CMORPH产品

降水是水循环过程的重要组成部分，也是一个重要的气候变量，随着天气预报、气候诊断的精细化，以及极端事件的加剧，急需高时空分辨率的降水资料。

雷达、卫星可以估算出高时空分辨率的降水场，且具有无缝隙、全天候、高时空分辨率的独特优势，能为地形复杂、站点稀少区域的降水预报和水文过程模拟提供有力的降水依据，这是传统的雨量计观测无法达到的（Jiang et al.，2010；李致家等，2004）。

近年来，多种高分辨率的卫星反演降水产品相继问世，有CMAP（center merged analysis of precipitation）数据集、GPCP（global precipitation climatology project）数据集、TRMM（tropical rainfall measuring mission satellite）3B42产品、CMORPH（CPC MORPHing technique）产品等，其中CMORPH产品是美国环境预测中心（National Centers and Environmental Prediction，NCEP）下属的气候预测中心研发的全球降水产品（Hsu et al.，1996），与TRMM产品相比，CMORPH产品的空间相关性更高，且误差更小，Shen等（2010）通过对比中国地区的6种高分辨率卫星资料，证明了CMORPH产品的相关性好于其他产品。

虽然这些单纯的卫星产品能较好地把握中国降水的空间分布，但是精度相对较差，空间分辨率为1°×1°左右，多数产品描述的3h降水量偏低20%左右（Shen et al.，2010）。

因此，将地面观测降水量与卫星反演降水产品融合成为一种趋势（旷达等，2012；潘旸等，2011）。（潘旸等，2012）CMORPH融合产品就是以卫星反演降水为背景场，以自动气象站观测数据的中国降水格点分析（Chinese precipitation analyses，CPA）产品作为地面观测场，通过最优插值法将二者进行融合生成的，结果表明与单纯的卫星反演降水相比，融合产品的精度更高，其空间分辨率为0.1°×0.1°，时间分辨率为1 h，且在降水量值和空间分布上均与地面资料更为接近，各项指标也优于同类融合产品。

张蒙蒙等（2013）对CMORPH融合产品在中国的适用性进行了评估，表明该融合降水产品有效利用了地面观测和卫星反演降水的各自优势，精度有明显的提高，质量更好。近几年，CMORPH降水融合产品备受青睐，刘雪梅等（2016）利用CMORPH降水融合产品对祁连山夏季降水的日变化特征进行了分析，指出祁连山区逐时降水量和降水频率的日变化特征基本一致，祁连山区夏季降水平均相对变率介于5%-8%之间，全区20:00平均相对变率最大。吴璐等（2012）将青藏高原和其东侧四川盆地的TRMM 3B42和CMORPH两套卫星降水资料与当地实测资料进行了对比分析，分析发现两套数据集在四川盆地均有较好的适用性。王皓等（2014）利用CMORPH融合降水产品与地面观测雨量资料对淮河流域15个子单元2008-2011年汛期（6~9月）逐日面雨量进行分析时发现利用地面观测雨量资料估算的面雨量普遍大于利用CMORPH融合降水产品的估算结果；2种面雨量估算结果在降水量级上有很好的对应关系。杨森等（2017）利用CMORPH融合降水产品对青藏高原面雨量的变化特征进行分析时指出，该套数据能够准确反映青藏高原面雨量的变化特征，东南缘的降雨量远大于西北部。

近年来，随着技术的进步和资料的完善，已产生了许多高分辨率的降水产品，中国自动气象站与CMORPH降水产品融合的逐时降水0.1°×0.1°网格数据集分辨率较高，能弥补新疆站点稀少和分布不均的缺陷，因此本文选用该套数据，分别从宏观和微观两个角度对新疆夏季逐时雨强做了较为准确的分析和研究： 

（1）在剔除时间误差的前提下，利用各概率下5 min雨强资料对中国自动气象站与CMORPH降水产品融合的逐时降水0.1°×0.1°网格数据集在新疆地区的可信度进行了进一步的评估。 （2）定义1 h降雨量≥0.1 mm的时次为有降雨发生，根据轻度降水到强降水的强度将新疆雨强分为三个等级，然后从不同等级的角度对新疆逐时雨强的变化进行研究。宏观上，从不同等级雨强的发生频次、极值和贡献率等方面分析新疆雨强的年、月变化特征；微观上，从平均雨强、雨强平稳性和积累量等方面分析新疆雨强的日变化特征。 

（3）因为新疆地理位置特殊，所以本文对影响新疆降水变化的直接因素水汽条件和风场进行分析，此外也对其他影响因素进行分析，如气温、相对湿度和海拔等，通过对雨强变化的影响因素分析，以此来探讨新疆降水的形成机制。

本文所用中国气象局国家气象信息中心发布的中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量0.1°×0.1°网格数据集（1.0版）（http://cdc.cma.gov.cn），时间序列为2008-2014年的6月1日0时至8月31日23时（北京时间），空间分辨率为0.1°×0.1°。该数据集包含卫星和地面两个降水数据源：①卫星反演的降水数据源自美国环境预测中心（NCEP）的实时卫星反演的CMORPH降水资料，时间分辨率是30 min，空间分辨率是8 km；

②地面观测资料选用全国3万多个自动气象观测站的逐时降水量数据。该套数据集是以中国地面观测资料为基础，使用概率密度函数匹配（PDF）误差订正法（宇婧婧等，2013）和最优插值法（OI）（潘旸等，2012），对中国区域的CMORPH卫星反演降水资料做系统的误差订正，最后将两种数据融合得到最终的逐小时降水融合数据资料（图2-2）。 

与站点观测资料相比，卫星反演降水产品具有全天候、全球覆盖以及准确反映降水“空间分布”的特点，可以覆盖到大面积海洋、无人区和地形相对复杂的区域。近年来，将地面观测数据与卫星反演产品融合逐渐成为了国际社会在高质量降水产品研制中的主流趋势。其中TRMM 3B42产品利用GPCC（Global Precipitation Climatololgy Centre）月降水量订正3 h卫星产品（Huffman et al.，2007；Schneider et al.，1993），尽管利用地面资料订正后的TRMM 3B42产品质量在中国区域得到提高（Shen et al.，2010），但由于GPCC资料（月值）与卫星产品（3 h值）的时间尺度不一致，因此在刻画3 h降水分布时误差较大。另外，这些融合数据集的时间分辨率相对较低，无法监测极端、短时强降水过程。因此本文选用中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量0.1°×0.1°网格数据集（图2-2），与单纯的CMORPH产品、PERSIANN产品、TRMM 3B42产品相比，该融合产品时间尺度更加精细，分辨率更高，误差更小，已有许多质量和评估性工作也表明该融合降水数据集质量较好（江志红等，2013；沈艳等，2013），精度较高。从使用该数据集得出的研究成果来看（康延臻等，2015；刘雪梅等，2016），该数据集不仅能准确刻画降水的空间分布，且降水强度与地面观测相近，较好的保留了卫星反演降水的空间分布信息。 

新疆地处欧亚大陆腹地，中国西北部，距离海洋较远，海洋水汽很难到达，只有北冰洋和大西洋部分水汽穿过西部山区进入北疆，因而全区降水较少，且分布独特（张家宝等，1987；李剑锋等，2012）。北疆降水多于南疆，北疆年降水量超过200 mm，南疆年降水量却不足100 mm；西部降水多于东部，山区多于盆地，部分山区的年降水量在500mm左右，基本和华北平原相同。