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FY-4B 卫星轨道漂移后中国区域地表短波辐射产品性能评估

FY−4B卫星；短波辐射；星地一致性；地表类型；海拔

主题3 技术、台站、交叉 > 专题3.2 风能太阳能气象

为评估风云四号 B 星（FY-4B）2024 年初从 133°E 轨道漂移至 105°E 对地表向下短波辐射（DSSR）产品反演精度的影响，本研究以中国气象局（CMA）165 个地面辐射观测站的分钟级观测数据为基准，系统对比分析了轨道漂移前后（2023 年与 2024 年夏季）FY-4B DSSR 产品的性能差异，同步结合 ERA5 云量数据、MODIS 土地覆盖类型及海拔数据，开展多维度误差特征分析。结果表明，轨道漂移通过优化观测天顶角（VZA）显著提升了产品精度：相关系数（R）从 0.93 提升至 0.95，均方根误差（RMSE）降低 11.8%（从 112.46 W/m² 降至 99.24 W/m²），平均偏差（MBE）从 - 0.01 W/m² 转为 2.68 W/m² 的轻微正值，系统偏差大幅减小。空间上，历史长期存在的 “东西精度差异” 得到有效缓解，西部高原和山区的几何畸变与大气路径误差显著降低，RMSE 从 150-200 W/m² 降至 120-140 W/m²，东部平原地区 R 值进一步升至 0.95 以上。不同下垫面中，水体、农田和城市区域产品稳定性最佳（R>0.94，RMSE 80-100 W/m²），而复杂森林区域偏差出现极性反转，无植被区域仍存在系统性低估，反映算法在地表各向异性处理上的局限性。海拔维度上，中高海拔区域（960-2800 m）精度改善最为显著，R 从 0.84 升至 0.93-0.95，但极高海拔（>2800 m）区域仍有 - 50 W/m² 的低估，凸显 3D 地形效应的影响。各类云况下产品一致性均有提升，晴空条件下 R 达 0.97，阴雨天低估偏差较此前缩小 20 W/m²。轨道优化后，FY-4B DSSR 产品精度已与 Himawari-8 等国际基准卫星持平，其 4 km 空间分辨率、15 分钟时间分辨率的优势，使其成为太阳能资源评估与数值天气预报（NWP）的可靠数据支撑。本研究证实了轨道几何优化对辐射产品的提升作用，为未来静止气象卫星星座部署提供了科学参考，同时指出复杂地形的三维辐射效应与云 3D 传输过程仍是后续算法优化的关键方向。