静止卫星成像仪与高光谱探测仪协同反演云宏观物理特性

云宏观物理特性（如云相态、云顶高度、云底高度）的精确反演对天气监测和气候研究至关重要。卫星遥感技术是获取云宏观物理特性的最主要手段，基于卫星成像仪的反演方法通常依赖再分析数据（如ERA-5）提供的气象场数据。中国新一代静止气象卫星风云四号A（FY-4A）搭载的*地球静止辐射成像仪（AGRI）和地球静止干涉式红外探测仪（GIIRS），两者可以实现协同观测，为近实时、全天时的云特性反演提供了新机遇。

将AGRI的红外通道观测数据与GIIRS的辐射强度结合，通过“云清除"技术在部分云覆盖区域仍能提取有效大气温、湿度廓线信息，替代传统ERA-5再分析数据，进而单纯使用卫星观测数据实现实时的云物理特性反演。

实验结果表明，引入GIIRS数据后，模型精度显著提升。在独立测试集上，AGRI+GIIRS组合模型的反演精度全面优于传统方法：云相态分类准确率达89.05%，较仅用AGRI数据提升1.5%（图1）；增加气象场或GIIRS晴空辐射强度能够有效改善冰云识别准确率。云顶高度（CTH）与云底高度（CBH）的均方根误差（RMSE）分别为2.39 km和2.27 km（图2）。使用AGRI和GIIRS数据的模型在CTH和CBH的反演上表现出较高的准确性，优于仅使用AGRI数据的模型。

图1. 云相态分类模型的结果（a）仅使用AGRI观测建模，（b）AGRI观测结合ERA-5大气温湿廓线建模和（c）AGRI观测结合GIIRS等效晴空辐射建模。

图2. DNN模型反演的云顶高度（a-c）、云底高度（d-f）散点密度图，其中颜色对应散点出现频率；三列分别代表仅使用AGRI观测建模（a, d），AGRI观测结合ERA-5大气温湿廓线建模（b, e）和AGRI观测结合GIIRS等效晴空辐射建模（c, f）。

 GIIRS数据的引入不仅使反演模型在反演精度上接近引入ERA-5数据模型的精度，且具备近实时性优势——GIIRS每2小时实现一次观测。这一研究使得静止卫星能够实现全天时、高时效的云宏观物理特性监测，为台风预警和强对流天气跟踪提供关键支持。

该研究是将静止卫星成像仪与高光谱探测仪协同用于云特性反演。