极轨卫星探测器的监测区域总是在不断变化，这就无法连续监测到中小尺度天气系统的一些关键发展时段。相比之下，静止卫星有着稳定不变的视场，并且能做到针对同一区域进行全天候、不间断的高频次观测，这对于中小尺度灾害性天气系统的监测预警方面具有很大优势。虽然先前的研究工作在AGRI资料同化方面取得了一些成就，但大多是基于晴空同化的方案。晴空条件下同化卫星资料是基于云检测之后，因此不可避免的剔除了大量有用的云雨信息资料。然而，全天空同化技术的实现，不仅可以避免使用复杂的云检测步骤，而且还可以直接同化并利用云雨相关信息，使得卫星资料的利用率得到大大提升，而目前针对这方面问题的工作还很少。
围绕上述问题，中心许冬梅副教授在中尺度数值模式WRF（Weather Research and Forecasting Model）中，自主构建了红外辐射探测仪AGRI的全天空同化模块。本研究针对对2021年7月17日至22日中国河南省郑州地区发生的一次极端强降水过程，其6天累计降雨量超过1000mm，并于20日逐小时极端降水量高达201.9mm，打破了中国大陆有史以来的历史记录，造成了严重的气象灾害。此次工作基于全天空同化模块的大框架下，还研究了不同的物理参数化方案对云雨区同化及后续预报效果的影响。结果表明：使用合理的云微物理参数化方案能促进AGRI卫星资料的有效同化，改善云顶温度的分析；采用合适的积云对流参数化方案可以相对改进降水的落区预报。对比晴空同化实验，可以发现AGRI辐射率资料的全空同化能够改进大部分云雨信息的分析，优化对流层中低层的湿度场信息，进而提升本次强降水过程的预报效果，尤其是降水的强度预报。
该研究工作针对AGRI的单个通道辐射率资料，设计了依据观测资料特性的偏差订正和质量控制方案，并采用了多种云微物理参数化方案。以上研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的共同资助，为后期有效同化和利用静止卫星上的红外辐射率资料，改进模式中的云雨分析和降水预报提供了有益的参考。他们同时提到，本研究对于极端降水的落区预报改进效果不明显，后期可以考虑采用同化多个通道的方案或采用具有流依赖性质的背景误差协方差。
Figure 14. (a) The observed 24-hour accumulated rainfall (shading; mm) and the corresponding forecast rainfall (shading; mm) in the (b) Exp_Lin_CTL, (c) Exp_Lin_CSR, (d) Exp_Lin_ASR, (e) Exp_Lin_KF_ASR, (f) Exp_Mor_ASR, (g) Exp_WDM5_ASR, (h) Exp_WSM6_ASR and (i) Exp_WDM6_ASR experiments from 1200 UTC 19 July 2021 to 1200 UTC 20 July 2021. The black dotted boxes serve as the reference scale.
论文信息：
Xu, D., Zhang, X., Liu, Z., & Shen, F. (2023). All-sky infrared radiance data assimilation of FY-4A AGRI with different physical parameterizations for the prediction of an extremely heavy rainfall event, Atmospheric Research, 293, 106898. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2023.106898