在碳中和背景下，太阳能将成为未来主要能源之一。由于太阳辐照度受云影响强烈，短期太阳能预报的准确性高度依赖初始时刻的云信息。我国风云四号系列卫星静止轨道辐射成像仪（AGRI）的红外窗区通道和水汽通道分别提供了云顶、云覆盖以及不同高度水汽和云的信息，如何协同利用这些多通道观测，是提升太阳能预报能力的关键问题。
为此，本研究开展了协同FY-4B AGRI红外窗区通道云分析与水汽通道全天空辐射同化的太阳能辐照度预报研究。该研究首先基于太阳能短临预报模式MAD-WRF卫星云分析系统发展了面向FY-4B AGRI红外窗区通道的优化云分析方案，可利用云掩膜、红外窗区通道亮温和云顶高度等产品同化云信息；同时将卫星云分析中的水凝物种类由云水、冰两类扩展为云水、冰、雨、雪、霰五类，并通过云松弛逼近延长初始水凝物在预报中的维持时间。随后，以扩展水凝物的云分析场为FY-4B AGRI水汽通道的全天空变分同化提供更为合理的云雨背景场，从而实现太阳能短临预报模式中红外窗区和水汽通道云信息的协同吸收利用。
图1 2023年10月2日世界时00时扩展水凝物云分析方案各类云变量水平和垂直分布。
试验结果表明，同化FY-4B AGRI红外窗区云信息能够明显降低太阳辐照度预报误差。其中，同时利用云掩膜和红外窗区亮温的方案优于仅利用云掩膜的方案，且改进更稳定；直接同化云顶高度则受数据质量影响较大，效果不稳定。扩展水凝物的云分析方案通过提供更丰富的云水、冰、雨、雪、霰初始场，进一步改善了辐照度预报。协同同化窗区和水汽通道云信息后，云初始场更加合理，更多云区观测被有效保留，太阳辐照度预报误差进一步降低。相对不同化试验，协同同化方案使辐照度预报误差最大降低约50%，部分日期最大降低超过100W/m2（图2）。
图2 2023年10月2日到10日不同同化试验辐照度预报相比于CLDAS V2.0短波辐射产品的MAE（W/m2）。黑色虚线：不同化；蓝色虚线：仅同化红外窗区通道云信息；紫色虚线：仅同化水汽通道云信息；红色虚线：窗区通道和水汽通道云信息协同同化。
该研究为充分利用风云四号静止卫星多通道红外资料、改善太阳能短临预报提供了新思路。相关论文发表在AGU旗下国际地学类SCI期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》。
论文信息：
Zhang, W., Chen, Y., Wang, Y.*, Meng, D., Sun, J., Li, X., & Min, J. (2026). Combining FY-4B infrared window channel's cloud analysis with water vapor radiance assimilation for the prediction of solar irradiance. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 131, e2026JD046954. https://doi.org/10.1029/2026JD046954