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Long-term temporal prediction of terrestrial water storage changes over global basins using GRACE and limited GRACE-FO data
Acta Geodaetica et Geophysica ( IF 1.4 ) Pub Date : 2021-04-16 , DOI: 10.1007/s40328-021-00338-4
Gonca Okay Ahi , Hatice Oncel Cekim

Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) and the GRACE-Follow-On (GRACE-FO) gravimetric missions provide essential data for remotely measure large-scale Terrestrial Water Storage (TWS) changes on a regional and global scale. However, during the operating time of the gravimetric missions, monthly or almost yearly data gaps may induce and fail to provide continuous information. Quantifying and predicting the TWS variations is very important for uninterrupted environmental monitoring, to be prepared for the consequences of the climatic change and water resources studies. This paper proposes to predict the TWS variability of 19 global basins from 2019 to 2022 using the traditional Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average, Error Trend Seasonal, and Singular Spectrum Analysis as newer time series analysis modeling and prediction approach. For this purpose, the integrated GRACE/GRACE-FO Level-3 Release 06 data from the German Research Centre (GFZ) have been privileged. The accuracy of the resulted TWS predictions has been evaluated based on the use of the mentioned approaches, the cross-validation method, and the root-mean-square-error. Using integrated GRACE/GRACE-FO data, the research strategy in this paper is to become a reference to study the TWS prediction of the new GRACE-FO mission and to bridge the gap between GRACE/GRACE-FO missions. For some global basins, the obtained TWS prediction results reveal a continuous negative or positive TWS during the study period 2019–2022. In conclusion, September 2020 and 2021 are expected to be important dates in terms of TWS decrease affecting all basins in different order of magnitude.



中文翻译:

利用GRACE和有限的GRACE-FO数据对全球流域陆地水储量变化的长期时间预测

重力恢复和气候实验(GRACE)和GRACE跟踪(GRACE-FO)重力任务为远程测量区域和全球范围内的大规模陆地储水(TWS)变化提供了重要的数据。但是,在重力任务的运行时间中,每月或几乎每年的数据缺口可能会引起并且无法提供连续的信息。量化和预测TWS的变化对于不间断的环境监测非常重要,以便为气候变化和水资源研究的后果做好准备。本文建议使用传统的季节自回归综合移动平均线,误差趋势季节和奇异谱分析作为更新的时间序列分析建模和预测方法来预测2019年至2022年全球19个盆地的TWS变异性。为此,来自德国研究中心(GFZ)的集成GRACE / GRACE-FO Level 3 Release 06数据具有特权。基于上述方法的使用,交叉验证方法和均方根误差,对所产生的TWS预测的准确性进行了评估。利用集成的GRACE / GRACE-FO数据,本文的研究策略将成为研究新的GRACE-FO任务的TWS预测并弥合GRACE / GRACE-FO任务之间差距的参考。对于某些全球性盆地,获得的TWS预测结果显示,在2019-2022年的研究期间,TWS连续出现负数或正数。总之,就TWS下降而言,预计2020年9月和2021年将是重要的日期,它将影响到不同数量级的所有盆地。来自德国研究中心(GFZ)的集成GRACE / GRACE-FO Level 3 Release 06数据具有特权。基于上述方法的使用,交叉验证方法和均方根误差,对所产生的TWS预测的准确性进行了评估。利用集成的GRACE / GRACE-FO数据,本文的研究策略将成为研究新的GRACE-FO任务的TWS预测并弥合GRACE / GRACE-FO任务之间差距的参考。对于某些全球性盆地,获得的TWS预测结果显示,在2019-2022年的研究期内,TWS连续出现负值或正值。总之,就TWS下降而言,预计2020年9月和2021年将是重要的日期,它将影响到不同数量级的所有盆地。来自德国研究中心(GFZ)的集成GRACE / GRACE-FO Level 3 Release 06数据具有特权。基于上述方法的使用,交叉验证方法和均方根误差,对所产生的TWS预测的准确性进行了评估。利用集成的GRACE / GRACE-FO数据,本文的研究策略将成为研究新的GRACE-FO任务的TWS预测并弥合GRACE / GRACE-FO任务之间差距的参考。对于某些全球性盆地,获得的TWS预测结果显示,在2019-2022年的研究期间,TWS连续出现负数或正数。总之,就TWS下降而言,预计2020年9月和2021年将是重要的日期,它将影响到不同数量级的所有盆地。

更新日期:2021-04-16
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