资料同化研究与应用中心团队杨胜朋教授和邹晓蕾教授在Geophysical Research Letters发表最新研究成果，题为“Assimilating Tianmu‐1 RO Data From a 23‐Satellite Constellation to Enhance the Track Forecasts of Typhoon Gaemi (2024)”。该研究基于天目1号星座（简称天目-1）提供的全球导航卫星系统（GNSS）掩星（RO）数据，研究了掩星资料在“格美”台风路径预报中的作用，深入分析了其改善台风路径预报的物理机制 。研究表明，同化掩星资料有效改善了大尺度引导气流和台风涡旋结构的模拟，从而显著降低了台风路径预报误差，提升了台风路径预报准确性。该研究为掩星资料在数值天气预报中的应用提供了重要的理论支持。
研究背景
掩星资料的观测精度高、垂直分辨率高、云雨影响很小、无偏差、长期稳定、不用做星间校准、能够提供全日、全球、全天候覆盖。对国际和我国风云系列（极轨和静止）卫星数据起到一个互补作用，是精细化天气预报业务现代化系统不可或缺的一类气象观测资料。商业小卫星星座的迅猛发展显著提升了掩星数据的观测密度 ，为业务数值天气预报（NWP）提供了丰富的实时观测资料。天目-1星座每日可提供高达30,000个掩星廓线数据，使其成为全球密度最高的掩星数据集之一 。面对商业掩星资料带来的前所未有的探测密度，亟需研究如此海量的掩星数据的能否从同化预报系统中的辅助资料角色转变为核心资料角色？
图1 (a) 和 (b)分别显示了2024年7月22日0000 UTC±3小时时间窗内，天目-1号星座23颗低地球轨道卫星轨道分布及7841个掩星观测的全球覆盖情况；(c) 日本葵花卫星AHI通道13亮温场（灰度图）和天目掩星观测（青色符号）的空间分布。图中彩色圆点代表2024年7月17日2000 UTC至7月22日0000 UTC期间台风“格美”的最佳路径和强度演变。实心和空心青色圆圈分别代表台风中心800公里半径范围内外的掩星观测点。
主要发现：
1. 同化效果：在120小时的预报时效内，同化天目-1掩星数据，台风路径预报误差降低了20%-40%。特别是在48小时后的预报中，台风路径的预报改进效果尤为显著。
2. 物理机制：同化掩星资料后的大气分析预报场显著改善了台风的涡旋结构和环境风场的表征 ，这使得模式对大尺度引导气流的模拟更为准确 ，从而有效提升了台风路径的预测精度。
3. 应用价值：研究显示，仅同化天目-1掩星数据（未结合其他卫星观测）的预报结果，在42小时后的预报时效其精度优于美国全球预报系统（GFS）业务预报。这表明高密度商业掩星数据在数值天气预报中的巨大的应用潜力，未来可能从辅助数据逐步成为气象业务系统的核心数据来源之一，甚至减少对传统卫星亮温资料的依赖程度。
致谢：本研究由国家自然科学基金面上项目（42275005）和广西重点研发计划项目（2024AB24046）资助。感谢航天天目（重庆）卫星科技有限公司提供的掩星观测数据。
论文信息：
Yang, S., & Zou, X. (2025). Assimilating Tianmu‐1 RO data from a 23‐satellite constellation to enhance the track forecasts of Typhoon Gaemi (2024). Geophysical Research Letters, 52, e2025GL115679. https://doi.org/10.1029/2025GL115679
图2. (a)-(g) 显示了2024年7月21日0000、0600、1200、1800 UTC及2024年7月22日0000、0600、1200 UTC时刻，台风“格美”路径的120小时预报结果。蓝色代表美国全球预报系统（GFS）实时业务预报的结果，绿色代表同化常规资料（CONV）的WRF的预报路径，红色代表同化天目和常规资料的（RO+CONV）的预报路径，黑色表示最佳路径。 (h) 表示“格美”台风路径预报误差的均值（柱形图）和标准差（曲线+圆圈）。
图3. (a)-(b) 显示了2024年7月21日0600 UTC初始条件下，2024年7月24日09:00 UTC的深层位势高度（色彩阴影）和风矢量（白色箭头）39小时预报结果，这些结果被分解为(c)-(d) 涡旋分量，(e)-(f) 环境流场及引导气流（绿色箭头）。左栏为同化常规资料（CONV）的结果，右栏为同化天目掩星资料和常规资料（RO+CONV）的结果。