非洲水收支平衡闭合研究：评估八种最新降水产品的适用性及其对水文研究的启示

推荐：本研究针对非洲地区降水产品在水收支平衡闭合中的适用性问题，评估了MSWEP v2.8、CRU v4.07等八种最新降水产品的性能。通过GTCH方法量化不确定性，结合GRACE卫星数据验证，发现NOAH降水产品与GRACE-derived TWSC一致性最高，揭示了多源数据融合对提升水文模型精度的重要性，为非洲水资源管理提供了科学依据。

　　

非洲大陆的水资源管理长期面临数据稀缺和精度不足的挑战，尤其是降水观测的可靠性直接影响水收支平衡的闭合。传统雨量站分布稀疏且维护不足，而卫星和再分析降水产品虽覆盖广，但性能差异显著。如何选择最优降水产品以准确评估非洲水循环，成为水文研究的关键问题。

同济大学的研究人员通过系统评估八种最新降水产品（包括MSWEP v2.8、CHIRPS v2.0等）在非洲水收支闭合中的表现，结合GRACE卫星观测数据，揭示了不同数据源的适用性差异。研究利用广义三角帽（GTCH）方法量化降水产品的不确定性，并通过主成分分析（PCA）解析时空差异。论文发表在《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》，为区域水文模型优化提供了重要参考。

关键技术方法包括：1）多线性回归分解降水趋势与周期信号；2）GTCH法估计相对不确定性和信噪比（SNR）；3）GRACE-derived TWSC与水量平衡方程计算的对比验证；4）基于FLUXNET和GRDC站点的降水与径流数据验证。

研究结果：

1. 降水模式一致性分析：八种产品在年/半年振幅上高度一致，但趋势分量差异显著，CPC在赤道地区呈现异常高趋势（图6）。

2. 不确定性评估：MSWEP不确定性最低（中位数2 cm），CPC在非洲中部误差最大（图7-8）。多源融合产品（MSWX、CHIRPS）在干旱区SNR值优于单源数据。

3. 水收支闭合性能：NOAH降水与GRACE-derived TWSC相关性最高（CC=0.631），尤其在海拔>1200 m区域；CPC因低估径流导致闭合性最差（NRMSE>0.4）（图10-13）。

4. 气候与地形影响：湿润低海拔区闭合度优于干旱山区，但ERA5-Land在复杂地形表现稳定，体现再分析数据优势（表2）。

结论与意义：

研究首次系统验证了降水产品在非洲水收支闭合中的适用性，指出NOAH和IMERG为最优选择，而传统站点数据（CPC/CRU）因稀疏分布导致性能局限。发现约20%的水收支未闭合可能源于降水产品对年际信号的系统性低估（PCA结果显示年信号解释率仅18.74%-42.76%）。该成果强调多源数据融合与水量平衡约束的重要性，为非洲抗旱防洪、农业规划提供了高精度数据支持，同时为全球变化下的水循环研究提供了方法学范式。