DOI: https://doi.org/10.5194/hess-30-1999-2026
تاريخ النشر: 2026-04-14
المؤلف: Jeremy E. Diem
الموضوع الرئيسي: قياس وتحليل الهطول
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة الاستقرار الزمني لستة مجموعات بيانات هطول الأمطار عالية الدقة—Daymet، gridMET، nClimGrid، PRISM AN، PRISM LT، وTerraClimate—عبر جنوب شرق الولايات المتحدة من 1980 إلى 2024. من خلال مقارنة إجمالي هطول الأمطار السنوي مع سلسلة زمنية مرجعية من 120 مقياسًا من برنامج مراقبة المتعاونين الأمريكيين (COOP)، حدد المؤلفون عدم تجانس زمني كبير باستخدام منحنيات الكتلة المتبقية واختبارات مان-ويتني U. كشفت النتائج أن الانقطاعات كانت مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالتغيرات في تركيب شبكة المقاييس وطرق معالجة البيانات، مع تحيزات رطوبة ملحوظة في Daymet وPRISM AN مرتبطة بتوسع شبكة تعاون المجتمع للأمطار والبرد والثلج (CoCoRaHS)، بينما تم عزو تحيزات الجفاف في nClimGrid وPRISM LT إلى الاستخدام المتزايد لمقاييس دلو الانقلاب لنظام المراقبة السطحية الآلي (ASOS).
وجد التحليل أن اتجاهات هطول الأمطار تختلف بشكل كبير عبر مجموعات البيانات، حيث تتراوح من 19 إلى 48 مم لكل عقد، مقارنةً باتجاه مرجعي غير ذي دلالة قدره 30 مم لكل عقد. ومع ذلك، أظهرت مجموعتان من مجموعات البيانات—Daymet-nClimGrid وDaymet-nClimGrid-PRISM LT—عدم وجود انقطاعات كبيرة وأنتجت اتجاهات ضمن 10% من الاتجاه المرجعي، مما يشير إلى تحسين الاستقرار الزمني. على الرغم من وجود انقطاع متواضع، اعتُبر PRISM LT منتجًا مستقلًا قابلاً للاستخدام نظرًا لكونه يحتوي على بقايا تراكمية صغيرة نسبيًا. تسلط النتائج الضوء على الحاجة الملحة لتقييم الاستقرار الزمني في مجموعات بيانات هطول الأمطار الشبكية لتجنب التحيزات في تقييمات الاتجاهات الهيدرولوجية المناخية على المدى الطويل، مما يبرز أن مجموعات البيانات التي تعتبر مستقرة قد لا توفر بالضرورة تقديرات دقيقة يومًا بيوم أو حسب الموقع.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الأهمية الحاسمة لبيانات هطول الأمطار عالية الجودة متعددة العقود للبحث واتخاذ القرار، مما يبرز دورها في تقييم التباين والاتجاهات طويلة الأمد، فضلاً عن استخدامها في معايرة النماذج وتقييمها. تعتبر هذه البيانات ضرورية لإدارة الموارد المائية المتكاملة، ودعم الممارسات المستدامة في الزراعة والتنمية الإقليمية. ومع ذلك، لا تزال التحديات قائمة بسبب التوزيع النادر وغير المتساوي لشبكات المقاييس، لا سيما في التضاريس المعقدة، مما يحد من دقة قياسات هطول الأمطار.
لمعالجة هذه القيود، تم تطوير منتجات هطول الأمطار الشبكية، التي تدمج بيانات المقاييس والأقمار الصناعية وإعادة التحليل لإنتاج تقديرات مستمرة مكانيًا. بينما تقدم المنتجات المستندة إلى المقاييس عمومًا دقة مكانية محسنة، لا تزال فعاليتها معوقة في المناطق الجبلية. يعتمد مجتمع الهيدرولوجيا بشكل كبير على هذه المجموعات عالية الدقة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك النمذجة الهيدرولوجية وتقييمات ميزان المياه على مستوى الحوض. على الرغم من استخدامها على نطاق واسع، لم يتم تقييم الاستقرار الزمني لهذه المنتجات بشكل شامل، حيث تناولت دراسات قليلة فقط عدم التجانس المحتمل الذي قد يشوه الاتجاهات طويلة الأمد. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم الاستقرار الزمني لعدة مجموعات بيانات هطول الأمطار عالية الدقة من 1980 إلى 2024 في جنوب شرق الولايات المتحدة، مع التركيز على اكتشاف عدم التجانس، وقياس التحيزات، وتحديد أكثر المنتجات استقرارًا لتحليلات الاتجاهات الإقليمية.
طرق
تحدد قسم “الطرق” الأساليب التجريبية والتحليلية المستخدمة في الدراسة. يوضح معايير اختيار المشاركين، وتصميم التجارب، والتقنيات الإحصائية المستخدمة في تحليل البيانات. يتم وصف منهجيات محددة، مثل التجارب المضبوطة أو الدراسات الملاحظة، لضمان إمكانية تكرار النتائج وموثوقيتها.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات عن الأدوات والتقنيات المستخدمة لجمع البيانات، مثل الاستطلاعات، ومعدات المختبر، أو البرمجيات لتحليل البيانات الإحصائية. كما يتم مناقشة الأسباب وراء الطرق المختارة، مع التأكيد على ملاءمتها لمعالجة الأسئلة البحثية المطروحة في الدراسة. بشكل عام، يخدم هذا القسم كإطار شامل لفهم كيفية إجراء البحث وصلاحية نتائجه.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على تقييم بيانات هطول الأمطار الشهرية من شبكة تضم 120 مقياسًا من COOP عبر جنوب شرق الولايات المتحدة من 1980 إلى 2024. تؤكد الدراسة على أهمية معالجة عدم التجانس الزمني والتحيزات في مجموعات بيانات هطول الأمطار الشبكية، والتي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على تقييمات الاتجاهات طويلة الأمد. كشفت التحليلات أن معظم المنتجات أظهرت انقطاعات ذات دلالة إحصائية، لا سيما خلال فترات تغيرات شبكة المقاييس، مثل توسع مقاييس CoCoRaHS وانخفاض مقاييس COOP. أدت هذه التحولات إلى تحيزات رطوبة في منتجات مثل Daymet وPRISM AN، بينما لوحظت تحيزات جفاف في nClimGrid وPRISM LT بسبب التأثير المتزايد لمقاييس ASOS.
تشير النتائج إلى أن مجموعتين من المنتجات، Daymet-nClimGrid وDaymet-nClimGrid-PRISM LT، تقلل بشكل فعال من الانقطاعات القابلة للاكتشاف وتنتج اتجاهات متوافقة بشكل وثيق مع السلسلة المرجعية. على الرغم من وجود انقطاع طفيف، يُعتبر PRISM LT أيضًا خيارًا مستقلًا قابلاً للاستخدام نظرًا لبقاياه التراكمية المنخفضة وقرب الاتجاه من المرجع. يؤكد المؤلفون على ضرورة تقييم الاستقرار الزمني في منتجات هطول الأمطار الشبكية قبل استخدامها في التحليلات الهيدرولوجية المناخية طويلة الأمد، حيث قد لا توفر مجموعات البيانات المستقرة زمنيًا تقديرات دقيقة يومًا بيوم أو حسب الموقع.
DOI: https://doi.org/10.5194/hess-30-1999-2026
Publication Date: 2026-04-14
Author(s): Jeremy E. Diem
Primary Topic: Precipitation Measurement and Analysis
Overview
This study investigates the temporal stability of six high-resolution gridded precipitation datasets—Daymet, gridMET, nClimGrid, PRISM AN, PRISM LT, and TerraClimate—across the southeastern United States from 1980 to 2024. By comparing annual precipitation totals with a reference time series from 120 U.S. Cooperative Observer Program (COOP) gauges, the authors identified significant temporal inhomogeneities using residual-mass curves and Mann-Whitney U tests. The results revealed that discontinuities were closely associated with changes in gauge network composition and data processing methods, with notable wetting biases in Daymet and PRISM AN linked to the expansion of the Community Collaborative Rain, Hail, and Snow (CoCoRaHS) network, while drying biases in nClimGrid and PRISM LT were attributed to the increasing use of Automated Surface Observing System (ASOS) tipping-bucket gauges.
The analysis found that the precipitation trends varied significantly across datasets, ranging from 19 to 48 mm per decade, compared to a non-significant reference trend of 30 mm per decade. However, two combinations of datasets—Daymet-nClimGrid and Daymet-nClimGrid-PRISM LT—demonstrated no significant discontinuities and produced trends within 10% of the reference trend, indicating improved temporal consistency. Despite a modest discontinuity, PRISM LT was deemed a viable standalone product due to its relatively small cumulative residuals. The findings highlight the critical need for evaluating temporal consistency in gridded precipitation datasets to avoid biases in long-term hydroclimatic trend assessments, emphasizing that datasets deemed stable may not necessarily provide accurate day-to-day or location-specific estimates.
Introduction
The introduction highlights the critical importance of high-quality, multi-decadal precipitation data for research and decision-making, emphasizing their role in assessing variability and long-term trends, as well as in model calibration and evaluation. Such data are vital for integrated water resource management, supporting sustainable practices in agriculture and regional development. However, challenges persist due to the sparse and uneven distribution of gauge networks, particularly in complex terrains, which limits the accuracy of precipitation measurements.
To address these limitations, gridded precipitation products have been developed, integrating gauge, satellite, and reanalysis data to produce spatially continuous estimates. While gauge-informed products generally offer improved spatial accuracy, their effectiveness is still hampered in mountainous regions. The hydrology community relies heavily on these high-resolution datasets for various applications, including hydrologic modeling and basin-scale water balance assessments. Despite their widespread use, the temporal stability of these products has not been thoroughly evaluated, with only a few studies addressing potential inhomogeneities that could distort long-term trends. This study aims to assess the temporal stability of multiple high-resolution precipitation datasets from 1980 to 2024 in the southeastern United States, focusing on detecting inhomogeneities, quantifying biases, and identifying the most stable products for regional trend analyses.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental and analytical approaches employed in the study. It details the selection criteria for participants, the design of the experiments, and the statistical techniques utilized for data analysis. Specific methodologies, such as controlled trials or observational studies, are described to ensure reproducibility and reliability of results.
Additionally, the section may include information on the tools and technologies used for data collection, such as surveys, laboratory equipment, or software for statistical analysis. The rationale behind the chosen methods is also discussed, emphasizing their appropriateness for addressing the research questions posed in the study. Overall, this section serves to provide a comprehensive framework for understanding how the research was conducted and the validity of its findings.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the evaluation of monthly precipitation data from a network of 120 COOP gauges across the Southeast United States from 1980 to 2024. The study emphasizes the importance of addressing temporal inhomogeneities and biases in gridded precipitation datasets, which can significantly affect long-term trend assessments. The analysis revealed that most products exhibited statistically significant discontinuities, particularly during periods of gauge network changes, such as the expansion of CoCoRaHS gauges and the decline of COOP gauges. These shifts resulted in wetting biases in products like Daymet and PRISM AN, while drying biases were observed in nClimGrid and PRISM LT due to the increasing influence of ASOS gauges.
The findings indicate that two product combinations, Daymet-nClimGrid and Daymet-nClimGrid-PRISM LT, effectively mitigate detectable discontinuities and yield trends closely aligned with the reference series. Despite a minor discontinuity, PRISM LT is also considered a viable standalone option due to its low cumulative residuals and trend proximity to the reference. The authors stress the necessity of evaluating temporal consistency in gridded precipitation products before their application in long-term hydroclimatic analyses, as datasets that are temporally stable may not necessarily provide accurate day-to-day or location-specific estimates.