一种提高降水数据空间分辨率的方法技术

本发明专利技术公开一种提高降水数据空间分辨率的方法，包括对静止卫星的降水数据进行整合、进行静止卫星红外云顶亮温的高空间分辨率的降水计算及实现粗分辨率降水数据的降尺度；本发明专利技术能够将全球范围内陆地和海洋上的降水数据的空间分辨率从0.25°提高到0.05°；使用户能够获取全球范围内更精细的降水空间分布数据，为全球范围的洪涝灾害监测、干旱监测以及水资源分布调查提供更加丰富的信息。本发明专利技术专利提供的降水的降尺度方法相比于现有的降尺度方法能够在提高数据空间分辨率的同时，保证降尺度后的降水数据在精度上以及时间分辨率上与原始数据相比不降低，同时保留原降水数据的空间分布趋势。

【技术实现步骤摘要】
一种提高降水数据空间分辨率的方法
本专利技术涉及卫星遥感数据处理的
，特别是一种提高降水数据空间分辨率的方法
技术介绍
降水是全球水循环过程的关键参数之一。准确的获取降水数据不仅能够预报和评估降水引起的洪涝灾害，同时降水的时空分布也影响着陆地水资源的分布。目前国内外应用范围比较广泛的降水整合产品主要有TRMMMulti-satellitePrecipitationAnalysis(TMPA)、ClimatePredictionCenterMorphing(CMORPH)、PrecipitationEstimationfromRemotelySensedInformationusingArtificialNeuralNetworks-ClimateDataRecord(PERSIANN-CDR)等产品，这些产品已经累计了近20年的全球降水数据。这些降水整合产品主要是通过整合星载降雨雷达、星载微波辐射计以及静止卫星的红外波段的云顶亮温数据生产而成，由于作为降水产品生产核心的微波辐射计的空间分辨率一般在十几公里至几十公里，所以上述降水整合产品的空天分辨率一般都为0.25°×0.25°(在赤道地区约为25km×25km)。空间分辨率为0.25°×0.25°的降水产品在用于研究局部地区的水文过程或水资源分布时会存在空间分辨率过低的问题，无法详细的了解局部区域的水资源空间分布特征。因此通过发展粗分辨率降水数据的降尺度方法，提高降水数据的空间分辨率，对于满足区域水文过程和水资源时空分布特征研究的需求具有重要意义。申请号为CN106776481A的专利技术专利申请公开了一种作用于卫星降水数据的降尺度校正方法，首先，基于混合地理加权回归法，构建低分辨率卫星降水数据与多个高分辨率变量之间的混合地理加权回归模型；其次，基于混合地理加权回归模型、多个高分辨率变量，计算具有高分辨率的降尺度降水数据；再次，将具有高分辨率的降尺度降水数据作为背景场，计算得到高分辨率的差值分布图；最后，根据差值分布图，对具有高分辨率的降尺度降水数据进行计算，得到卫星降尺度降水校正数据。上述方案只适用于年平均降水数据的降尺度，无法用于小时平均或日平均的降水的降尺度。此外，植被指数、地表温度、高程、坡度、坡向等变量均是陆地上相关的地理参数，因此上述降水的降尺度方案也无法适用于海洋上的降水的降尺度。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术提出的一种提高降水数据空间分辨率的方法及系统，通过引入高时空分辨率的静止卫星红外波段亮温的整合数据NCEP-IR，建立降尺度方法，在全球中低纬度范围内(50N～50S，180W～180E)实现对陆地和海洋上的粗分辨率(0.25°×0.25°)降水数据的空间降尺度，获取空间分辨率为0.05°×0.05°的降水数据，同时保证原降水数据的小时尺度的时间分辨率不降低。本专利技术的第一目的是提供一种提高降水数据空间分辨率的方法，包括以下步骤：一种提高降水数据空间分辨率的方法，其特征在于，包括以下步骤：STEP1：对静止卫星的降水数据进行整合；STEP2：进行静止卫星红外云顶亮温的高空间分辨率的降水计算；STEP3：实现粗分辨率降水数据的降尺度。优选的是，所述静止卫星整合数据为高时空分辨率的静止卫星红外波段整合数据。在上述任一方案中优选的是，所述步骤1包括以下子步骤：STEP4：对数据进行数据预处理；STEP5：构建累积直方图；STEP6：建立静止卫星红外亮温到降水的转换模型，生成基于静止卫星红外亮温数据的高空间分辨率的降水产品。在上述任一方案中优选的是，所述STEP4中使用的数据包括空间分辨率为0.25°×0.25°、时间分辨率为3小时的TMPA-3B42降水产品和/或空间分辨率为4km×4km、时间分辨率为30分钟的NCEP-IR。在上述任一方案中优选的是，所述STEP4包括将选取时间上与TPMA-3B42相匹配的NCEP-IR。在上述任一方案中优选的是，所述STEP4还包括将选取的NCEP-IR分别重采样为0.25°×0.25°和0.05°×0.05°两种等经纬度空间分辨率的数据。在上述任一方案中优选的是，所述STEP5包括提取t时刻所在日期N，然后选取日期N-16至N+16，空间分辨率均为0.25°×0.25°的TMPA-3B42降水数据和NCEP-IR红外亮温数据用于建立所述累积直方图。在上述任一方案中优选的是，在建立所述累积直方图时，针对每一个0.25°×0.25°的像元I，选取日期N-16至N+16之间该像元周围12×12窗口的所有像元数据分别计算TMPA-3B42和NCEP-IR两种数据的累积直方图CDF-TMPA(Tb)和CDF-IR(RR)。在上述任一方案中优选的是，采用累积直方图匹配法建立所述转换模型。在上述任一方案中优选的是，所述累积直方图匹配法为设定某一像元网格的静止卫星红外波段亮温为Tb，TMPA-3B42降水数据为RR，对每一个0.25°×0.25°的像元网格i的红外亮温和降水的累积直方图函数分别为CDF-TMPA(Tb)和CDF-IR(RR)，设定公式为：CDF-TMPA(Tb)＝CDF-IR(RR),逐网格(0.25°×0.25°)建立静止卫星红外亮温到降水的转换关系，计算得到基于静止卫星红外亮温数据的0.05°×0.05°空间分辨率的降水数据。在上述任一方案中优选的是，所述步骤2包括以下子步骤：STEP7：数据预处理；STEP8：构建降尺度模型；STEP9：进行残差计算；STEP10：TMPA-3B42降水数据的降尺度。在上述任一方案中优选的是，所述STEP7包括将所述基于静止卫星红外亮温数据的0.05°×0.05°空间分辨率的降水数据重采样为0.25°×0.25°的空间分辨率的数据，将MODIS的NDVI产品以及SRTM-DEM均重采样为0.05°×0.05°和0.25°×0.25°两种空间分辨率的数据。在上述任一方案中优选的是，所述STEP7还包括利用重采样后的SRTM-DEM数据，以数值大于0为陆地，小于等于0为海洋为条件生成海陆掩模数据，生成的预处理数据为后续建立降尺度模型和降尺度使用。在上述任一方案中优选的是，所述降尺度模型在空间分辨率为0.25°×0.25°的尺度上构建。在上述任一方案中优选的是，所述STEP8包括针对陆地区域的降水，以每一个0.25°×0.25°网格为中心选取其周围9×9网格窗口内的所有像元建立起TMPA-3B42降水数据与静止卫星红外亮温降水数据、MODIS-NDVI以及SRTM-DEM之间的多元线性回归方程，确定方程系数。在上述任一方案中优选的是，所述多元线性回归方程的公式为RRTMPA-3B42＝a×RRNCEP-IR+b×DEM+c×NDVI+d，其中，RRTMPA-3B42为TMPA-3B42降水整合数据，DEM为地表高程数据SRTM-DEM，NDVI为植被指数MO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高降水数据空间分辨率的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nSTEP1：对静止卫星的降水数据进行整合；/nSTEP2：进行静止卫星红外云顶亮温的高空间分辨率的降水计算；/nSTEP3：实现粗分辨率降水数据的降尺度。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高降水数据空间分辨率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
STEP1：对静止卫星的降水数据进行整合；
STEP2：进行静止卫星红外云顶亮温的高空间分辨率的降水计算；
STEP3：实现粗分辨率降水数据的降尺度。


2.根据权利要求1所述的一种提高降水数据空间分辨率的方法，其特征在于，所述S1包括以下子步骤：
STEP4：对数据进行数据预处理；
STEP5：构建累积直方图；
STEP6：建立静止卫星红外亮温到降水的转换模型，生成基于静止卫星红外亮温数据的高空间分辨率的降水产品。


3.根据权利要求2所述的一种提高降水数据空间分辨率的方法，其特征在于，所述步骤S5包括提取t时刻所在日期N，然后选取日期N-16至N+16，空间分辨率均为0.25°×0.25°的TMPA-3B42降水数据和NCEP-IR红外亮温数据用于建立所述累积直方图。


4.根据权利要求3所述的一种提高降水数据空间分辨率的方法，其特征在于，在建立所述累积直方图时，针对每一个0.25°×0.25°的像元I，选取日期N-16至N+16之间该像元周围12×12窗口的所有像元数据分别计算TMPA-3B42和NCEP-IR两种数据的累积直方图CDF-TMPA和CDF-IR。


5.根据权利要求4所述的一种提高降水数据空间分辨率的方法，其特征在于，采用累积直方图匹配法建立所述转换模型。


6.根据权利要求5所述的一种提高降水数据空间分辨率的方法，其特征在于，所述累积直方图匹配法为设定某一像元网格的静止卫星红外...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁思哲，
申请(专利权)人：丁思哲，
类型：发明
国别省市：湖北;42