Page 249 - 《高原气象》2025年第6期
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6 期                    王诗涵等：FY-3E/GNOS和COSMIC-2掩星数据质量对比分析                                  1657
               等， 2016）， 而数据精度与探空站资料相当， 纬度变                      载荷提供偏差订正基准， 也有利于提升我国在
               化对湿温廓线质量影响显著（王耀兴等， 2021）。                         WMO全球气候观测系统中的数据集贡献率。
               COSMIC-2卫星系统的信噪比高于以往任何无线电                         2  数据来源与方法介绍
               掩星任务， 能更好地观测大气边界层深度及超折射
               现象（Ho et al， 2020）。                               2. 1 GNSS RO掩星资料及匹配
                   中 国 的 风 云 三 号（FY-3）系 列 卫 星 通 过 搭 载                风云三号 E（FY-3E）卫星于 2021 年 7 月 5 日成
               GNSS 接收机， 逐步构建自主掩星观测体系。其中                         功发射， 搭载了全球导航卫星系统（GNSS）接收
               FY-3C 卫星的掩星数据反演显示， 现有研究显示其                        机， 可同步接收北斗（BDS）和 GPS 导航信号， 每天
               数据质量已达到较高水平（廖蜜等， 2015）， 弯曲角                       观测 600~1000 个掩星事件。本研究使用了 2022 年
               和折射率平均偏差约 0. 5%， 标准偏差约 2%， 温度                     6 月 至 2024 年 9 月 期 间 由 国 家 卫 星 气 象 中 心
               平 均 偏 差 0. 5  K，  标 准 偏 差 约 2  K（Liao  et  al，   （NSMC）提供的 FY-3E/GNOS 掩星数据， 采用一级
               2016）， 在 5~25 km 高度与 ERA-Interim 再分析资料            产品中的大气附加相位和二级产品中的大气温度
               偏差小于 0. 2%（Liao et al， 2019）。2021 年发射的            廓线（ATP）及湿大气廓线（WAP）， 包括时间、 FY-
               FY-3E 卫星实现北斗/GPS 双系统信号接收， 每日产                     3E卫星位置和速度、 信噪比、 经纬度、 温度、 气压、
               生 600~1000 个掩星事件， 显著提升全球观测密度。                     折射率、 海拔等垂直廓线信息。
               初步验证表明， 其折射率与探空气球数据具有良好                               COSMIC-2 卫星于 2019 年 6 月 25 日成功发射，
               一致性， 与探空仪的平均差异较小， 标准偏差小于                          轨道倾角为 24°， 在±45°纬度范围内每天提供超过
               5%（徐晓华等， 2020）， 与 FY-3D GNOS 数据在 5~               4000条大气廓线。该卫星采取开环处理技术， 显著
               25 km 高度折射率偏差小于 0. 5%（标准偏差<2%）。                   提高了热带低层大气掩星信号的准确度， 并大幅增
               FY-3E 作为中国首颗晨昏轨道气象卫星， 搭载的                         加了数据量， 为分析和反演提供了更丰富的资料。
               GNOS  II 探 测 器 可 提 供 高 时 空 分 辨 率 数 据 ，  与         本研究使用了 2022 年 6 月至 2024 年 9 月期间的
               ERA5 对比显示 BDS/GPS 折射率平均偏差分别为                      COSMIC-2 ROs 数据， 这些数据由 COSMIC 数据分
               -0. 14% 和 0. 01%， 标准差达 1. 11%~1. 52%（He et        析和档案中心（COSMIC Data Analysis and Archival
               al， 2023）。                                        Center， CDAAC）提供。本研究采用 COSMIC-2 的
                   过去对 FY-3E的研究利用大气廓线进行质量评                       二级产品 wetPrf/wetfP2 和 atmPrf， 涵盖了折射率、
               估， 但尚未使用 ERA-Interim 长期数据进行分析，                    弯角、 温度、 气压、 水汽压等垂直廓线数据。
               折射率偏差和弯角偏差及其随纬度和高度的变化                                 此外， 本研究使用了 2022年 6月至 2024年 9月
               也未得到充分研究。目前对 FY-3E/GNOS掩星观测                       期间的 ERA5 再分析资料。ERA5 是欧洲中期天气
               资料质量评估的文献较少， 仍需进一步研究。本文                           预 报 中 心（European  Centre  for  Medium-Range
               旨在对比 FY-3E/GNOS 与 COSMIC-2 的掩星数据，                 Weather Forecasts， ECMWF）提供的全球气候系统
               评估两者在大气折射率和弯角廓线上的观测精度                             的第五代大气再分析资料， 具有高时空分辨率， 涵
               与数据质量， 并分析两者在不同高度层上的探测能                           盖大气、 陆地和海洋资料。ERA5 再分析资料时空
               力。通过对比 FY-3E 与 ERA5 再分析资料之间的偏                     分布连续， 可有效降低时空匹配中的样本代表性误
               差， 探讨 FY-3E 数据的质量特性， 以 ERA5 为基准                   差。本研究选取了空间分辨率为0. 25°×0. 25°， 时间
               评估资料可信度和可靠性（黄晓龙等， 2023； 刘雨                        分辨率为1 h， 垂直方向为37个标准气压层的温度廓
               萌等， 2025）， 为后续的数据处理和校正提供依据。                       线， 用于分析风云卫星掩星干大气温度廓线偏差。
               此外， 对比 FY-3E/GNOS 与 COSMIC-2 掩星资料之                    由于掩星观测数据的时空分布较为随机， 为确
               间的偏差特征， 通过分析不同处理方案对掩星数据                           保与其他资料进行统计比较时的时空一致性， 本文
               的影响， 提出优化 FY-3E/GNOS 数据处理的方法建                     采用了严格的匹配原则。具体而言， FY-3E/GNOS
               议， 提升其在低层大气中的探测精度。由于 FY-3E/                       掩星与 COSMIC-2 的掩星温湿廓线匹配时， 观测时
               GNOS 掩星数据是较新的数据源， 完整的质量评估                         间间隔控制在 2 h 以内， 并以 FY-3E/GNOS 掩星数
               会对它后续应用提供良好的使用价值。利用 FY-                           据廓线的经纬度为中心， 匹配半径为 200 km 范围
               3E/GNOS 掩星数据研究掩星数据精度和偏差特征，                        内的 COSMIC-2 样本点（容娜等， 2023）。对于 FY-
               进行质量控制与误差估计探究掩星数据能否被广                             3E/GNOS 掩星温湿廓线与 ERA5 温湿廓线的匹配，
               泛应用（徐晓华等， 2022）， 可以为下一代北斗掩星                       时间间隔不超过 30 min。ERA5 的温度资料通过双
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