近日，巢湖學(xué)院電子工程學(xué)院王根博士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合遼寧省人工影響天氣辦公室、南京信息工程大學(xué)、安徽省氣象臺及中國科學(xué)院大氣物理研究所，在空天遙感與數(shù)值天氣預(yù)報(bào)交叉研究方面取得新進(jìn)展。在國際知名期刊《Remote Sensing》（中科院二區(qū)）發(fā)表了相關(guān)研究成果《Generalized Variational Retrieval of Full Field-of-View Cloud Fraction and Precipitable Water Vapor from FY-4A/GIIRS Observations》。

       本研究針對空天衛(wèi)星紅外遙感資料在云區(qū)應(yīng)用的技術(shù)難題，在變分控制理論方法上進(jìn)行了深入探索。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“廣義變分反演”新方法，能夠利用我國風(fēng)云四號A星高光譜紅外探測資料，實(shí)現(xiàn)對全視場點(diǎn)的云分?jǐn)?shù)和大氣可降水量的高精度、高頻次反演。這項(xiàng)技術(shù)將提升對臺風(fēng)等致災(zāi)性天氣的監(jiān)測和預(yù)警能力，也為低空經(jīng)濟(jì)氣象服務(wù)提供數(shù)據(jù)產(chǎn)品支撐。

       本研究的核心創(chuàng)新，在于對傳統(tǒng)變分同化控制框架進(jìn)行了拓展：

       1.引入“云狀態(tài)”控制變量：研究團(tuán)隊(duì)將有效云分?jǐn)?shù)和有效云頂氣壓納入變分反演的控制變量集。此算法在反演大氣溫、濕廓線的同時(shí)，也將云的宏觀狀態(tài)作為核心求解目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了從“大氣狀態(tài)控制”到“云-氣聯(lián)合狀態(tài)控制”的跨越。

       2.設(shè)計(jì)“云代價(jià)函數(shù)”物理約束：為解決云參數(shù)反演的不確定性，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了耦合“云代價(jià)函數(shù)”的約束項(xiàng)，并將其嵌入變分同化的目標(biāo)泛函中。這一設(shè)計(jì)為整個(gè)反演系統(tǒng)施加了合理的物理約束，確保了在復(fù)雜的迭代優(yōu)化過程中，云參數(shù)的解始終保持在物理合理的范圍內(nèi)，提升了反演的穩(wěn)定性和精度。

       3.優(yōu)化“觀測算子”與“控制策略”：研究發(fā)展了信息熵“三步法”的高光譜通道優(yōu)選方法，如同為衛(wèi)星配備了“智能濾鏡”，篩選出信息量最大的通道組合，有效控制了反演問題的維度。同時(shí)，以“最小剩余法”快速反演的云參數(shù)作為初值，為廣義變分迭代提供了高質(zhì)量的初始猜測，大幅提升了控制極小化迭代過程的收斂效率和反演成功率。

       研究團(tuán)隊(duì)表示，后續(xù)工作將聚焦量子驅(qū)動(dòng)的非高斯同化等前沿方向進(jìn)行探索。該研究獲得了安徽省高校杰出青年科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

       論文鏈接：https://www.mdpi.com/2072-4292/17/22/3687

新聞鏈接：https://www.chu.edu.cn/dzgc/2025/1114/c2306a200408/page.htm

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