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風(fēng)云四號氣象衛(wèi)星高光譜探測儀目標(biāo)觀測和同化應(yīng)用:

2023-11-24

 

在全球氣候變化背景下,極端天氣氣候事件多發(fā)頻發(fā),預(yù)報(bào)不確定性增大。而在當(dāng)前的預(yù)報(bào)服務(wù)中,常規(guī)觀測資料尚不能滿足需求,這是橫亙在氣象工作者面前的難題。開展目標(biāo)觀測,通過在觀測敏感區(qū)加密觀測,可結(jié)合同化方法來減小初值誤差。



中國氣象局地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報(bào)中心(以下簡稱“數(shù)值預(yù)報(bào)中心”)衛(wèi)星資料同化室副主任韓威,從2016年起帶領(lǐng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)、中國科學(xué)院大氣物理所等多家單位,圍繞重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵環(huán)節(jié),展開了風(fēng)云四號氣象衛(wèi)星高光譜探測儀目標(biāo)觀測和同化應(yīng)用科技攻關(guān)。

風(fēng)云四號A星、B星成功發(fā)射,為開展目標(biāo)觀測提供了機(jī)遇。風(fēng)云四號系列衛(wèi)星搭載的高光譜探測儀首次實(shí)現(xiàn)全球靜止氣象衛(wèi)星高時(shí)間高光譜三維大氣探測,對2000千米×2000千米的區(qū)域探測僅需15分鐘。

2018年臺風(fēng)“瑪莉亞”影響期間,韓威團(tuán)隊(duì)在國家衛(wèi)星氣象中心風(fēng)云四號氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總師張志清的支持協(xié)同下,利用風(fēng)云四號A星觀測臺風(fēng)眼,并開展了預(yù)報(bào)需求驅(qū)動的目標(biāo)觀測和同化,15分鐘分辨率的探測儀目標(biāo)觀測資料同化到中國氣象局全球四維變分同化系統(tǒng)中,數(shù)值預(yù)報(bào)與風(fēng)云四號衛(wèi)星探測儀實(shí)現(xiàn)了“天地互動”。結(jié)果表明,高時(shí)間、高光譜分辨率資料顯著改進(jìn)了模式對臺風(fēng)路徑以及副熱帶高壓強(qiáng)度、位置的預(yù)報(bào)。歐洲氣象衛(wèi)星開發(fā)組織原首席科學(xué)家施梅茨博士(Johannes Schmetz)評價(jià):“這是地球靜止軌道大氣探測同化應(yīng)用的里程碑?!?/font>

此后,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)持續(xù)突破多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù),研發(fā)線性和非線性結(jié)合的大氣三維敏感區(qū)快速精準(zhǔn)算法,精準(zhǔn)規(guī)劃目標(biāo)觀測區(qū);構(gòu)建星地協(xié)同的觀測預(yù)報(bào)互動技術(shù)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)以預(yù)報(bào)需求驅(qū)動的風(fēng)云四號衛(wèi)星探測儀智能觀測;攻克高頻次、高光譜輻射率觀測直接同化等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)觀測在中國氣象局全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)(CMA-GFS)中的實(shí)時(shí)同化;建立基于高頻次高光譜大氣觀測的高精度三維大氣風(fēng)場反演算法和模型,并發(fā)表了風(fēng)場科學(xué)數(shù)據(jù)集。

風(fēng)云四號氣象衛(wèi)星目標(biāo)觀測和同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)在多次重大天氣過程預(yù)報(bào)和重大活動氣象保障中得到應(yīng)用。202288日,中央氣象臺通過風(fēng)云四號B星在南海上空拍攝的分鐘級衛(wèi)星云圖,提前一天捕獲到臺風(fēng)“木蘭”正式生成之前的南海低壓。這得益于數(shù)值預(yù)報(bào)中心聯(lián)合國家衛(wèi)星氣象中心、中國科學(xué)院大氣物理研究所等多家單位開展的風(fēng)云四號衛(wèi)星高光譜探測儀和香港機(jī)載下投探空儀協(xié)同的臺風(fēng)加密觀測試驗(yàn)。

短短1分鐘內(nèi),這些數(shù)據(jù)進(jìn)入全球中期數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)(GRAPESGFS)全球四維變分資料同化系統(tǒng)中,同化系統(tǒng)通過對風(fēng)云氣象衛(wèi)星紅外高光譜大氣探測、微波輻射計(jì)等高時(shí)空分辨率觀測數(shù)據(jù)、智能往返探空和香港天文臺機(jī)載下投探空加密目標(biāo)觀測數(shù)據(jù)的高效同化,給出未來48小時(shí)影響我國海南島東南部區(qū)域預(yù)報(bào)目標(biāo)觀測區(qū)域的高質(zhì)量天氣初值,有效改進(jìn)了數(shù)值預(yù)報(bào)初值場對南海臺風(fēng)三維中尺度結(jié)構(gòu)的精細(xì)刻畫能力。結(jié)果顯示,“木蘭”登陸強(qiáng)度與前期同化后觀測試驗(yàn)預(yù)報(bào)結(jié)論一致。

今年,第6號臺風(fēng)“卡努”歷經(jīng)多次轉(zhuǎn)彎,增加了路徑預(yù)報(bào)難度。數(shù)值預(yù)報(bào)中心、國家氣象中心和國家衛(wèi)星氣象中心協(xié)同聯(lián)動開展加密觀測和同化預(yù)報(bào)平行試驗(yàn),提高了對“卡努”路徑預(yù)報(bào)精度。據(jù)統(tǒng)計(jì),2018年至2023年,24小時(shí)至48小時(shí)臺風(fēng)路徑精度提高10%,預(yù)報(bào)效益顯著。

此項(xiàng)成果為風(fēng)云衛(wèi)星業(yè)務(wù)化智能目標(biāo)觀測和應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)和方法。

來源:中國氣象報(bào)社

 

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