FY-3C MWHS-Ⅱ輻射率在RMAPS-CA 中的同化

馬玉芬，琚陳相，艾力亞爾·艾海提，劉軍建，買買提艾力·買買提依明*

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002；2.新疆塔克拉瑪干沙漠氣象國家野外科學(xué)觀測研究站，新疆 烏魯木齊 830002；3.中國氣象局塔克拉瑪干沙漠氣象野外科學(xué)試驗基地，新疆 烏魯木齊 830002；4.新疆沙漠氣象與沙塵暴重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830002）

近年來，塔克拉瑪干沙漠及其周圍地區(qū)的暴雨變得比以往時期都頻繁[1]。由于特殊的地理位置、地表類型和土壤質(zhì)地，幾小時內(nèi)降雨量達(dá)數(shù)十毫米的局部強(qiáng)降水可能會在塔克拉瑪干沙漠周邊的天山和昆侖山山坡引發(fā)山洪或泥石流，造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，準(zhǔn)確及時的天氣預(yù)報至關(guān)重要。然而，由于塔克拉瑪干沙漠乃至整個中亞常規(guī)觀測相對稀疏，使得該地區(qū)數(shù)值天氣預(yù)報的初始場具有極大的不確定性[2-5]，因此須借助高分辨率的數(shù)值模式和全球均一分布的極軌衛(wèi)星探測資料[6-7]。

資料同化是高分辨率的數(shù)值模式獲得最優(yōu)初始場的重要手段，除常規(guī)觀測外，衛(wèi)星觀測是目前廣泛使用2 個主要觀測資料來源之一，衛(wèi)星輻射亮溫和衍生產(chǎn)品構(gòu)成了大多數(shù)業(yè)務(wù)中的全球NWP 模式所積極同化的90%以上的觀測數(shù)據(jù)[8]。微波相比紅外、可見光等衛(wèi)星探測方式有能夠穿透薄云的優(yōu)點，同化微波探測資料能明顯改進(jìn)數(shù)值預(yù)報模式初始場[9]。

1998 年第一個搭載先進(jìn)微波濕度計AMSU-B的極軌衛(wèi)星NOAA-15 發(fā)射升空，微波濕度計資料開始應(yīng)用于國內(nèi)外的許多數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)中心和研究機(jī)構(gòu)。由于濕度變量是所有分析變量中具有最弱高斯型和最小均勻各向同性的背景誤差分析變量，同時大氣中的水汽對溫度和濕度相當(dāng)敏感，反饋過程的緩慢致使沒有先進(jìn)的分析方法能夠提高處理濕度資料的能力，缺乏絕對校準(zhǔn)的濕度資料給處理觀測偏差和模式偏差帶來很大的困難，這也成為確定全球的濕度分布和平衡水循環(huán)的主要問題之一[10]。因此對水汽資料的分析和研究意義重大。一些研究表明，中層水汽初值的不確定性可造成數(shù)值模式預(yù)報場顯著的不確定性，尤其是對短期預(yù)報[11]。Geer[12]、Singh等[13-14]，Otkin[15]通過直接同化濕度探測通道數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)能改進(jìn)全球模式對流層中高層水汽分布、溫度場以及風(fēng)場的分析和預(yù)報。中國學(xué)者也對微波濕度計輻射率資料的直接同化進(jìn)行了大量研究工作[16-20]，進(jìn)一步明確了同化微波濕度計資料對數(shù)值天氣預(yù)報的積極作用。風(fēng)云三號是我國第二代極軌氣象衛(wèi)星，F(xiàn)Y-3C 上所搭載的新型微波濕度儀MWHS-Ⅱ也廣受關(guān)注。Lawrence 等[21]在ECMWF 中對微波濕度計資料進(jìn)行了質(zhì)量評價，并試圖將部分通道在ECMWF 的系統(tǒng)中進(jìn)行同化。然而，目前FY-3C/MWHS-Ⅱ微波濕度計資料在中亞區(qū)域的氣象預(yù)報業(yè)務(wù)中還沒有得到廣泛地使用。FY-3C/MWHS-Ⅱ微波濕度計資料的有效利用對進(jìn)一步改善中亞區(qū)域的數(shù)值預(yù)報效果具有重要意義。

然而，怎樣在數(shù)值天氣預(yù)報中最有效地同化衛(wèi)星微波濕度計的資料至今仍具有很大的挑戰(zhàn)[22]，主要包括對云和降水資料的檢測、偏差訂正以及對地面發(fā)射率的修正等[23]。由于觀測算子在云、降水粒子及性質(zhì)復(fù)雜下墊面等因素影響下模擬輻射傳輸過程不準(zhǔn)確，以及資料的觀測誤差較大等原因，實際同化應(yīng)用時必須對微波探測資料加以認(rèn)真篩選[24]。

首先，衛(wèi)星資料的同化要求利用RTTOV 正演的輻射率和觀測的殘差滿足均值為零的高斯分布。因此，衛(wèi)星資料偏差分析尤為必要。隨著大氣輻射物理過程研究的不斷深入，輻射傳輸模式考慮分物理過程越來越完善，模擬精度也越來越高。Eyre 等[25]提出利用輻射傳輸模式可以直接同化衛(wèi)星輻射輻射亮溫，并利用變分同化成功地將星載大氣垂直探測資料進(jìn)行直接同化，使衛(wèi)星資料在數(shù)值模式中的應(yīng)用進(jìn)入一個新的階段。為了實現(xiàn)衛(wèi)星資料在數(shù)值模式中的直接同化，Weng 等[26]對輻射傳輸模式（Vector Discrete -Ordinate Radiative Transfer Model，VDISORT）進(jìn)行研究和改進(jìn)，丁偉鈺等[27]利用快速輻射傳輸模式（Radiative Transfer for TOVS，RTTOVS）模擬HIRS-3 紅外輻射亮溫，發(fā)現(xiàn)不考慮有云的情況下模擬輻射亮溫顯著偏高。鑒于此，本研究首先分析FY-3C MWHS -Ⅱ觀測輻射亮溫偏差分布特征，為下一步的業(yè)務(wù)同化工作做好準(zhǔn)備。

其次，為使衛(wèi)星探測器觀測到的輻射率和輻射亮溫能夠直接應(yīng)用于數(shù)值天氣預(yù)報模式中并且獲得正效應(yīng)，需要將衛(wèi)星觀測和模擬輻射亮溫偏差進(jìn)行訂正。Eyre[28]在McMillin 等[29]的研究基礎(chǔ)上，對模擬的TIROS 大氣垂直探測儀（TOVS）資料進(jìn)行偏差訂正研究。由于受到衛(wèi)星掃描角和氣團(tuán)的影響，將衛(wèi)星資料的偏差訂正分為兩步進(jìn)行：掃描偏差和氣團(tuán)偏差訂正，但是在提出的方案中沒有考慮掃描偏差隨緯度帶的變化，具有緯度依賴性。Harris 和Kelly[30]改進(jìn)Eyre 的訂正方案[28]，研究掃描偏差訂正需要考慮緯度變化，將地球進(jìn)行緯度帶劃分，并用模式背景場參數(shù)作為氣團(tuán)預(yù)報因子，以消除輻射傳輸模式模擬的不準(zhǔn)確所帶來的系統(tǒng)偏差。之后，Harris 和Kelly[31]提出的靜態(tài)離線偏差訂正方法廣泛地應(yīng)用于衛(wèi)星資料的偏差訂正。本研究擬采用變分偏差訂正方法對FY-3C MWHS-Ⅱ輻射率資料進(jìn)行偏差訂正，分析偏差訂正前后各通道觀測殘差的概率密度分布變化。

針對FY-3C/MWHS-2 的觀測性能及其在不同NWP 系統(tǒng)中的影響，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了許多研究工作。Lu 等[32]指出，F(xiàn)Y-3C/MWHS-2 儀器總體上表現(xiàn)出良好的數(shù)據(jù)質(zhì)量，可以與其他具有183 GHz信道類似能力的儀器相媲美。Lawrence 等[33]評估了FY-3C/MWHS-2 的數(shù)據(jù)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)同化118 和183 GHz 通道的數(shù)據(jù)可以提高ECMWF 系統(tǒng)中12 h 短程預(yù)報和2～4 d 風(fēng)力預(yù)報的準(zhǔn)確性。Carminati 等[34]發(fā)現(xiàn)英國氣象局全球數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)中FY-3C/MWHS-2 的全天輻射數(shù)據(jù)同化顯著改善了短期預(yù)報效果。Lindskog 等[35]提出，F(xiàn)Y-3C/3D MWHS-2 填補了午夜和清晨北歐地區(qū)微波輻射數(shù)據(jù)的不足，對預(yù)報質(zhì)量產(chǎn)生了積極影響。

本研究在質(zhì)量控制和偏差訂正的基礎(chǔ)上，在RMAPS-CA[36]中同化了FY-3C/MWHS-Ⅱ水汽通道輻射率資料，并客觀評估其同化對地面和高空多要素預(yù)報效果的影響。

1 資料和方法

1.1 RMAPS-CA 系統(tǒng)

琚陳相等[37]已具體介紹了RMAPS-CA 的開發(fā)歷程及預(yù)報性能評估結(jié)果，本研究所用RMAPS-CA的基本配置見表1。RMAPS-CA 中使用的WRFDA V4.1.2 同化系統(tǒng)采用了三維變分同化。

表1 本研究所用RMAPS-CA 參數(shù)配置

1.2 FY-3C/MWHS-Ⅱ輻射率

FY-3C/MWHS-Ⅱ包含了15 個不同頻率的通道，其中通道11～15 主要探測對流層300～700 hPa的大氣濕度信息，是本研究中分析和同化時所選擇的通道。各水汽通道的中心頻率、極化方式和水平分辨率見表2。

表2 FY-3CMWHS-Ⅱ各水汽通道窗區(qū)信息

1.3 同化實驗

1.3.1 實驗設(shè)計

對FY-3C/MWHS-Ⅱ的同化應(yīng)用試驗均在RMAPS-CA 框架下開展，并在RMAPS-CA 的同化模塊WRFDA（V4.0）中使用了快速輻射傳輸模型RTTOVS（v13.1）[38]。同化實驗僅在9 km 分辨率的母網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)開展，同化試驗生成的初始場為RMAPS-CA 子網(wǎng)格提供邊界條件。所有同化效果評估針對子網(wǎng)格區(qū)域展開。為評估RMAPS-CA 中同化FY-3C/MWHS-Ⅱ輻射率的影響，進(jìn)行了兩組平行的數(shù)據(jù)同化和預(yù)報實驗。第一組（命名為RMAPS）為RMAPS-CA 業(yè)務(wù)運行的結(jié)果。第二組（命名為FY3C）實驗在第一組實驗中增加了FY-3C/MWHS-Ⅱ輻射率數(shù)據(jù)的同化，以產(chǎn)生可能優(yōu)化的分析場和在時間維上積分后得到的預(yù)報場。同化實驗時間段為2022 年5 月1—31 日，于每日0：00、6：00、12：00和18：00 UTC 冷啟動。使用三維變分同化技術(shù)，同化時間窗口為±3 h。

1.3.2 輻射率資料預(yù)處理

中國改革開放40年來基本消除了現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下的農(nóng)村絕對貧困，在扶貧開發(fā)的過程中，探索并形成了大規(guī)模減貧的中國經(jīng)驗。中國扶貧的基本經(jīng)驗是：通過發(fā)展減貧，提升貧困地區(qū)和貧困人口自我發(fā)展能力，實行精準(zhǔn)扶貧，堅持扶貧創(chuàng)新，堅持黨和政府領(lǐng)導(dǎo)、群眾主體、社會參與的基本扶貧制度，堅持持續(xù)扶貧。

在MWHS-Ⅱ輻射率同化實驗中，僅選擇了各水汽通道的晴空輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行同化。由于各種誤差，需要對輻射觀測進(jìn)行一系列的質(zhì)量控制。質(zhì)量控制后保留了3 776 個觀測值中的2 120 個，總觀測量的約56%用于數(shù)據(jù)同化。極軌衛(wèi)星通常每天兩次經(jīng)過特定區(qū)域[37]，但由于FY-3C/MWHS-Ⅱ每次掃過同一地理位置的時間并不是固定的，且RMAPS-CA系統(tǒng)覆蓋整個中亞，范圍較大，所以在每天4 次的冷啟動分析時間窗口內(nèi)，F(xiàn)Y-3C 衛(wèi)星可以每天超過2次為RMAPS-CA 系統(tǒng)提供相對豐富的觀測數(shù)據(jù)。

在質(zhì)量控制后的衛(wèi)星輻射觀測中，偏差仍然不可避免，包括與同化系統(tǒng)相關(guān)的系統(tǒng)誤差和與空氣質(zhì)量相關(guān)的誤差。這些誤差可能會因衛(wèi)星儀器的掃描位置、地理參數(shù)、時間和空氣質(zhì)量而有所變化[35]。它們通常是同化系統(tǒng)中的誤差源。因此，應(yīng)訂正首次猜測的模擬亮溫和衛(wèi)星測量的亮溫之間的偏差。本研究使用了變分偏差校正（VarBC）方案[39]。相應(yīng)的預(yù)測系數(shù)可以根據(jù)循環(huán)運行中的統(tǒng)計信息進(jìn)行自適應(yīng)更新和優(yōu)化。在大多數(shù)全球模型中，變分方案首先用于直接同化衛(wèi)星輻射。對于區(qū)域模型，由于在有限的時間和空間范圍內(nèi)數(shù)據(jù)覆蓋不均勻，極軌衛(wèi)星觀測的數(shù)量在不同周期之間變化很大。在本研究中，通過開展為期一個月（31 d）的偏差訂正實驗以獲得統(tǒng)計上更可靠的所有MWHS-Ⅱ輻射率的預(yù)測系數(shù)。這些初始偏差系數(shù)在同化MWHS-Ⅱ的下一個實驗中通過循環(huán)分析進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。根據(jù)三維變分同化方法的公式，假設(shè)觀測和背景中的系統(tǒng)誤差是無偏的[39]，觀測減去背景的輻射亮溫偏差（OMB）應(yīng)符合高斯分布。圖1 是偏差訂正前后FY-3C/MWHS-Ⅱ所有水汽通道進(jìn)行偏差訂正（虛線）和無偏差訂正（實線）的偏差分布概率密度圖。與無偏差校正的分析增量相比，有偏差校正的輻射亮溫偏差概率密度呈現(xiàn)近似高斯分布，輻射亮溫偏差概率密度平均值更接近于零。結(jié)果表明，通過偏差訂正可以獲得更好的偏差性能。

圖1 偏差訂正前后各水汽通道的偏差概率密度

1.4 客觀檢驗

為評估FY-3C/MWHS-Ⅱ輻射率同化對RMAPS-CA 系統(tǒng)預(yù)報效果的影響，比較了有無同化分析初始化的預(yù)報相對于觀測的異同。在本研究中，用于驗證的觀測值主要來自國家地面自動氣象站和探空廓線，這些數(shù)據(jù)首先通過一系列質(zhì)量控制程序進(jìn)行處理[29]。超過1 500 個地面站可以提供2 m 高度的表面溫度、濕度和10 m 的風(fēng)速及每小時的降雨量。對于相同時間點網(wǎng)格點中的值將與最近的觀測值相匹配以進(jìn)行比較。上層大氣溫度、濕度和風(fēng)廓線觀測值每天在世界時0：00、6：00、12：00 和18：00可用。本文涉及到的檢驗的量包括大氣溫度、高空溫度、位勢高度、2 m 溫度、10 m 風(fēng)速和降水。其中，平均誤差（MB）和均方根誤差（RMSE）可根據(jù)預(yù)報和觀測值之間的差異計算。它們用于評估由于MWHS-Ⅱ輻射數(shù)據(jù)的同化而導(dǎo)致的溫度、濕度和風(fēng)場的預(yù)報改善。降水預(yù)報性能檢驗主要計算其TS 評分及BIAS 評分。此客觀檢驗中計算平均偏差（公式1）、均方根誤差（公式2）、TS 評分（公式3）及BIAS 評分（公式4）公式如下：

其中：r 和n 分別表示預(yù)報和觀測時間，fr和rn分別表示預(yù)報和觀測值。

其中：Nyy為預(yù)報正確站（次）數(shù)，Nny為空報站（次）數(shù)，Nyn為漏報站（次）數(shù)。

2 結(jié)果分析

2.1 分析增量統(tǒng)計

為了驗證偏差校正的有效性，首先對比分析有無偏差訂正背景場輻射亮溫和分析場輻射亮溫相對于分析場輻射亮溫、觀測輻射亮溫的偏差。圖2 給出了2022 年5 月29 日00 時FY-3C/MWHSⅡ各水汽通道探測的背景場輻射亮溫和分析場輻射亮溫的偏差分布情況。無偏差訂正時，F(xiàn)Y-3C/MWHSⅡ通道11 和通道12 的背景場輻射亮溫平均偏差在1～2 K，但在通道13 和通道14，輻射亮溫偏差較大，均＞4 K。有偏差訂正時，各水汽通道的背景場輻射亮溫偏差和分析場輻射亮溫偏差均在1 K 以內(nèi)。偏差訂正后，各水汽通道的分析場輻射亮溫偏差整體＜0.3 K。均方根誤差在訂正前后分別在2.2～2.3 和2.2～2.7 K，在通道14 減幅最大，約為0.3 K。偏差訂正后，分析場輻射亮溫均方根誤差在0.6～1.4 K，均方根誤差在11 通道最小，15 通道最大。

圖2 2022 年5 月29 日00 時FY-3C/MWHS-Ⅱ各通道背景場增量和分析場增量

圖3 給出了2022 年5 月1 日00 時—31 日18時FY-3C/MWHS-Ⅱ各水汽通道偏差訂正前后背景場亮溫和分析場亮溫的平均偏差和均方根誤差隨時間的變化情況。偏差訂正前，通道11～15 的背景場輻射亮溫偏差分別在0～2、0～2、3～5、5～7 和-2～0 K，其中通道11～14 對應(yīng)的RMAPS-CA 系統(tǒng)的背景場輻射亮溫整體高于觀測輻射亮溫，通道15 反之。偏差訂正顯著減小了各水汽通道的背景場輻射亮溫偏差。偏差訂正后，通道11～15 的背景場輻射亮溫偏差均在-1～1 K，而分析場輻射亮溫偏差均接近0 K。另外，偏差訂正整體減小了通道11～15 背景場輻射亮溫均方根誤差，對通道14 的減小幅度最大。偏差訂正前，通道14 的背景場輻射亮溫均方根誤差在2～3 K，其余通道的背景場輻射亮溫均方根誤差均在2～2.5 K。偏差訂正后，通道14 的背景場輻射亮溫均方根誤差在2～2.5 K，而其余通道的背景場輻射亮溫均方根誤差與偏差訂正前變化不大，仍在2～2.5 K。偏差訂正后，通道12 的分析場輻射亮溫均方根誤差均在2～2.5 K，其余通道整體在0.5～1 K。

圖3 2022 年5 月1—31 日FY-3C/MWHS-Ⅱ各通道偏差訂正前后觀測場亮溫減去背景場亮溫的偏差（圖中的OMB_NB 和OMB_WB）及偏差訂正后觀測場亮溫減去分析場亮溫偏差（圖中的OMA）隨時間的變化

2.2 同化效果評估

為研究FY-3C/MWHS-Ⅱ輻射數(shù)據(jù)對RMAPS-CA 系統(tǒng)中短期預(yù)報的影響，對有無同化的24 h 預(yù)報結(jié)果比較，并根據(jù)觀測結(jié)果進(jìn)行評估。圖4 給出了2022 年5 月1—31 日有無FY-3C/MWHS-Ⅱ輻射數(shù)據(jù)兩組實驗共124 個預(yù)報場中高空溫度、位勢高度和高空風(fēng)速平均偏差和均方根誤差的平均值。同化FY-3C/MWHS-Ⅱ輻射數(shù)據(jù)后，溫度平均偏差和均方根誤差較同化前在各個預(yù)報時次均整體減小，僅在積分24 h 后的800 hPa 以下的低層略有增大。同化后，位勢高度預(yù)報偏差和均方根誤差在預(yù)報開始時（00 時）的500 hPa 以下的低層明顯增大，在其他各個時次各個高度層均整體減小。同化使得位勢高度場在低層的偏差顯著增大的現(xiàn)象也曾在同化其他星載微波濕度計和紅外高光譜輻射率資料時出現(xiàn)過，原因不明[40-41]。同化后，高空風(fēng)速預(yù)報偏差和均方根誤差在各個預(yù)報時次各個氣壓層均整體減小。FY-3C/MWHS-Ⅱ輻射數(shù)據(jù)的同化可以有效改善RMAPS-CA 系統(tǒng)對高空溫度、位勢高度和高空風(fēng)速的短期預(yù)報效果。

圖4 同化前后高空溫度（a、b）、位勢高度（c、d）和高空風(fēng)速（e、f）的平均偏差（a、c、e）和均方根誤差（b、d、f）

圖5 為FY-3CMWHS-Ⅱ輻射率同化前后各預(yù)報時效的2 m 溫度和10 m 風(fēng)速的預(yù)報偏差和均方根誤差。FY-3CMWHS-Ⅱ輻射率同化對24 h 內(nèi)2 m溫度和10 m 風(fēng)速的預(yù)報均有明顯的改善效果。同化前后，2 m 溫度預(yù)報的平均偏差和均方根均隨積分時長的延長而增大。同化前后，預(yù)報2 m 溫度均整體高于觀測值，2 m 溫度預(yù)報的平均偏差均為正值，偏差分別在0.6～3.3 和0.6～3.5 K，偏差平均值分別為1.78 和1.81 K，偏差平均減幅為0.04 K。同化前后，2 m 溫度預(yù)報的均方根誤差分別在2.8～4.4 和1.8～2.7 K，2 m 溫度預(yù)報的均方根誤差分別為2.3和2.1 K，減幅大值均可達(dá)0.5 K 左右，減幅平均值為0.2 K。同化前后，10 m 風(fēng)速預(yù)報的平均偏差隨著預(yù)報時效的延長而增大，均方根誤差隨時間的變化并非單調(diào)遞增，且同化前后均方根誤差極大值均出現(xiàn)在初始時刻。10 m 風(fēng)速預(yù)報的平均偏差在同化前后分別在偏差分別在0.6～3.3 和0.6～3.5 m/s，偏差平均值為1.8 m/s 左右，偏差平均減幅為0.04 m/s。同化前后，10 m 風(fēng)速預(yù)報的均方根誤差分別在2.5～4.2 和2.6～4.4 m/s，均方根誤差平均值分別為0.1 和2.1 m/s，平均減幅為2.0 m/s。FY-3CMWHS-Ⅱ輻射率同化整體提高了2 m 溫度和10 m 風(fēng)速的預(yù)報準(zhǔn)確率。

圖5 同化前后各預(yù)報時長2 m 溫度和10 m 風(fēng)速的預(yù)報平均偏差（MB）和均方根誤差（RMSE）

圖6 給出了同化前后晴雨（0.1 mm）預(yù)報、中雨（6.1 mm）預(yù)報和大雨（12.1 mm）預(yù)報的TS 評分（圖6a）和BIAS 評分（圖6b）。FY-3CMWHS-Ⅱ輻射率同化整體提高了各個量級降水預(yù)報的準(zhǔn)確率。同化FY-3CMWHS-Ⅱ輻射率前，RMAPS-CA 預(yù)報晴雨、中雨、大雨的TS 評分平均值分別為0.25、0.04 和0，同化后，分別為0.41、0.04 和0，將小雨預(yù)報的TS 評分提高了16%。同化前，RMAPS-CA 預(yù)報晴雨、中雨、大雨的BIAS 評分平均值分別為0.60、0.19 和0.08，同化后，分別為0.78、0.57 和0.44，有效降低了小雨預(yù)報的漏報率和空報率，降低了中雨和大雨預(yù)報的漏報率，3 個量級降水預(yù)報的BIAS 評分分別提升了18%、38%和36%，改善效果非常明顯。

圖6 同化前后降水預(yù)報的TS 評分（a）和BIAS 評分（b）

3 結(jié)論

FY-3C 衛(wèi)星搭載微波濕度傳感器MWHS-Ⅱ水汽探測通道輻射率能夠為中亞探空稀疏區(qū)數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)RMAPS-CA 提供豐富的大氣探測信息，可減小該地區(qū)數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)初始場的不確定性。本研究首次實現(xiàn)了FY-3C/MWHS-Ⅱ水汽探測通道輻射率在RMAPS-CA 中的同化，開展了2021 年5 月1—31 日逐6 h 冷啟動的資料同化試驗，預(yù)報時效24 h。以地基常規(guī)觀測為真值，客觀評估了其同化效果。得出以下結(jié)論：

（1）偏差訂正前，RMAPS-CA 背景場亮溫在通道11～14 整體高于FY-3C/MWHS-Ⅱ觀測亮溫，僅在通道15 略低于觀測亮溫。經(jīng)過一系列的質(zhì)量控制和偏差訂正后，約有56%的輻射率資料被RMAPSCA 同化，且背景場和觀測場間的亮溫偏差大幅減小，偏差值更加接近于0，說明FY-3C/MWHS-Ⅱ能夠在RMAPS-CA 中取得良好的同化分析效果。

（2）FY-3C/MWHS-Ⅱ輻射率的同化整體提高了RMAPS-CA 系統(tǒng)對高空溫度、位勢高度、風(fēng)速等高空要素的中短期預(yù)報準(zhǔn)確率，僅使得預(yù)報初始時刻位勢高度預(yù)報偏差增大。

（3）FY-3C/MWHS-Ⅱ輻射率的同化提高了RMAPS-CA 系統(tǒng)對2 m 溫度和10 m 風(fēng)速的預(yù)報準(zhǔn)確率。在0～24 h 預(yù)報時效內(nèi)，均方根誤差的減幅平均值為分別為0.2 K 和2 m/s。

（4）FY-3CMWHS-Ⅱ輻射率同化有效降低了小雨預(yù)報的漏報率和空報率，小雨預(yù)報的TS 評分提升了16%。其同化降低了中雨和大雨預(yù)報的漏報率，3 個量級降水預(yù)報的BIAS 評分分別提升了18%、38%和36%。

本研究以常規(guī)觀測為真值進(jìn)行偏差分析和同化效果評估，上述結(jié)論的客觀性取決于觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和驗證方法。首先，觀測值的空間分布也是直接影響結(jié)果評估的一個重要因素。第二，該實驗研究的時間對象是5 月，在后續(xù)研究工作中，可考慮擴(kuò)展到其它季節(jié)，使得結(jié)論更具有普適性和代表性。第三，F(xiàn)Y-3C/MWHS-Ⅱ輻射率的同化使得預(yù)報初始時刻位勢高度預(yù)報偏差增大，其原因有待于進(jìn)一步深入探究。另外，今后將繼續(xù)開展受云影響的FY3C/MWHS-Ⅱ輻射率的質(zhì)量控制技術(shù)及其在區(qū)域數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)中的應(yīng)用評估等研究工作。