风云三号G星（FY-3G）是我国首颗低倾角轨道降水测量卫星，其核心载荷MWRI-RM首次实现了微波成像与大气温湿垂直探测的一体化设计。凭借26个通道、覆盖10.65GHz至183GHz频段探测能力，并通过创新的双排扫描布局，MWRI-RM在有限载荷约束下兼顾了多频段覆盖与高分辨率观测。然而，该仪器创新性的双排探测布局也带来了挑战：不同频段通道分属不同扫描排，导致观测角度、空间分辨率和覆盖轨迹存在系统性差异，传统的云效应模型在MWRI-RM及未来类似仪器全天空辐射率同化中的适用性面临挑战。

针对上述问题，本研究系统性构建了一套基于云效应优化模型的全天空微波辐射率同化方案。针对MWRI-RM不同通道组的特性，分别构建了分通道云效应模型：低频成像通道（18.7-36.5 GHz）沿用并优化基于36.5 GHz极化差异的C37_mean方案；50.3-53.75 GHz温度探测通道首次提出基于50.3 GHz极化差异的C50_mean方案；而118/183 GHz高频单极化通道则创新性地引入并改进原用于静止卫星红外波段的对称云效应指数方案Csym。三类云效应指数均能有效表征各通道OMB误差随云量从稳定到饱和的完整响应过程，为后续动态误差建模与阈值设定提供了统计依据（图1）。在此基础上，本研究还建立了通道依赖的分段线性的动态观测误差模型，使误差随云量动态调整；同时将动态观测误差（σcld） 与云效应指数（CA） 结合，通过引入尺度因子Γ实现自适应阈值调节，构建了云依赖自适应质量控制方案，在保证保留有效云雨区辐射率观测的前提下，有效剔除非线性异常样本（图2，左）；在变分偏差订正中，首次引入微波对称亮温和云致辐射扰动因子作为云预测因子，显著减小了云雨区微波观测的系统性偏差（图2，右）。

图1. 各通道组的观测减背景（OMB）标准差随云量的变化情况如图（a）–（d）所示，其中（a）对应C37_mean，（b）对应C50_mean，（c）和（d）对应Csym，垂直虚线表示云量阈值。

图2. 左图：不同质量控制（QC）条件下第3、7、9、13、19、21、24和26通道（子图a–h）的观测计数。红色实线代表无云依赖QC的全天候观测计数；蓝色实线代表有云依赖QC的全天候观测计数；绿色实线代表无云依赖QC的晴空观测计数。右图：晴空的VarBC（红色）与全空的VarBC（蓝色）下MWRI-RM OMB时间序列，针对通道（a，b，c）第4通道和（b，e，f）第6通道。（a，d）平均偏差，（b，e）标准差，（c，f）均方根误差。

研究选取2024年江淮梅雨期10个典型强降水个例开展多组对比试验。结果表明（图3，第一行），相比不同化MWRI-RM的对照试验（ExpCTRL）和仅同化晴空MWRI-RM辐射率的试验（ExpCLR），全天空同化试验（ExpCLD）在降水预报评分上均实现最优表现，ETS和POD均显著提升，FAR有效降低。这主要归结为ExpCLD成功修正了对照试验中中层水汽过度饱和或水汽输送中断的问题，并通过优化云水与雪的垂直分布，使降水结果更接近观测。

图3. 第一行：(d)–(f) 为10个降雨个例平均的降雨预报技巧评分随降水阈值的变化。其中，（d）为ETS，（e）为POD，（f）为FAR。蓝色、红色和绿色线分别代表ExpCLD、ExpCLR和ExpCTRL试验。第二行：不同通道辐射同化试验（18.7–36.5 GHz（蓝色）、50.3–53.75 GHz（红色）、118 GHz（绿色）、183 GHz（橙色）和ExpALL（紫色））的平均降雨预报技巧评分（a. ETS，b. POD，c. FAR）随降水阈值（0.1–30 mm）的变化。

进一步分析不同频段同化效果发现，单一频段（18.7-36.5 GHz、50.3-53.75 GHz、118 GHz或183 GHz）同化对预报均有改善，但将四个频段全部联合同化的试验（ExpALL）展现出了显著的协同优势（图3，第二行）。

总体而言，本研究针对MWRI-RM特殊双排探测设计带来的全天空同化难题，系统性建立了分通道云效应模型、动态观测误差模型、自适应质控模型及云预测因子偏差订正模型，提升了相应观测全天空同化各环节中云不确定性的代表性。不仅有效提升了对流尺度降水预报性能，也证明了MWRI-RM多波段协同探测的优势，证实了降水测量卫星微波辐射率的对流可分辨同化对改进降水预报的价值，为未来同类仪器全天候微波观测资料的更好利用提供了参考。

以上研究成果发表于国际地学遥感类SCI期刊《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》。

论文信息：

Wang Yuanbing, Deng Yaxin, Chen Yaodeng, et al. Improved Modeling of Observation Error, Quality Control, and Bias Correction with Cloud Effects for Assimilating All-sky FY-3G MWRI-RM Radiances. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2026.