水期间浙江省平均降水量日变化，由图可知无论是5—10月，还是台风降水期间，3B42RT测雨资料的日变化特征与雨量计台站观测资料均较为一致，两种资料反映的降水最多时段均为午后14—17时，3B42RT能够准确抓到峰值出现的时间。不同的是，5—10月3B42RT资料在2— 11时比台站资料偏小，在14—23时偏大，而在台风降水期间，3B42RT资料一致偏低。

3.2 相关性分析

以浙江省内70个常规观测站2000—2013年台风观测数据为自变量，对应的TRMM 3B42RT降水量为因变量，分别在3 h、6 h、12 h、24 h时间尺度上做一元线性回归分析，如图 4。整体而言，TRMM 3B42RT数据的降水量比观测偏小较多，但是TRMM 3B42RT数据和雨量计观测数据在4个时间尺度上相关都较好，依次为0.79，0.84，0.88和0.9，相关性随时间尺度的增大而加强。

在3 h、6 h、12 h和24 h时间尺度上，分别计算14年台风降水期间70站雨量计数据和卫星资料间的相关系数，其中3 h尺度70站的相关系数在0.24~0.68范围内，平均值为0.46；6 h尺度对应的相关系数在0.31~0.74之间，平均值为0.57；12 h尺度上相关系数的范围是0.35~0.83，平均值为0.65；24 h时间尺度上相关系数区间为0.39~0.91，平均值为0.71。表 2是台风期间不同时间尺度的11个代表站的相关系数，相关性随时间尺度的增大逐渐增强，台风期间两者相关性明显好于5—10月全时段的相关性。

3.3 空间分布检验

利用MET工具，分别针对4个时间尺度，做两组格点数据逐个台风降水时刻的检验，全省平均的累加检验结果如表 3。3B42RT数据表征的降水较雨量计观测偏弱较多，3 h累计降水、6 h累计降水、12 h累计降水和24 h累计降水平均误差各为-1.01 mm、-2.02 mm、-4.12 mm和-6.85 mm。两者的平均空间相关系数依次为0.30，0.36，0.41和0.42，可见卫星降水数据3B42RT与地面台站资料的降水量空间分布具有较好的相似性。

进一步给出两组数据表征的降水空间分布和统计检验量分布，这里以3 h累计降水和24 h累计降水为例，如图 5、图 6。由图可知，TRMM 3B42RT测雨产品对台风降水的空间分布把握较好，降水量自东南向西北递减，但是在降水量级上两者相差较大，卫星资料表征的3 h累计降水对于降水量较多的东南沿海地区较站点资料偏小3 mm左右，对于降水量较少的浙西地区较站点资料偏大0.5 mm左右；从24 h累计降水看，东南沿海地区TRMM 3B42RT资料偏小20 mm左右，浙西地区偏大2 mm左右。由降水的相关空间分布可知，台风期间全省相关系数较5—10月全时段明显增强，相关系数自西向东逐渐加大。卫星资料在浙北、浙东、浙南地区与台站资料相关性较高，3 h累计降水相关系数在0.4以上，24 h累计降水在0.7以上，可见两组数据在时间演变上具有较好的一致性。

3.4 台风降水变化量对比

近年来，热带气旋暴雨增幅研究受到广泛关注，然而，海上资料缺乏使得目前的工作多以内陆降水增幅为主，TRMM卫星资料则弥补了这一不足，因此，有必要对卫星资料反映的台风降水量变化进行检验。这里利用逐3 h累计降水，分别计算得到两组数据前后时刻的逐3 h台风降水量差值序列，如图 7，两个序列的相关系数为0.41，通过99%的置信度检验，可见TRMM 3B42RT降水产品对台风降水量变化随时间的演变趋势与台站观测资料较为一致，因此TRMM 3B42RT可用于热带气旋暴雨增幅的研究。

4 台风个例降水时空分布检验

前文基于长时间降水序列对TRMM 3B42RT进行精度检验，发现TRMM 3B42RT与台站资料具有较高的相关性，进一步选取台风个例“云娜”（0414）做进一步评估。台风“云娜”于2004年8月12日20时（北京时，下同）在浙江省温岭石塘登陆，登陆时为强台风级别，然后转向偏西移动，先后穿越浙江省台州地区南部、温州、丽水地区北部和衢州地区，于13日11时离开浙江进入江西省境内，17时减弱为低气压。台风“云娜”来势猛，强度大，破坏性强，给浙江、江西、安徽等省份造成了重大损失。

选取“云娜”台风影响浙江时段：2004年8月11日14时至15日14时，对两组数据计算各站点的逐3 h累计降水序列的时间相关系数，结果表明，除了2个站点缺测外，其余68站均为正相关，其中41个站通过95%的置信度检验。进一步探讨TRMM 3B42RT资料对台风降水形态的把握情况，给出台风登陆前后两组数据表征的降水场的空间相关系数，如表 4。除13日08时外，其余各时刻卫星与台站观测均为显著正相关，通过95%置信度检验。可见，TRMM 3B42RT降水产品对单个台风的降水时空演变具备较好的表征能力。

图 8是基于目标诊断技术对台风雨强最强的2004年8月12日23时至13日2时的3 h累计降水、12日23时至13日5时的6 h累计降水、12日23时至13日11时的12 h累计降水、12日11时至13日11时的24 h累计降水暴雨以上级别的形态检验结果，结果指出3B42RT资料表征的暴雨级别以上的降水面积比实况偏小，但能清楚得识别出位于浙东南沿海地区的目标中心（图中数字1所示位置），与实况目标中心匹配很好，相似系数依次为0.90、0.92、0.92和0.97，可见两组资料表征的暴雨落区空间偏差较小。因此，在台风期间TRMM 3B42RT降水资料整体虽然存在强度和范围都偏小的现象，但对降水的结构预报和实况相似较好，仍有较高应用价值。

5 结论

基于浙江省70个常规站逐时降水资料，对TRMM 3B42RT卫星数据在不同时间尺度上开展精度检验，尤其针对台风降水进行评估，得到以下主要结论：

(1) 就全省平均而言，2000—2013年5—10月3B42RT资料与台站观测资料在3 h、6 h、12 h和24 h 4个时间尺度上的降水量接近，相关系数随时间尺度的增大而加强，各时间尺度的站点相关性均通过99%的置信度检验，相关系数大值区位于浙西地区。

(2) 无论是5—10月还是台风降水期间，3B42RT测雨资料的日变化特征与台站观测资料均较为一致，两种资料反映的降水最多时段均为午后14—17时，3B42RT能够准确抓到峰值出现的时间。不同的是，5—10月3B42RT资料在2—11时比台站资料偏小，在14—23时偏大，而在台风降水期间，3B42RT资料一致偏低。

(3) 台风期间3B42RT数据表征的降水较观测偏弱较多，3 h、6 h、12 h和24 h时间尺度上平均误差分别为-1.01 mm、-2.02 mm、-4.12 mm和-6.85 mm，但卫星降水与站点观测数据的相关性明显好于5—10月全时段，且相关系数大值区位于浙江东部沿海地区。

(4) 前后时刻的3B42RT逐3 h降水量差值序列与台站观测降水量差值序列呈显著正相关，表明两组资料表征的降水量变化随时间的演变趋势较为一致。

(5) 选取0414号台风“云娜”作为个例，分析得到3B42RT资料对台风降水整体虽然存在强度和范围都偏小的现象，但对降水的结构预报和实况相似较好，仍有较高应用价值。

综上所述，TRMM 3B42RT降水产品与台站观测资料具有较高的相关性，可以较好地反映出台风降水的时空变化特征，但对台风降水强度的表征普遍偏低。