风云四号气象卫星高光谱探测仪目标观测和同化应用：

2023-11-24

在全球气候变化背景下，极端天气气候事件多发频发，预报不确定性增大。而在当前的预报服务中，常规观测资料尚不能满足需求，这是横亘在气象工作者面前的难题。开展目标观测，通过在观测敏感区加密观测，可结合同化方法来减小初值误差。

中国气象局地球系统数值预报中心（以下简称“数值预报中心”）卫星资料同化室副主任韩威，从2016年起带领项目团队联合复旦大学、中国科学院大气物理所等多家单位，围绕重点领域关键环节，展开了风云四号气象卫星高光谱探测仪目标观测和同化应用科技攻关。

风云四号A星、B星成功发射，为开展目标观测提供了机遇。风云四号系列卫星搭载的高光谱探测仪首次实现全球静止气象卫星高时间高光谱三维大气探测，对2000千米×2000千米的区域探测仅需15分钟。

2018年台风“玛莉亚”影响期间，韩威团队在国家卫星气象中心风云四号气象卫星地面应用系统总师张志清的支持协同下，利用风云四号A星观测台风眼，并开展了预报需求驱动的目标观测和同化，15分钟分辨率的探测仪目标观测资料同化到中国气象局全球四维变分同化系统中，数值预报与风云四号卫星探测仪实现了“天地互动”。结果表明，高时间、高光谱分辨率资料显著改进了模式对台风路径以及副热带高压强度、位置的预报。欧洲气象卫星开发组织原首席科学家施梅茨博士（Johannes Schmetz）评价：“这是地球静止轨道大气探测同化应用的里程碑。”

此后，项目团队持续突破多项关键核心技术，研发线性和非线性结合的大气三维敏感区快速精准算法，精准规划目标观测区；构建星地协同的观测预报互动技术系统，实现以预报需求驱动的风云四号卫星探测仪智能观测；攻克高频次、高光谱辐射率观测直接同化等多项关键技术难题，实现目标观测在中国气象局全球同化预报系统（CMA-GFS）中的实时同化；建立基于高频次高光谱大气观测的高精度三维大气风场反演算法和模型，并发表了风场科学数据集。

风云四号气象卫星目标观测和同化预报系统在多次重大天气过程预报和重大活动气象保障中得到应用。2022年8月8日，中央气象台通过风云四号B星在南海上空拍摄的分钟级卫星云图，提前一天捕获到台风“木兰”正式生成之前的南海低压。这得益于数值预报中心联合国家卫星气象中心、中国科学院大气物理研究所等多家单位开展的风云四号卫星高光谱探测仪和香港机载下投探空仪协同的台风加密观测试验。

短短1分钟内，这些数据进入全球中期数值预报系统（GRAPES—GFS）全球四维变分资料同化系统中，同化系统通过对风云气象卫星红外高光谱大气探测、微波辐射计等高时空分辨率观测数据、智能往返探空和香港天文台机载下投探空加密目标观测数据的高效同化，给出未来48小时影响我国海南岛东南部区域预报目标观测区域的高质量天气初值，有效改进了数值预报初值场对南海台风三维中尺度结构的精细刻画能力。结果显示，“木兰”登陆强度与前期同化后观测试验预报结论一致。

今年，第6号台风“卡努”历经多次转弯，增加了路径预报难度。数值预报中心、国家气象中心和国家卫星气象中心协同联动开展加密观测和同化预报平行试验，提高了对“卡努”路径预报精度。据统计，2018年至2023年，24小时至48小时台风路径精度提高10%，预报效益显著。

此项成果为风云卫星业务化智能目标观测和应用提供了科学依据和方法。

（来源：中国气象报社）