楊金偉 沈超玲 胡鵬

解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，南京 211101

對(duì)流層風(fēng)廓線儀探測(cè)資料比對(duì)分析

楊金偉 沈超玲 胡鵬

解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，南京 211101

本文利用對(duì)流層風(fēng)廓線儀和二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)的測(cè)風(fēng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)其數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)、比對(duì)和分析。結(jié)果表明，在低空和高空，二者探測(cè)存在一定差值，中間高度具有較好的一致性。

對(duì)流層風(fēng)廓線儀;測(cè)風(fēng)雷達(dá);比對(duì)分析

引言

對(duì)流層風(fēng)廓線儀是一種無(wú)球高空氣象探測(cè)設(shè)備，主要是利用大氣湍流對(duì)電磁波的散射作用對(duì)大氣風(fēng)場(chǎng)等物理量進(jìn)行探測(cè)，能夠連續(xù)提供大氣速度、大氣溫度和大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)等氣象要素隨高度的分布，其探測(cè)資料具有時(shí)空分辨率高、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)[1]，是常規(guī)測(cè)風(fēng)雷達(dá)與小球測(cè)風(fēng)不具備的，而這些數(shù)據(jù)正是預(yù)報(bào)保障的重要因素。研究對(duì)流層風(fēng)廓線儀的探測(cè)效果，以確定對(duì)流層風(fēng)廓線儀資料應(yīng)用的認(rèn)知度，對(duì)提高氣象預(yù)報(bào)保障能力有著重大價(jià)值和重要意義。

1.資料獲取及處理

比對(duì)資料使用某型對(duì)流層風(fēng)廓線儀和某型二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)2010年9月進(jìn)行的探空實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的對(duì)流層風(fēng)廓線儀與二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)水平距離約25m，天線海拔高度差值可以忽略不計(jì)，利用兩者進(jìn)行探空實(shí)驗(yàn)，可以認(rèn)為是同一地點(diǎn)的探測(cè)。二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)共進(jìn)行了31次探空實(shí)驗(yàn)，獲得探測(cè)數(shù)據(jù)31份，對(duì)流層風(fēng)廓線儀獲得1312份探測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)探空時(shí)間，從對(duì)流層風(fēng)廓線儀探測(cè)資料中選取時(shí)間相接近的資料，共11份。檢查、分析實(shí)驗(yàn)獲得的對(duì)流層風(fēng)廓線儀與二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)資料，剔除無(wú)效數(shù)據(jù)。另外，由于風(fēng)向數(shù)據(jù)記錄是0～360度，所以風(fēng)向在0度左右時(shí)可能會(huì)存在一個(gè)探測(cè)數(shù)據(jù)小于360度，另外一個(gè)相對(duì)應(yīng)探測(cè)數(shù)據(jù)大于0度的情形，對(duì)這種風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行小數(shù)據(jù)加360度的處理。讀取二者單次探測(cè)相近高度的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。

2.比對(duì)分析

2.1 數(shù)據(jù)有效率比對(duì)

數(shù)據(jù)有效率為同一高度層內(nèi)有效探測(cè)數(shù)據(jù)占該高度層總的探測(cè)數(shù)據(jù)的百分率，數(shù)據(jù)有效率反映了探測(cè)設(shè)備在多次探測(cè)中對(duì)不同高度層探測(cè)數(shù)據(jù)的獲取能力，可以在一定程度上代表設(shè)備的探測(cè)性能[2]，目前通常認(rèn)為，數(shù)據(jù)有效率是評(píng)價(jià)對(duì)流層風(fēng)廓線儀總體性能的指標(biāo)之一。表1是實(shí)驗(yàn)獲得的對(duì)流層風(fēng)廓線儀與二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)有效率比對(duì)結(jié)果，圖1是探測(cè)數(shù)據(jù)有效率比對(duì)圖。

圖1 數(shù)據(jù)有效率比對(duì)圖

表1 對(duì)流層風(fēng)廓線儀與二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)有效率比對(duì)表

從表1、圖1可以看出，對(duì)流層風(fēng)廓線儀探測(cè)的數(shù)據(jù)有效率在11000m高度以下可以達(dá)到98.6%以上，但是隨著高度的增加，其探測(cè)數(shù)據(jù)有效率很快下降，特別是15000m高度以上，只有10.6%。二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)有效率很高，近似為100%。

2.2 風(fēng)廓線比對(duì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的11組探測(cè)數(shù)據(jù)資料，得到二者風(fēng)速、風(fēng)向分別隨高度變化的曲線圖。

從風(fēng)場(chǎng)廓線圖中可以看出， 對(duì)流層風(fēng)廓線儀與二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)探測(cè)得到的風(fēng)速風(fēng)向變化趨勢(shì)具有較好的一致性，風(fēng)速在最低層和14000m高度以上二者有一定的差別，風(fēng)向在15000m高度以上差別較大。

2.3 相近高度資料分析

從11組時(shí)間相近的探測(cè)數(shù)據(jù)資料中選取二者探測(cè)高度相近的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)，共341份，對(duì)選取的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。表2是11組選取數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。

由表2統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，風(fēng)速相關(guān)系數(shù)平均為76.26%，風(fēng)向相關(guān)系數(shù)平均為87.36%，風(fēng)速相關(guān)系數(shù)大于70.00%的有8次；風(fēng)向相關(guān)系數(shù)全部大于70.00%，探測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)理想[3]。分析原始數(shù)據(jù)以及風(fēng)場(chǎng)廓線形狀，二者有些探測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)小于70.00%,原因主要是由于低空和高空二者有一定的差別，中間高度層的風(fēng)場(chǎng)廓線形狀比較接近。

3.結(jié)論

由比對(duì)分析，可以得到如下結(jié)論：對(duì)流層風(fēng)廓線儀探測(cè)得到的風(fēng)速、風(fēng)向資料與二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)探測(cè)得到的資料在低空和高空存在一定的差別；中間高度層二者探測(cè)數(shù)據(jù)資料具有較好的一致性，對(duì)流層風(fēng)廓線儀探測(cè)資料有較好的可信度。

存在差值的原因分析為：

（1）二者測(cè)風(fēng)方法機(jī)理存在差異[3]。二次雷達(dá)是氣球軌跡法測(cè)風(fēng)，是根據(jù)氣球飛行隨風(fēng)漂移軌跡在水平面上投影的改變量來(lái)計(jì)算風(fēng)速、風(fēng)向的，探測(cè)得到整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的時(shí)間較長(zhǎng)，而且不同時(shí)間對(duì)應(yīng)不同高度、空間的平均風(fēng)場(chǎng)，空間、時(shí)間分辨率較差。對(duì)流層風(fēng)廓線儀是在不連續(xù)點(diǎn)上同時(shí)采樣，可以同時(shí)得到不同高度的風(fēng)場(chǎng)資料，空間、時(shí)間分辨率高。

（2）低空的差值主要是由于對(duì)流層風(fēng)廓線儀的探測(cè)盲區(qū)和地雜波的影響，周?chē)h(huán)境，尤其是近距離的地物，如樹(shù)木，高大建筑物等，對(duì)電磁波都有很強(qiáng)的反射。

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（3）高空的差值主要是由于高空空氣主要以平流為主，大氣湍流比較弱，使得以湍流氣團(tuán)為探測(cè)目標(biāo)的對(duì)流層風(fēng)廓線儀回波信號(hào)較弱，再加上高度越高，電磁波經(jīng)過(guò)的路程越長(zhǎng)，其衰減越大，風(fēng)廓線儀回波信噪比很低，造成數(shù)據(jù)可信度下降。

[1] 何平.相控陣風(fēng)廓線雷達(dá)[M].北京：氣象出版社.2006.5

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Comparative Analysis on Wind Data from Troposphere Wind Profiler

Yang Jinwei Shen Chaoling Hu Peng
1 Institute of Meteorology, PLA Univ,of Sci.&Tech., NanJing 211101.China

This paper makes use of wind measuring data by using troposphere wind profiler and secondary windfinding radar,to handles,statistics,contrasts and analyzes the data.The result shows that both explore existence margin in low altitude and upper air,but have quite consistency in intermediate.

troposphere wind profiler; windfinding radar;contradistinctive analysis

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.009

楊金偉，1982年出生，男，浙江麗水人，解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院研究生三隊(duì)，在讀碩士研究生；

沈超玲，1963年出生，男，江西九江人，解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院探測(cè)與信息工程系雷達(dá)教研室主任，副教授，碩士生導(dǎo)師。