意大利区域降水数据集评估：卫星与再分析数据的性能比较与优选策略

本研究针对意大利地区降水监测数据稀缺问题，系统评估了CERRA-Land、ERA5-Land等6种网格化降水数据集（SPPs/RPPs）与SCIA地面观测数据的匹配度。通过KGE、RMSE等指标的多尺度分析，发现再分析数据集（RPPs）在复杂地形区域表现最优，IMERG卫星产品次之，为水文模型输入选择提供了科学依据。该成果发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》，对地中海气候区水资源管理具有重要指导价值。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，精确的降水监测对水资源管理至关重要。然而传统雨量站网络存在空间覆盖不均、维护成本高等问题，特别是在地形复杂的意大利地区。卫星遥感（SPPs）和再分析（RPPs）降水产品虽能弥补这一缺陷，但其性能受气候、地形等因素影响显著，亟需区域化评估。

为解决这一科学问题，来自国内研究机构的研究团队在《Journal of Hydrology: Regional Studies》发表了开创性研究。该研究首次对意大利全境6种主流降水数据集（CERRA-Land、ERA5-Land、CHIRPS、CMORPH、IMERG、PERSIANN-CCS-CDR）进行了系统性验证，时间跨度覆盖2001-2020年，空间范围涉及8个K?ppen-Geiger气候分区。研究创新性地采用三角剖分插值法将5568个SCIA雨量站数据统一到各产品网格，通过KGE（Kling-Gupta效率系数）、RMSE（均方根误差）等7项指标开展多尺度评估。

关键技术方法包括：1）基于Delauany三角剖分的空间插值技术，将点状雨量数据转换为网格数据；2）采用KGE分解框架（含相关系数ρ、偏差比β、变异系数γ）评估数据集一致性；3）通过POD（检出率）、FAR（误报率）等分类指标分析降水事件检测能力；4）按流域、行政区和气候带进行空间分层统计。

研究结果揭示：

1. 年尺度表现
   再分析产品ERA5-Land（ρ=0.78）和CERRA-Land（ρ=0.65）与SCIA相关性最高，但均在阿尔卑斯山区出现系统性高估（β>1），在亚平宁山脉则呈现低估（β<1）。卫星产品中IMERG表现最佳（ρ=0.69），而CMORPH在湖泊区域异常高估降水达200%。

2. 月尺度特征
   所有产品在寒冷月份（Dfb/Dfc气候区）性能下降，其中CMORPH冬季降水检测完全失效。IMERG在夏季地中海气候区（Csa）表现优异（KGE=0.71），但存在平原地带高估（β=1.05）、山区低估的"双极效应"。

3. 日尺度精度
   ERA5-Land展现最优的降水事件检测能力（POD=0.78，CSI=0.63），而CHIRPS存在显著时间偏移（FAR=0.32）。值得注意的是，CERRA-Land在托斯卡纳等特定区域呈现互补优势，暗示多数据集融合应用的潜力。

4. 空间适用性图谱
   基于KGE的空间分析显示：ERA5-Land在波河流域等23个省份为日尺度最优选，CERRA-Land则更适合西西里岛等南部地区。月尺度上CHIRPS在阿尔卑斯山区（KGE=0.67）超越再分析产品，这与其开发时针对复杂地形的优化有关。

讨论部分指出，再分析产品的优势源于其物理模型框架和多源数据同化能力，但0.1°网格仍不足以解析山地降水微物理过程。卫星产品的性能差异主要受传感器类型（PMW/IR）和校准算法影响，如CMORPH的PMW传感器在冰雪覆盖区失效。研究建议：1）短期水文模拟优先选用ERA5-Land；2）长期气候研究可结合CERRA-Land和IMERG；3）山区应用需进行高程校正。

该研究首次建立了意大利全境降水产品的适用性图谱，其创新性体现在：1）采用国家级的SCIA验证网络（5568站）；2）提出"气候-地形-时序"三维评估框架；3）产出面向实际应用的流域优选方案。成果不仅为地中海地区水文研究提供数据选择标准，其方法论对全球类似区域也具有借鉴意义。特别是揭示的"冬季高山降水监测盲区"问题，将推动下一代降水产品的算法改进。