我国沿海地区每年都遭受台风的袭击，产生巨大的人员伤亡和经济财产损失，准确的台风预报对于防灾减灾至关重要。作为台风在洋面上观测资料的有益补充，极轨卫星辐射率资料能够提供高空间分辨率的台风观测，极大地提高台风预报水平。作为我国较新的业务化运行的极轨卫星，FY-3D卫星上搭载的MWHS2微波湿度计仪器性能比肩国外同期发射的湿度探测器。另一方面数值天气预报的准确性还与数值预报模式中采用的物理参数化方案息息相关。但是考察不同物理参数化对台风路径和强度的影响以及关于MWHS2微波湿度计资料同化的研究工作还比较少。
围绕上述问题，我院许冬梅教师团队在中尺度数值模式WRF（Weather Research and Forecasting Model）中，自主构建了微波湿度探测仪MWHS-2的同化模块。本研究对2019年8月4日登陆江苏和浙江等地区的一次超级台风天气系统“利奇马”和2018年7月22日在上海崇明岛登陆的热带风暴“安比”进行了数值模拟。基于天气研究与预报(WRF)模型，采用不同的物理参数化方案组合进行了八组敏感性实验（图1）。结果表明，微物理方案和陆地物理方案的选取分别对台风“利奇马”移动路径、强度的模拟有明显影响。基于其中一组模拟效果最好的物理参数化方案，采用三维变分数据同化方法，对风云3D卫星（FY-3D）上装载的微波湿度探测器MWHS-2辐射资料进行同化。结果表明，MWHS-2资料同化可以明显优化“利奇马”初始场的质量，继而提升对台风移动路径和强度预报的水平（图2）。对于热带风暴 “安比”个例发现，分析场模式中层以下的比湿增加明显，500 hPa的位势高度有正向增量，分别有利于台风降水和路径预报的提升（图3）。通过对台风登陆后降水的评估，发现同化实验降雨带分布更接近观测，定量计算的FSS评分也更高。在确定性预报中，同化实验48小时内的路径误差始终小于90 km。
该研究工作为有效同化和利用我国自主研发的风云系列极轨卫星上的微波湿度计辐射率资料，改进模式对登陆台风的降水和路径预报提供了有益的参考。不足的是本研究对台风强度预报的改进有限；基于不同的物理参数化方案敏感只研究了一个台风个例。在未来的研究工作中采用先进的同化方法结合全空辐射率资料进一步改进台风的强度预报值得进一步研究。
Figure 1. The track for: (a) exp1, exp2, and exp3, (b) exp3, exp4, and exp5, (c) exp6, exp7, and exp8, (d) all the experiments for the 42 h forecasts from 0600 UTC 8 August to 0000 UTC 10 August 2019.
Figure 2. (a) mean range error (units: km), (b) max wind speed (units: m/s), (c) minimum sea level pressure (units: MB), and (d) the typhoon’s tracks for numerical experiments and observed track from 0600 UTC 8 August to 0000 UTC 10 August 2019.
Figure 3. Twenty-four-hour precipitation distribution of (a) observation, (b) GTS, and (c) MWHS2.
论文信息：
Xu, D., Shu, A., Li, H., Shen, F., Li, Q., Su, H., 2021. Effects of Assimilating Clear-Sky FY-3D MWHS2 Radiance on the Numerical Simulation of Tropical Storm Ampil. Remote Sens., 13, 2873. https://doi.org/10.3390/rs13152873
Xu, D. M., X. W. Zhang, H. Li, H. Y. Wu, F. F. Shen, A. Q. Shu, Y. Wang, and X. R. Zhuang, 2021: Evaluation of the Simulation of Typhoon Lekima (2019) Based on Different Physical Parameterization Schemes and FY-3D Satellite’s MWHS-2 Data Assimilation. Remote Sensing, 13(12), 4556. https://doi.org/10.3390/rs13224556