静止卫星高级成像仪红外辐射资料的直接同化研究

Geostationary meteorological satellite observations are important and indispensable for atmospheric analysis and numerical weather prediction. A recent development trend for geostationary instruments is the advanced imager which is with high resolution and of high quality. But unfortunately, the assimilations of geostationary advanced imager (GAI) infrared radiances are rarely studied. Taking the Advanced Himawari Imager (AHI) onboard the new-generation Japanese geostationary satellite Himawari-8 as an example, this study investigates the direct assimilation of infrared radiances of East Asian GAIs. The three-dimensional variational (3D-VAR) cycle assimilation and Four-dimensional variational (4D-VAR) assimilation schemes mostly suitable for GAI infrared radiances will be proposed based on the Weather Research and Forecasting (WRF) and WRF Data Assimilation (WRFDA) models. It’s expected that the influence process of assimilation of GAI infrared radiances on the precipitation forecasts will be comprehensively revealed. The execution of pre-processing, experiment design and result analysis will provide a theoretical and technical reference for operating departments and promote the operational assimilation of GAI infrared radiances. Additionally, the developed methodologies of quality evaluations and quantitative applications are also applicable for the Advanced Geostationary Radiation Imager (AGRI) onboard the next-generation Chinese geostationary satellite FY-4A.

静止气象卫星是改善数值天气预报效果的一种重要而有效的观测资料源。当前，各静止卫星已经或即将搭载具有高精度和高分辨率特征的高级成像仪，但静止卫星高级成像仪辐射资料同化的研究至今还很少。本项目以搭载在日本新一代静止气象卫星Himawari-8上的高级Himawari成像仪（AHI）为例，开展东亚静止卫星高级成像仪辐射资料直接同化研究。项目将基于WRF和WRFDA模式提出适合高级成像仪辐射资料的三维变分（3D-VAR）循环同化和四维变分（4D-VAR）同化方案。本项目预计能揭示高级成像仪辐射资料同化对区域降水预报的影响过程，并通过从资料预处理到实验方案到结果分析一整套流程的完整实施，为业务单位提供理论和技术参考，促进静止卫星高级成像仪辐射资料直接同化的业务化。本项目提出的质量评估和定量应用方法适用于搭载在中国下一代静止气象卫星FY-4A上的高级对地静止辐射成像仪（AGRI）。

搭载在静止气象卫星上的高级成像仪可以对地面和大气进行高时空分辨率的采样。静止卫星高级成像仪的可见光和红外观测在预报快速变化的对流天气以及通过同化手段改善降水估计方面扮演者十分重要的角色。本项目以搭载在日本新一代静止气象卫星Himawari-8上的高级Himawari成像仪（AHI）为例，开展了静止卫星高级成像仪辐射资料的预处理和应用研究。.围绕静止卫星高级成像仪辐射资料同化，我们有针对地开展了以下五个具体研究工作：1） AHI辐射资料的质量评估；2）高级成像仪辐射资料的云检测方案研究；3）红外窗区通道陆上观测资料的可用性研究；4）AHI辐射资料同化方案的确定和评估研究；5）AHI资料同化的业务化尝试。另外，我们还基于静止卫星高级成像仪辐射资料进行了对流临近监测和预报方法的研究，具体开展了以下两个研究工作：1）对流初生的临近预报研究；2）台风内核区上冲对流的识别和预报研究。.本项目基于WRF和GSI模式提出适合高级成像仪辐射资料的三维变分循环同化方案，揭示了高级成像仪辐射资料同化对区域天气预报的影响过程。本项目提出的对流监测和预报算法，提高了对流的预报时效，减少了灾害损失和人员伤亡。特别地，本项目提出的质量评估和定量应用方法适用于搭载在中国静止气象卫星FY-4A上的高级对地静止辐射成像仪（AGRI）。.项目执行期间，在SCI期刊上发表英文论文8篇，在中文核心期刊上发表论文1篇；另有1篇论文还在整理中，近期将投稿到国际SCI期刊；获得软件著作权2项。