Impact of direct assimilation of FY-4A AGRI radiance data on forecasting an extreme precipitation event in South China

YAO Lebao; SHEN Dan; WANG Donghai; ZHOU Kuo; LI Guoping

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240371

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Impact of direct assimilation of FY-4A AGRI radiance data on forecasting an extreme precipitation event in South China

Research articles | 更新时间：2025-11-14

- Impact of direct assimilation of FY-4A AGRI radiance data on forecasting an extreme precipitation event in South China
- Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni Vol. 64, Issue 5, Pages: 100-115(2025)
- 作者机构：
  
  1.广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室 / 中山大学大气科学学院，广东珠海 519082
  2.南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东珠海 519082
  3.澳门海岸带生态环境国家野外科学观测研究站 / 澳门环境研究院 / 澳门科技大学创新工程学院，澳门 999078
  4.中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室，北京 100029
  5.成都信息工程大学大气科学学院，四川成都 610225
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240371
  CLC： P435
- Received：30 December 2024，
  
  Revised：2025-05-21，
  
  Accepted：10 June 2025，
  
  Published Online：16 September 2025，
  
  Published：25 September 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
姚乐宝,沈丹,王东海等.FY-4A卫星AGRI辐射资料直接同化对华南一次极端降水预报的影响[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(05):100-115.

YAO Lebao,SHEN Dan,WANG Donghai,et al.Impact of direct assimilation of FY-4A AGRI radiance data on forecasting an extreme precipitation event in South China[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(05):100-115.
姚乐宝,沈丹,王东海等.FY-4A卫星AGRI辐射资料直接同化对华南一次极端降水预报的影响[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(05):100-115. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240371.

YAO Lebao,SHEN Dan,WANG Donghai,et al.Impact of direct assimilation of FY-4A AGRI radiance data on forecasting an extreme precipitation event in South China[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(05):100-115. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240371.

摘要

风云四号A星（FengYun-4A，简称FY-4A）是我国新一代静止气象卫星的首发星。围绕其成像仪辐射资料的直接同化，聚焦其如何提高极端降水预报准确性及多通道组合同化是否优于单通道同化2个科学问题开展研究。基于WRF（weather research and forecasting）和GSI（gridpoint statistical interpolation）框架，采用观测算子替代方案测试了GSI同化系统在晴空条件下对FY-4A AGRI（advanced geostationary radiation imager）红外通道辐射资料的直接同化性能。设计多组同化预报试验，对比了其对1次季风低压极端强降水天气过程的循环同化和预报影响。结果表明，采用GOES-15（geostationary operational environmental satellite-15）IMAGER观测算子替代方案直接同化3.75、6.25、10.8和13.5 μm 4个FY-4A AGRI红外通道的试验，及上述方案附加采用Himawari-8 AHI（advanced himawari imager）观测算子替代方案直接同化7.1、8.55和12.0 μm 3个FY-4A AGRI红外通道的试验，可在洋面上空关键位置产生中心强度更大、水平分布范围更广、垂直涵盖层次更深厚的正水汽混合比分析增量，并在区域高分辨率数值预报中改善了低层暖湿条件，明显地提高了特大暴雨落区范围和雨带形态走向的预报准确性。

Abstract

FengYun-4A （FY-4A） is China’s first next-generation geostationary meteorological satellite. This study addresses two scientific questions related to the direct assimilation of radiance data from its onboard Advanced Geostationary Radiation Imager （AGRI）：1）how assimilating these observations improves the accuracy of extreme precipitation forecasts and 2）whether multi-channel joint assimilation provides better forecast performance compared to single-channel assimilation. Within the weather research and forecasting（WRF）and gridpoint statistical interpolation（GSI）framework， alternative observation operators were employed to assess the direct assimilation capability of the GSI system for FY-4A AGRI infrared radiance data under clear-sky conditions. A series of assimilation-forecast experiments were conducted to evaluate the impact of cycling assimilation on the prediction of an extreme precipitation event associated with a monsoon depression. Results indicate that experiments employing the Geostationary Operational Environmental Satellite-15 （GOES-15） IMAGER observation operator to directly assimilate four infrared channels （3.75，6.25，10.8 and 13.5 μm） from FY-4A AGRI， as well as experiments additionally incorporating the Himawari-8 Advanced Himawari Imager （AHI） observation operator for another three infrared channels （7.1， 8.55 and 12.0 μm， totaling seven channels）， produce more pronounced positive analysis increments of water vapor mixing ratio. These increments exhibit greater central intensity， broader horizontal distribution， and deeper vertical coverage over critical oceanic regions. Consequently， the assimilation significantly improves the representation of low-level warm-moist conditions in regional high-resolution numerical forecasts， markedly enhancing the predicted spatial distribution and orientation of extreme precipitation events.

关键词

Keywords

references

耿晓雯，闵锦忠，杨春，等， 2020 . FY-4A AGRI辐射率资料偏差特征分析及订正试验［J］. 大气科学， 44 （ 4 ）： 679 - 694 .

李得勤，刘志权，段云霞， 2018 . 有云情况下的葵花8静止卫星辐射资料的同化［C］// 第35届中国气象学会年会 S9 卫星资料同化，合肥： 12 - 16 .

刘延安， 2015 . 高光谱红外辐射资料在区域模式中的直接同化及应用研究［D］. 上海：华东师范大学 .

陆风，张晓虎，陈博洋，等， 2017 . 风云四号气象卫星成像特性及其应用前景［J］. 海洋气象学报， 37 （ 2 ）： 1 - 12 .

瞿建华，张烺，陆其峰，等， 2019 . 基于ERA5的快速辐射传输模式与FY-4A成像仪观测结果的偏差分析［J］. 气象学报， 77 （ 5 ）： 911 - 922 .

王淦泉，沈霞， 2018 . 风云四号辐射成像仪及其数据在卫星气象中的应用［J］. 自然杂志， 40 （ 1 ）： 1 - 11 .

王皓，韩威， 2018 . FY4A AGRI水汽通道辐射率在GRAPES中的同化应用研究［C］// 第35届中国气象学会年会S9 卫星资料同化，合肥： 62 .

王洪， 2014 . 雷达卫星资料在高分辨率区域数值预报中的应用研究［D］. 北京：中国气象科学研究院 .

姚乐宝，王东海，张宇，等， 2020 . GSI同化系统的背景误差协方差特征及对预报的影响［J］. 热带气象学报， 36 （ 3 ）： 416 - 432 .

曾智琳，谌芸，王东海， 2020 . 2018年8月华南超历史极值降水事件的观测分析与机理研究［J］. 大气科学， 44 （ 4 ）： 695 - 715 .

张勇，李元，戎志国， 2010 . FY-2E与FY-2C红外分裂窗通道光谱响应差异的对比分析［J］. 光谱学与光谱分析， 30 （ 6 ）： 1634 - 1637 .

Cardinali C ， 2009 . Forecast sensitivity to observation （FSO） as a diagnostic tool ［EB/OL］.（ 2009-10 ）［ 2024-12-30 ］. https：//www.ecmwf.int/sites/default/files/elibrary/2009/8578-forecast-sensitivity-observations-fso-diagnostic-tool-monitoring-impact-observations-short.pdf https://www.ecmwf.int/sites/default/files/elibrary/2009/8578-forecast-sensitivity-observations-fso-diagnostic-tool-monitoring-impact-observations-short.pdf .

JONES T A ， SKINNER P ， YUSSOUF N ， et al ， 2020 . Assimilation of GOES-16 radiances and retrievals into the warn-on-forecast system ［J］. Mon Weather Rev ， 148 （ 5 ）： 1829 - 1859 .

LI X ， ZOU X ， XU X ， et al ， 2025 . Impacts of vertical resolution and diurnally varying background error covariance on FY-4A/AGRI data assimilation over land ［J］. Mon Weather Rev ， 153 （ 5 ）： 763 - 790 .

MA Z ， MADDY E S ， ZHANG B ， et al ， 2017 . Impact assessment of himawari-8 AHI data assimilation in NCEP GDAS/GFS with GSI ［J］. J Atmos Ocean Technol ， 34 （ 4 ）： 797 - 815 .

NIU Z ， ZHANG L ， DONG P ， et al ， 2022 . Effects of direct assimilation of FY-4A AGRI water vapor channels on the Meiyu heavy-rainfall quantitative precipitation forecasts ［J］. Remote Sens ， 14 （ 14 ）： 3484 .

OKAMOTO K ， 2013 . Assimilation of overcast cloudy infrared radiances of the geostationary MTSAT-1R imager ［J］. Q J R Meteor Soc ， 139 （ 672 ）： 715 - 730 .

QIN Z ， ZOU X ， WENG F ， 2013 . Evaluating added benefits of assimilating GOES imager radiance data in GSI for coastal QPFs ［J］. Mon Weather Rev ， 141 （ 1 ）： 75 - 92 .

QIN Z ， ZOU X ， WENG F ， 2017 . Impacts of assimilating all or GOES-like AHI infrared channels radiances on QPFs over Eastern China ［J］. Tellus A Dyn Meteor Oceanogr ， 69 （ 1 ）： 1345265 .

RASTELLO M L ， PREMOLI A ， BONICATTO G ， 1996 . Regularized broadband filter method for spectral responsivity measurements ［J］. IEEE Trans Instrum Meas ， 45 （ 1 ）： 22 - 29 .

RIZVI S R ， LIU Z Q ， HUANG X Y ， 2009 . Generation of WRF-ARW background errors （BE） for GSI ［EB/OL］.（ 2009 ）［ 2024-12-30 ］. https：//dtcenter.org/sites/default/files/community-code/gsi/docs/write-ups/WRF-ARW-GSI_BE.pdf https://dtcenter.org/sites/default/files/community-code/gsi/docs/write-ups/WRF-ARW-GSI_BE.pdf .

SHEN F ， SHU A ， LI H ， et al ， 2021 . Assimilation of Himawari-8 imager radiance data with the WRF-3DVAR system for the prediction of Typhoon Soudelor ［J］. Nat Hazards Earth Syst Sci ， 21 （ 5 ）： 1569 - 1582 .

STENGEL M ， UNDÉN P ， LINDSKOG M ， et al ， 2009 . Assimilation of SEVIRI infrared radiances with HIRLAM 4D-var ［J］. Q J R Meteor Soc ， 135 （ 645 ）： 2100 - 2109 .

WANG P ， LI J ， LU B ， et al ， 2018a . Impact of moisture information from advanced himawari imager measurements on heavy precipitation forecasts in a regional NWP model ［J］. J Geophys Res Atmos ， 123 （ 11 ）： 6022 - 6038 .

WANG Y ， LIU Z ， YANG S ， et al ， 2018b . Added value of assimilating himawari-8 AHI water vapor radiances on analyses and forecasts for “7.19” severe storm over North China ［J］. J Geophys Res Atmos ， 123 （ 7 ）： 3374 - 3394 .

WENG F ， YU X ， DUAN Y ， et al ， 2020 . Advanced radiative transfer modeling system （ARMS）： A new-generation satellite observation operator developed for numerical weather prediction and remote sensing applications ［J］. Adv Atmos Sci ， 37 （ 2 ）： 131 - 136 .

XU D ， ZHANG X ， LIU Z ， et al ， 2023a . All-sky infrared radiance data assimilation of FY-4A AGRI with different physical parameterizations for the prediction of an extremely heavy rainfall event ［J］. Atmos Res ， 293 ： 106898 .

XU D ， ZHANG X ， MIN J ， et al ， 2024a . Impacts of assimilating all-sky FY-4A AGRI satellite infrared radiances on the prediction of super typhoon in-fa during the period with abnormal changes ［J］. J Geophys Res Atmos ， 129 （ 11 ）： e2024JD040784 .

XU L ， CHENG W ， DENG Z ， et al ， 2023b . Assimilation of the FY-4A AGRI clear-sky radiance data in a regional numerical model and its impact on the forecast of the “21·7” Henan extremely persistent heavy rainfall ［J］. Adv Atmos Sci ， 40 （ 5 ）： 920 - 936 .

XU L ， LIU J ， CHENG W ， et al ， 2024b . The impact of assimilating Cirrus -effected infrared satellite radiance from the FY-4A AGRI on water vapor analysis and rainstorm forecasting ［J］. Geophys Res Lett ， 51 （ 5 ）： e2023GL107351 .

YANG J ， ZHANG Z ， WEI C ， et al ， 2017 . Introducing the new generation of Chinese geostationary weather satellites， Fengyun-4 ［J］. Bull Am Meteor Soc ， 98 （ 8 ）： 1637 - 1658 .

ZHU Y ， DERBER J ， COLLARD A ， et al ， 2014 . Enhanced radiance bias correction in the National Centers for Environmental Prediction’s Gridpoint Statistical Interpolation data assimilation system ［J］. Q J R Meteor Soc ， 140 （ 682 ）： 1479 - 1492 .

ZHUGE X ， ZOU X ， 2016 . Test of a modified infrared-only ABI cloud mask algorithm for AHI radiance observations ［J］. J Appl Meteor Climatol ， 55 （ 11 ）： 2529 - 2546 .

Views

404

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Numerical simulation of a local radiation fog process and its water vapor source

On the causes of abnormal intensity of regional winter rainstorm processes in South China

华南风化壳中稀土元素的分异作用及其影响因素

Analysis on Characteristics of Seasonal and InterseasonalDrought Events in South China

Related Author

LU Xiao

FAN Qi

LIU Yiming

TAN Haobo

WU Meng

SHEN Ao

ZHANG Juan

JIN Yinbao

Related Institution

School of Atmospheric Sciences，Sun Yat-sen University / Guangdong Province Key Laboratory for Climate Change and Natural Disaster Studies / Southern Laboratory of Ocean Science and Engineering

Foshan Meteorological Bureau

Climate Center of Guangdong Province

Chongqing Climate Center

China Southern Power Grid Digital Grid Research Institute Co.，Ltd.

Postal code：510275
Tel：020-84112585，84113223 Email：xuebaozr@mail.sysu.edu.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 京ICP备09064830号-19 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰