對流層風廓線儀探測資料比對分析

楊金偉 沈超玲 胡鵬

解放軍理工大學氣象學院，南京 211101

對流層風廓線儀探測資料比對分析

楊金偉 沈超玲 胡鵬

解放軍理工大學氣象學院，南京 211101

本文利用對流層風廓線儀和二次測風雷達的測風實驗數據，對其數據處理、統計、比對和分析。結果表明，在低空和高空，二者探測存在一定差值，中間高度具有較好的一致性。

對流層風廓線儀;測風雷達;比對分析

引言

對流層風廓線儀是一種無球高空氣象探測設備，主要是利用大氣湍流對電磁波的散射作用對大氣風場等物理量進行探測，能夠連續提供大氣速度、大氣溫度和大氣折射率結構常數等氣象要素隨高度的分布，其探測資料具有時空分辨率高、連續性、實時性好的特點[1]，是常規測風雷達與小球測風不具備的，而這些數據正是預報保障的重要因素。研究對流層風廓線儀的探測效果，以確定對流層風廓線儀資料應用的認知度，對提高氣象預報保障能力有著重大價值和重要意義。

1.資料獲取及處理

比對資料使用某型對流層風廓線儀和某型二次測風雷達2010年9月進行的探空實驗數據。進行實驗的對流層風廓線儀與二次測風雷達水平距離約25m，天線海拔高度差值可以忽略不計，利用兩者進行探空實驗，可以認為是同一地點的探測。二次測風雷達共進行了31次探空實驗，獲得探測數據31份，對流層風廓線儀獲得1312份探測數據。根據二次測風雷達探空時間，從對流層風廓線儀探測資料中選取時間相接近的資料，共11份。檢查、分析實驗獲得的對流層風廓線儀與二次測風雷達探測數據資料，剔除無效數據。另外，由于風向數據記錄是0～360度，所以風向在0度左右時可能會存在一個探測數據小于360度，另外一個相對應探測數據大于0度的情形，對這種風向數據進行小數據加360度的處理。讀取二者單次探測相近高度的風速、風向數據，分別進行統計、分析。

2.比對分析

2.1 數據有效率比對

數據有效率為同一高度層內有效探測數據占該高度層總的探測數據的百分率，數據有效率反映了探測設備在多次探測中對不同高度層探測數據的獲取能力，可以在一定程度上代表設備的探測性能[2]，目前通常認為，數據有效率是評價對流層風廓線儀總體性能的指標之一。表1是實驗獲得的對流層風廓線儀與二次測風雷達探測數據有效率比對結果，圖1是探測數據有效率比對圖。

圖1 數據有效率比對圖

表1 對流層風廓線儀與二次測風雷達探測數據有效率比對表

從表1、圖1可以看出，對流層風廓線儀探測的數據有效率在11000m高度以下可以達到98.6%以上，但是隨著高度的增加，其探測數據有效率很快下降，特別是15000m高度以上，只有10.6%。二次測風雷達探測數據有效率很高，近似為100%。

2.2 風廓線比對

根據實驗獲得的11組探測數據資料，得到二者風速、風向分別隨高度變化的曲線圖。

從風場廓線圖中可以看出， 對流層風廓線儀與二次測風雷達探測得到的風速風向變化趨勢具有較好的一致性，風速在最低層和14000m高度以上二者有一定的差別，風向在15000m高度以上差別較大。

2.3 相近高度資料分析

從11組時間相近的探測數據資料中選取二者探測高度相近的風速、風向數據，共341份，對選取的數據進行統計分析。表2是11組選取數據的統計分析結果。

由表2統計分析結果，風速相關系數平均為76.26%，風向相關系數平均為87.36%，風速相關系數大于70.00%的有8次；風向相關系數全部大于70.00%，探測數據相關理想[3]。分析原始數據以及風場廓線形狀，二者有些探測數據相關系數小于70.00%,原因主要是由于低空和高空二者有一定的差別，中間高度層的風場廓線形狀比較接近。

3.結論

由比對分析，可以得到如下結論：對流層風廓線儀探測得到的風速、風向資料與二次測風雷達探測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數據資料具有較好的一致性，對流層風廓線儀探測資料有較好的可信度。

存在差值的原因分析為：

（1）二者測風方法機理存在差異[3]。二次雷達是氣球軌跡法測風，是根據氣球飛行隨風漂移軌跡在水平面上投影的改變量來計算風速、風向的，探測得到整個風場的時間較長，而且不同時間對應不同高度、空間的平均風場，空間、時間分辨率較差。對流層風廓線儀是在不連續點上同時采樣，可以同時得到不同高度的風場資料，空間、時間分辨率高。

（2）低空的差值主要是由于對流層風廓線儀的探測盲區和地雜波的影響，周圍環境，尤其是近距離的地物，如樹木，高大建筑物等，對電磁波都有很強的反射。

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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，使得以湍流氣團為探測目標的對流層風廓線儀回波信號較弱，再加上高度越高，電磁波經過的路程越長，其衰減越大，風廓線儀回波信噪比很低，造成數據可信度下降。

[1] 何平.相控陣風廓線雷達[M].北京：氣象出版社.2006.5

[2] 裴軍林，王舉.LAP對流層風廓線雷達資料評估[J].氣象水文裝備.2010，21（2）：12—16

[3] 王燁芳，薛云朝，李清,等.氣球軌跡法測風和風廓線雷達測風的對比分析[J].氣象水文海洋儀器.2007，（3）：30—34

[4] 孫旭映，韓暉,等.風廓線儀與氣球測風資料的對比分析[J].干旱氣象.2008，26（3）：48-52

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，解放軍理工大學氣象學院研究生三隊，在讀碩士研究生；

沈超玲，1963年出生，男，江西九江人，解放軍理工大學氣象學院探測與信息工程系雷達教研室主任，副教授，碩士生導師。