随着卫星资料全空同化技术的发展，与云和降水有关的卫星观测被进一步利用，为数值天气预报提供了更加丰富的信息来源，极大地改进了预报结果。其中，微波辐射率对水汽、水凝物的散射更为敏感，还具有一定穿云透雨的能力。

为提高卫星资料的全空同化效果，我院陈耀登教授团队将五种水凝物控制变量（包括云水、云冰、雨、雪、霰）引入卫星资料同化系统，建立了基于水凝物控制变量卫星资料全天空同化框架，实现了水凝物控制变量与观测算子伴随之间的直接联系，并针对多个台风个例，开展了风云三号卫星微波湿度计的同化和预报影响。

结果表明，微波辐射率对雨、雪和霰的敏感性较强，且其影响高度与背景状态相关。水凝物场可以直接通过卫星亮温初始化，显示出台风雨带的分布特征（图1），并通过多变量相关和雅克比矩阵相应地调整热力场；多变量分析增量的特征与背景误差中表现的水凝物特征和观测算子的雅克比矩阵密切相关。在循环同化和预报试验中，结果显示加入水凝物控制变量使得观测和分析亮温之间的差异减小，水凝物分析与CALIPSO观测更加一致。基于更为精确的水凝物分析，研究发现台风强度预报得到了改善，带来更理想的双暖心的模拟（图2）以及更强的次级环流（图3）。

图1. 使用水凝物控制变量后的分析增量：(a)云水, (b)云冰, (c)雨, (d)雪和(e)霰（单位：g kg⁻¹）

图2. 温度距平的方位平均半径-高度截面（单位:K），（a-d）控制试验，（e-h）水凝物控制变量试验，其中（a, e）分析场，（b, f）12小时预报场，（c, g）24小时预报场，（d, h）48小时预报场

图3. 方位平均半径-高度截面。图（a, b, c, d）为CON_CLD实验，图（e, f, g, h）为HCV_CLD实验，分别对应（a, e）分析场，（b, f）12小时预报，（c, g）24小时预报，（d, h）48小时预报。填色表示径向风（单位：m s⁻¹）。黑色和绿色等值线分别表示切向风（单位：m s⁻¹）和垂直速度（单位：m s⁻¹）。

上述研究结果不仅深入分析了水凝物控制变量在卫星资料全空同化中的作用特诊，还展示了其在改善台风结构预报中的潜在应用价值，相关论文发表在国际著名地球系统模式发展学术期刊《Journal of Advances in Modeling Earth Systems》上。

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Qin, L., Chen, Y.*, Meng, D., Cheng, X., & Zhang, P. (2024). Variational all-sky assimilation framework for MWHS-II with hydrometeors control variables and its impacts on analysis and forecast of typhoon cases. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 16(10), e2023MS004153. https://doi.org/10.1029/2023MS004153