风廓线雷达作为一种新型测风雷达，能够连续提供大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布，具有时空分辨率高、连续性好和实时性好等特点，是进行高空气象探测的重要设备。而雷达数据的质量是决定资料是否能够投入业务使用的基本前提。通过欧洲中期天气预报中心 (ECWMF) 第五代再分析资料 (ERA5) 与气球探空资料比对，验证了ERA5再分析资料在安徽区域的适用性，并利用其对没有气球探空资料的合肥和巢湖两地的风廓线雷达资料进行了评估。结果表明：(1) ERA5再分析资料与气球探空资料显著相关，多项指标均表明ERA5再分析资料可以作为评估基准，利用其对无气球探空资料区域的风廓线雷达进行评估具有可行性；(2) 大气湍流强度对风廓线雷达最大探测高度影响明显，依季节划分最大探测高度分别为春季2.7 km、夏季4.5 km、秋季3.6 km、冬季2 km；(3) 经评估，合肥地区风廓线雷达资料在数据相关性、偏差、均方根误差等方面u分量数据质量好于v分量。依季节划分，数据质量由高到低排序依次是冬、夏、春、秋。其中，春、夏、冬数据质量较好，可以同化入数值预报模式，而秋季v分量数据需要进行偏差订正以及质量控制后再使用。
风廓线雷达 ERA5再分析资料 探空资料 评估方法 wind profile radar ERA5 reanalysis data sounding data evaluation method 大气与环境光学学报
2023, 18(6): 516
1 成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室， 四川 成都 610225
2 成都西南技术物理研究所, 四川 成都 610225
3 成都信息工程大学电子工程学院， 四川 成都 610225
为了给低空飞行安全气象服务奠定基础，根据2015年7~9月国内新研制的全光纤相干激光测风雷达，联合边界层风廓线雷达和双经纬仪探空气球在我国东北某地获取的探测实验资料，对比了晴天、阴天、雾霾天和雨天4种天气类型下激光测风雷达和风廓线雷达与探空气球风场探测的相关性，以评估激光测风雷达的测风精度和稳定性。结果表明，晴、阴和雾霾天条件下，激光测风雷达测风精度优于风廓线雷达，其水平风与真值误差的标准差低于风廓线雷达的一半；雨天条件下，激光测风雷达探测高度受限，最大可测高度仅为风廓线雷达的一半，表明其风场探测受降水衰减影响比风廓线雷达严重。激光测风雷达测风稳定性优于风廓线雷达，垂向连续高度上其与真值的相关系数变化小且均达到0.9以上。晴、阴和雾霾天条件下，两种雷达测风精度均受大气风速变化影响，且随大气风速增加呈不同变化趋势。
遥感 探测性能 相干激光测风雷达 风廓线雷达
1 中国气象局北京城市气象研究所, 北京 100089
2 成都信息工程大学, 四川 成都 610225
利用2015年全年AQI和风廓线雷达资料,对北京地区严重污染天气条件下的边界层日变化特征进行分析。结论表明:(1)严重污染天气水平风速很小,尤其 在近地面风速接近0 m/s,全天垂直风速分布平均,各层过渡平缓,边界层非常稳定,几乎没有起伏。(2)高浓度污染物的存在阻挡了太阳辐射对地面的传输, 同时地表的长波辐射也难以向上扩散,积累到一定程度才会向上发展。缺少热动力使得边界层更加稳定,不利于污染物扩散,形成稳定边界层利于污染 天气维持。这一过程形成了污染物与稳定边界层互相促进的恶性循环。(3)风场的动力作用不足,热力湍流起主导作用,湍流强度相比晴空天气要小很多。
大气探测 边界层演变特征 风廓线雷达 折射率结构常数 atmospheric exploration boundary layer evolution characteristics wind profile radar refractive index structure constant
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
研制了一套人眼安全的全光纤相干多普勒激光测风雷达系统。系统采用1550 nm 全光纤单频保偏激光器作为激光发射光源，激光器单脉冲能量0.2 mJ，重复频率10 kHz，脉冲半高全宽400 ns，线宽小于1 MHz。激光雷达接收望远镜和扫描器口径100 mm，采用速度方位显示(VAD)扫描模式对不同方位的视线风速进行测量，使用平衡探测器接收回波相干信号，通过1 G/s的模拟数字(AD)采集卡对相干探测信号进行采集，在现场可编程门阵列(FPGA)数字信号处理器中进行1024点快速傅里叶变换(FFT)得到不同距离门回波信号功率谱信息。对于获得的各方位视线风速，研究采用非线性最小二乘法对激光雷达测量的风速剖面矢量进行反演。激光雷达与风廓线雷达测量的风速进行了对比，两者测量的水平风速，风向和竖直风速相关系数分别为0.988，0.941和0.966。
遥感 风速 多普勒激光雷达 风廓线雷达 相干探测
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
风廓线雷达作为一种新型遥感设备，其回波信号包含丰富的湍流信息。提出了一种利用风廓线雷达回波信号反演动力湍流的方法，分析了对流层速度结构常数C2v的变化特征，并根据近地面速度湍流模型研究了对流层湍流速度脉动的特性。结果表明：1) 动力湍流强度随高度增加逐渐减弱，夜间减弱速度大于白天，且在边界层顶处C2v具有较明显的日变化特征；2) C2v与速度起伏方差σ2的对数值具有较好的线性关系，线性拟合度达0.896；3) 对流层湍流的速度脉动较弱，σ2量级在10-3~10-2 m2·s-2之间。
大气光学 大气湍流 动力湍流 速度结构常数 湍流耗散率 风廓线雷达 中国激光
2013, 40(12): 1213003
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
湍流对光在大气中的传播有重要影响。光波段折射率结构常数是描述湍流强度的物理量。通过风廓线雷达回波分析是研究湍流强度的新方法。利用风廓线雷达计算出湍流耗散率和平均风的垂直梯度，结合温度、气压等常规气象参数，可估算光波段折射率结构常数，计算的量级在10-18~10-13 m-2/3之间，符合实际情况，证明了方法的可行性。同时对不同等压面上压强梯度、温度梯度及湿度对折射率结构常数的影响进行了数值计算。结果表明，同一等压面上压强梯度改变对C2n影响很小，可忽略不计；而温度梯度改变对结果有较大影响，故对温度廓线的测量有较高的精度要求；相对湿度10%~90%的变化对光波段折射率结构常数的影响低于一个量级，因此在晴空大气条件下，湿度项可以忽略。
大气光学 折射率结构常数 风廓线雷达 位折射率梯度 湍流耗散率
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
车载被动DOAS污染源排放测量技术近年来被广泛应用,但是烟羽高度风场数据的获取一直是个难题。开展 了不同大气稳定度条件下三种风场数据的对比分析,根据Pasquill-Turner稳定度分类法,用近地面不同来源 的风场实测数据考察了中尺度大气模式MM5的模拟风场数据的准确性。研究结果表明,当大气稳定度被判别 为弱不稳定(C类), MM5模式输出的风速数据与地面气象站实测的风速、风廓线雷达的风速数据变化趋势一 致,误差较小,但风向误差偏大,在大气稳定度判别为中性(D类)时, MM5模式输出的近地面(10 m, 150 m)风 速数据与地面气象站实测数据、风廓线雷达的观测数据的变化趋势一致(相关度>0.6),误差较小,盛行风向一 致。因此,提出在大气稳定度在中性级别时,用MM5模式为车载被动DOAS污染源监测提供风场条件,以弥补气 象实测条件受限等情况带来的数据不足。
风廓线雷达 Pasquill稳定度分类法 被动DOAS MM5 MM5 wind profile radar Pasquill stability categeries passive DOAS
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心, 安徽 合肥?230031
风廓线雷达是探测大气风场和湍流的有效工具,其回波易受地物杂波干扰, 使得雷达回波谱变得复杂,为了提高雷达探测精度,地物杂波抑制是风廓线雷达信 号或谱处理重要的一部分。介绍了一般地物杂波抑制方法并分析其不足,研究 了频域中地物杂波和雷达大气回波谱特征,结合大气回波谱倾斜度分析,提出了 基于未受污染大气回波谱高斯最小二乘拟合地物杂波抑制方法,研究表明,该方法 在地物杂波抑制处理上是可行的。
风廓线雷达 地物杂波 多普勒功率谱 大气风场 wind profile radar ground clutter Doppler power spectrum atmospheric wind field
