صحت سنجی داده های بارش ماهواره GPM-IMERG در مقیاس های زمانی نیم ساعته و روزانه (مطالعه موردی: حوضه آبخیز گرگانرود)

سابقه و هدف :

بارش یکی از مهمترین عوامل موثر در تعادل آب و انرژی در جهان و متغیرهای مهم هواشناسی است. جهت تخمین دقیق بارش از روش های مختلفی از جمله استفاده مستقیم از داده های ایستگاه های زمینی هواشناسی و مشاهدات مستقیم، به کارگیری داده های ماهوارهای سنجش از دور و یا استفاده از روش های دورن یابی که مبتنی بر روش های زمین آمار هستند، استفاده می شود. فقدان داده های با وضوح بالا می تواند به تغییرات مکانی بارندگی منجر شود. بنابراین، تدوین رویکردهای نوآورانه برای برآورد دقیق میزان بارش در مناطقی که داده های نامناسب یا ناکافی دارند، بسیار مهم است.

جهت انجام این تحقیق، پس از دریافت سری داده های ماهواره ای GPM و پردازش اولیه آنها، مقایسه تطبیقی بین داده های ماهواره در مقیاس زمانی نیم ساعته و روزانه با داده های مشاهده ای ایستگاه باران سنجی زمینی (ثبات و معمولی) انجام گرفت. با توجه به وضوح مکانی (1/0 درجه در 1/0 درجه) و دقت زمانی (ارایه داده های روزانه و 30 دقیقه ای) داده های IMERG ماهواره GPM، جهت مقایسه تطبیقی، صحت سنجی و تعیین دقت تخمین بارش، از ایستگاه های باران سنجی با دوره آماری 20/3/2014 -20/3/2016 و 6 ایستگاه ثبات با دوره آماری 20/3/2014 - 21/9/2016 حوضه گرگانرود که دارای آمار کافی و معتبر به صورت سری زمانی روزانه و نیم ساعته بودند، استفاده گردید. جهت بررسی صحت عملکرد داده های GPM در برآورد بارش از تعدادی از شاخص های آماری همچون (نسبت هشدار خطا) FAR ، (نمایه موفقیت بحرانی) CSI ، (احتمال تشخیص) POD ، (انحراف نسبی) RBias و تعدادی دیگر از شاخص های صحت سنجی استفاده شد.

نتایج عملکرد بارندگی نیم ساعته IMERG با مقادیر CC برابر با 23/0- 05/0 و CSI برابر با 52/0-20/0 نسبتا قابل قبول ارزیابی شد. اعتبارسنجی داده های بارش ماهواره GPM با استفاده از شاخص های آماری MAE، RMSE و MBE نیز از دقت نسبتا قابل قبولی برخوردار بوده است (نتایج جدول 4). بر اساس اعمال شاخص های مربوط به مقایسه روزانه ایستگاه های باران سنجی با داده های ماهواره GPM، شاخص RBias با مقدار 74/0 بالاترین میزان مطابقت (در ایستگاه حق الخواجه) داده های GPM با داده های مشاهده ای را داشت و کمترین میزان مطابقت با مقدار 27/2 مربوط به ایستگاه نوده می باشد. شاخص POD نیز نشان داد که ایستگاه های نوده و حق الخواجه به ترتیب با مقادیر 5/0 و 25/0 بیشترین و کمترین مطابقت را با ایستگاه های زمینی داشته است. مقادیر شاخص CSI در تمام ایستگاه ها بین 22/0- 13/0 محاسبه شد که به ترتیب مربوط به ایستگاه های زرین گل و شیرآباد بوده است. CSI نشان داد که مطابقت نسبی بین داده های ماهواره ای با داده های مشاهده شده ایستگاه های زمینی وجود دارد. براساس مقادیر شاخص مطابقت FAR ملاحظه شد که کمترین مقدار FARدر ایستگاه های باغ سالیان و زرینگل 64/0 و بیشترین مقدار 80/0 در ایستگاه شیرآباد می باشد. بوده است.

در این تحقیق محاسبه مقادیر شاخص های آماری و شاخص های مطابقت برای اولین بار برای داده های نیم ساعته ماهواره GPM جهت مقایسه با داده های مشاهداتی انجام شد و مشخص گردید که الگوریتم IMERG ماهواره GPM مطابقت نسبی با مقادیر ثبت شده ایستگاه های زمینی در مقیاس روزانه را دارد. اعتبار سنجی داده های بارش ماهواره GPM با استفاده از معیارهای آماری MAE، RMSE و MBE نیز نشان داد که از دقت قابل قبولی برخوردار است. با توجه به مقادیر FARدر تمام ایستگاه ها می توان گفت مطابقت نسبی، بین داده های ماهواره ای با داده های مشاهده شده ایستگاه های زمینی وجود دارد. مقادیر POD نیز عملکرد قابل قبول داده های این ماهواره را نشان داده است. نتایج این تحقیق نیز نشان داد که مطابقت نسبی و خوبی بین داده های ایستگاهای زمینی و داده های ماهواره ای GPM وجود داشته است.