对流层风廓线仪探测资料比对分析

杨金伟 沈超玲 胡鹏

解放军理工大学气象学院，南京 211101

对流层风廓线仪探测资料比对分析

杨金伟 沈超玲 胡鹏

解放军理工大学气象学院，南京 211101

本文利用对流层风廓线仪和二次测风雷达的测风实验数据，对其数据处理、统计、比对和分析。结果表明，在低空和高空，二者探测存在一定差值，中间高度具有较好的一致性。

对流层风廓线仪;测风雷达;比对分析

引言

对流层风廓线仪是一种无球高空气象探测设备，主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用对大气风场等物理量进行探测，能够连续提供大气速度、大气温度和大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布，其探测资料具有时空分辨率高、连续性、实时性好的特点[1]，是常规测风雷达与小球测风不具备的，而这些数据正是预报保障的重要因素。研究对流层风廓线仪的探测效果，以确定对流层风廓线仪资料应用的认知度，对提高气象预报保障能力有着重大价值和重要意义。

1.资料获取及处理

比对资料使用某型对流层风廓线仪和某型二次测风雷达2010年9月进行的探空实验数据。进行实验的对流层风廓线仪与二次测风雷达水平距离约25m，天线海拔高度差值可以忽略不计，利用两者进行探空实验，可以认为是同一地点的探测。二次测风雷达共进行了31次探空实验，获得探测数据31份，对流层风廓线仪获得1312份探测数据。根据二次测风雷达探空时间，从对流层风廓线仪探测资料中选取时间相接近的资料，共11份。检查、分析实验获得的对流层风廓线仪与二次测风雷达探测数据资料，剔除无效数据。另外，由于风向数据记录是0～360度，所以风向在0度左右时可能会存在一个探测数据小于360度，另外一个相对应探测数据大于0度的情形，对这种风向数据进行小数据加360度的处理。读取二者单次探测相近高度的风速、风向数据，分别进行统计、分析。

2.比对分析

2.1 数据有效率比对

数据有效率为同一高度层内有效探测数据占该高度层总的探测数据的百分率，数据有效率反映了探测设备在多次探测中对不同高度层探测数据的获取能力，可以在一定程度上代表设备的探测性能[2]，目前通常认为，数据有效率是评价对流层风廓线仪总体性能的指标之一。表1是实验获得的对流层风廓线仪与二次测风雷达探测数据有效率比对结果，图1是探测数据有效率比对图。

图1 数据有效率比对图

表1 对流层风廓线仪与二次测风雷达探测数据有效率比对表

从表1、图1可以看出，对流层风廓线仪探测的数据有效率在11000m高度以下可以达到98.6%以上，但是随着高度的增加，其探测数据有效率很快下降，特别是15000m高度以上，只有10.6%。二次测风雷达探测数据有效率很高，近似为100%。

2.2 风廓线比对

根据实验获得的11组探测数据资料，得到二者风速、风向分别随高度变化的曲线图。

从风场廓线图中可以看出， 对流层风廓线仪与二次测风雷达探测得到的风速风向变化趋势具有较好的一致性，风速在最低层和14000m高度以上二者有一定的差别，风向在15000m高度以上差别较大。

2.3 相近高度资料分析

从11组时间相近的探测数据资料中选取二者探测高度相近的风速、风向数据，共341份，对选取的数据进行统计分析。表2是11组选取数据的统计分析结果。

由表2统计分析结果，风速相关系数平均为76.26%，风向相关系数平均为87.36%，风速相关系数大于70.00%的有8次；风向相关系数全部大于70.00%，探测数据相关理想[3]。分析原始数据以及风场廓线形状，二者有些探测数据相关系数小于70.00%,原因主要是由于低空和高空二者有一定的差别，中间高度层的风场廓线形状比较接近。

3.结论

由比对分析，可以得到如下结论：对流层风廓线仪探测得到的风速、风向资料与二次测风雷达探测得到的资料在低空和高空存在一定的差别；中间高度层二者探测数据资料具有较好的一致性，对流层风廓线仪探测资料有较好的可信度。

存在差值的原因分析为：

（1）二者测风方法机理存在差异[3]。二次雷达是气球轨迹法测风，是根据气球飞行随风漂移轨迹在水平面上投影的改变量来计算风速、风向的，探测得到整个风场的时间较长，而且不同时间对应不同高度、空间的平均风场，空间、时间分辨率较差。对流层风廓线仪是在不连续点上同时采样，可以同时得到不同高度的风场资料，空间、时间分辨率高。

（2）低空的差值主要是由于对流层风廓线仪的探测盲区和地杂波的影响，周围环境，尤其是近距离的地物，如树木，高大建筑物等，对电磁波都有很强的反射。

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（3）高空的差值主要是由于高空空气主要以平流为主，大气湍流比较弱，使得以湍流气团为探测目标的对流层风廓线仪回波信号较弱，再加上高度越高，电磁波经过的路程越长，其衰减越大，风廓线仪回波信噪比很低，造成数据可信度下降。

[1] 何平.相控阵风廓线雷达[M].北京：气象出版社.2006.5

[2] 裴军林，王举.LAP对流层风廓线雷达资料评估[J].气象水文装备.2010，21（2）：12—16

[3] 王烨芳，薛云朝，李清,等.气球轨迹法测风和风廓线雷达测风的对比分析[J].气象水文海洋仪器.2007，（3）：30—34

[4] 孙旭映，韩晖,等.风廓线仪与气球测风资料的对比分析[J].干旱气象.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

杨金伟，1982年出生，男，浙江丽水人，解放军理工大学气象学院研究生三队，在读硕士研究生；

沈超玲，1963年出生，男，江西九江人，解放军理工大学气象学院探测与信息工程系雷达教研室主任，副教授，硕士生导师。