静止气象卫星是全球观测系统的重要组成部分，对于暴雨、台风等灾害性天气的监测与预报具有不可替代的作用。我国风云四号B星（FY-4B）搭载的先进静止轨道辐射成像仪（AGRI）不仅提供了更高精度的光谱观测，还新增了一个低层水汽通道，为改进数值天气预报提供了新的数据支撑。如何有效同化这些水汽通道辐射资料，特别是如何在实现包含云雨区的全空同化，以提升灾害性天气的预报能力，是当前卫星资料同化研究的热点问题。

围绕这一科学问题，我院杨春副教授、硕士生钟婷婷及闵锦忠教授，在WRFDA（Weather Research and Forecasting model’s Data Assimilation）系统中自主构建了FY-4B AGRI的晴空、全空同化模块，系统评估了其在“23·7”华北暴雨及台风“杜苏芮”（2023）和“泰利”（2023）预报中的应用潜力。

本研究基于WRFDA v4.4系统，自主构建了FY-4B AGRI辐射资料的同化模块，实现了对3个水汽通道（）辐射率资料的同化，并结合质量控制、观测误差模型，实现了AGRI的全空同化。

通过循环同化试验发现，同化了AGRI水汽通道晴空资料后，分析场在降水区有明显的温度和湿度的正增量，为降水形成提供了有利的热动力条件。并且，随着同化循环的推进，湿度场的改进呈现出从高层向低层垂直传播的趋势，有效修正了模式初始场的水汽分布误差。与控制试验相比，AGRI同化试验产生了更好的湿度条件和更显著的上升运动，从而在降水位置和强度上实现了更准确的预报，取得了更高的降水评分，特别是在使用两步同化方案时效果更优。此外，敏感性试验证实，FY-4B AGRI新增的低层水汽通道11（）是提升预报能力的关键，加入通道11同化后分析增量在200-700百帕各层均表现出更强、更系统的水汽调整，使河北中部和北京西部的暴雨中心位置与强度预报更加精确。这表明低层水汽通道的观测信息对于捕捉降水机制至关重要，充分体现了FY-4B在数值预报中的应用价值。

图1 2023年7月30日18时至7月31日18时的24小时累积降水量分布(单位：mm)，分别对应 (a) CMPAS、(b) CTRL、(c) DA_wv123和 (d) DA_2step_wv123。

为了实现AGRI全空同化应用，模型进行了进一步的优化和提升，调整了质量控制方案，加入了全空观测误差模型。结合台风“杜苏芮”设计了全空同化试验。结果表明，AGRI资料的同化均显著了改善风、温度和湿度等模式要素场的分析和预报。其中，全空同化引入了更多的云雨信息，对各要素场的分析改进更明显。同时，AGRI 资料的同化有效降低了台风路径和强度的预报误差，并提升了降水预报效果，且全空同化效果更优。这些分析和预报的改进在台风“泰利”试验中也得到验证，表明FY-4B AGRI水汽通道资料在台风同化应用中具有良好的稳定性和适用性，全空同化可以进一步提升分析预报效果。

图2 2023年7月25日06时至7月28日00时各试验预报的(a)路径预报，(b)路径误差(单位：km)，(c)海平面气压平均误差(单位：hPa)和(d)最大近地面风速平均误差(单位：m/s)。

图3 2023年7月27日00时至28日00时 24小时累积降水的性能图，阈值分别为(a)0.1mm、(b)10mm、(c)25mm、(d)50mm和(e)100mm。图中绿色表示CTRL试验，红色表示AGRI_CLR试验，蓝色表示AGRI_ALL试验。

总体而言，本研究在WRFDA中实现了FY-4B AGRI水汽通道的晴空、全空同化，系统验证了其在暴雨、台风预报中的效果，特别是新增低层水汽通道对改善降水、台风预报具有重要作用。研究成果为我国风云四号卫星资料在数值天气预报中的深度应用提供了有力支撑，也为提升自主卫星观测系统在灾害性天气预报中的核心作用奠定了基础，具有广阔的业务化前景。

论文信息：

Yang, C*, Tingting Zhong, Jinzhong Min, A preliminary study of FY-4B AGRI all-sky assimilation by WRFDA for tropical cyclones, Atmospheric Research, 327, 2026, 108377, https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2025.1083.

Zhong, T.; Yang, C.*; Min, J.;Shi, B.; Sun, Q. Added Value of Assimilating FY-4B AGRI Water Vapor Radiances on Analyses and Forecasts for “23 ·7” Heavy Rainfall. Remote Sens. 2025, 17, 3808. https://doi.org/10.3390/rs1723