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原创 大气与海洋科学系 和风沐雨光华复旦 2025年10月20日
✦ 科研进展
大气可降水量是衡量大气中水汽含量的重要指标，对水文过程、天气预报以及气候研究都具有关键意义。精确获取全天候的大气可降水量，不仅有助于深入认识地气系统中的物质与能量循环，对水资源的高效利用也具有重要价值。静止气象卫星能够提供连续、高分辨率的观测数据，非常适合开展大范围的实时大气可降水量监测。然而，云层的存在给基于静止卫星观测的大气可降水量反演带来了严峻挑战。
为了解决这一问题，复旦大学大气与海洋科学系张峰课题组基于静止卫星葵花-8/AHI的热红外观测数据，结合生成式扩散模型，率先构建了一个全天候大气可降水量反演模型，随后利用无线电探空仪观测对该模型进行了进一步订正，从而获得最终的反演结果。
利用2018年的探空数据进行评估表明，在全天候条件下，所提出的方法（TPWDiff-CB）反演的大气可降水量与探空观测结果高度一致。TPWDiff-CB能够有效捕捉水汽分布的空间特征，反演的相关系数（R）高达0.98，均方根误差（RMSE）为4.51 mm（图1a–d），成功克服了利用静止卫星反演大气可降水量时云层存在的难题。与传统随机森林模型（RF-CB）的反演结果（R=0.92，RMSE=8.05 mm）对比表明（图1e–h），TPWDiff-CB在时空反演中展现出更强的稳健性。此外，TPWDiff-CB在不同站点的长时间序列上均具有较好的表现，能够更可靠地捕捉长期大气可降水量的变化趋势（图2）。
图1. TPWDiff-CB（a–d）和 RF-CB（e–h）反演的2018年大气可降水量与无线电探空仪观测得到的大气可降水量对比的相关系数（R）、平均相对误差（MBE）、平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE）空间分布图。
图2. TPWDiff-CB与RF-CB反演的大气可降水量结果与探空观测的大气可降水量的在不同站点的比较。
上述相关成果已发表在Geophysical Research Letters杂志上，第一作者是复旦大学大气与海洋系博士生肖海霞，通讯作者为复旦大学大气与海洋科学系张峰教授。论文共同作者还包括复旦大学大气与海洋科学系张人禾院士、国家气象卫星中心陆风研究员、中国气象局人工影响天气中心蔡淼高级工程师与日本理化学研究所王凌霄研究员。
✦ 论文信息
Xiao, H., Zhang, F., Zhang, R., Lu, F., Cai, M., & Wang, L. (2025). Retrieval of total precipitable water under all‐weather conditions from Himawari‐8/AHI observations using the generative diffusion model. Geophysical Research Letters, 52, e2025GL117075.
https://doi.org/10.1029/2025GL117075 | 
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