大气边界层探测技术初步分析
大气边界层实习报告
一、实习背景大气边界层是指地球表面附近的大气层，厚度约为1-2公里。
在这个区域内，大气受到地表性质、地形、气候等因素的影响，形成了复杂的物理和化学过程。
为了更好地了解大气边界层的特性，我们于2023年7月15日至8月10日在某气象观测站进行了大气边界层实习。
二、实习目的1. 深入了解大气边界层的结构、特性和形成机理。
2. 掌握大气边界层观测和数据分析的方法。
3. 提高对大气边界层物理过程的认知。
4. 培养团队协作和沟通能力。
三、实习内容1. 大气边界层基本概念实习期间，我们首先学习了大气边界层的定义、结构、特性和形成机理。
大气边界层分为摩擦层、混合层和逆温层。
摩擦层靠近地表，受到地面摩擦力的影响；混合层是摩擦层以上的区域，受到地面性质、地形和气候等因素的影响；逆温层位于混合层之上，温度随高度增加而升高。
2. 大气边界层观测实习期间，我们学习了大气边界层观测的基本原理和方法。
主要包括：（1）地面气象观测：观测内容包括气温、气压、湿度、风速、风向、降水量等。
通过观测地面气象要素，可以了解大气边界层的垂直分布特征。
（2）遥感观测：利用遥感技术，可以获取大气边界层的空间分布信息。
实习期间，我们学习了卫星遥感数据获取、处理和分析方法。
（3）大气边界层廓线观测：通过观测大气边界层的垂直分布，了解大气边界层的物理过程。
实习期间，我们学习了大气边界层廓线观测设备的使用和数据处理方法。
3. 大气边界层数据分析实习期间，我们学习了大气边界层数据分析的方法。
主要包括：（1）气象要素的统计分析：对观测数据进行统计分析，了解大气边界层的垂直分布特征。
（2）气象要素的时间序列分析：对观测数据进行时间序列分析，了解大气边界层的动态变化规律。
（3）气象要素的空间分布分析：对观测数据进行空间分布分析，了解大气边界层的空间分布特征。
四、实习成果1. 深入了解了大气边界层的结构、特性和形成机理。
2. 掌握了大气边界层观测和数据分析的方法。
无人机大气边界层探测技术的研究
无人机大气边界层探测技术的研究随着技术的发展，无人机已经不再只是一种玩具或是武器，它的应用已经扩展到了人类生产生活的各个领域，其中气象学是无人机应用的一个很有前景的领域。
气象学作为一门研究大气物理、化学和生物现象的学科，其研究对象是大气层，而大气层是没有被地面遮挡住的，因此，要想了解大气层的运动和变化，需要从空中对其进行观测和探测。
大气层最重要的特征之一就是它的不稳定性，而大气层中最具不稳定性的层次就是大气边界层。
大气边界层是大气层中最接近地面的区域，其高度约为地面高度的10%左右，区域内的风速、温度、湿度和压力等参数都呈现出很大的时空变化，一旦出现异常，在气象学、环境保护、空气净化等领域都具有非常重要的意义。
然而，由于大气边界层的高度较低，且受地面布设、建筑物和地形的影响，传统的探测方式，如气象探空、地面气象站探测等存在探测精度低、探测范围受限等缺点。
因此，如何提高大气边界层的探测精度、扩大探测范围，成为了当前研究的热点。
无人机作为一种前沿的探测工具，具有飞行高度低、飞行速度慢、悬停能力强、具备一定的负荷承载能力等优点，并且无需人员驾驶，可以在预设区域内飞行，对大气边界层的观测数据进行采集和传输，可以大大提高大气边界层的探测精度和范围。
同时，无人机不受地形和建筑物的限制，能够实现大气边界层的三维探测，提供更加详细和全面的大气边界层特征信息，对于科学研究以及应用领域都具有非常大的价值。
无人机大气边界层探测技术的研究已经取得了一定的进展，主要包括飞行平台、传感器和数据采集与处理等方面。
针对无人机的设计方案，需要根据大气边界层的特点，选用不同的飞行器参数，如机翼面积、翼展、起飞质量等，以保证无人机在边界层内平稳飞行。
同时，无人机需要配备多种传感器，如气象雷达、湍流探测仪、颗粒物探测器等，以获取大气边界层内的风速、温度、湿度、湍流强度、颗粒物浓度等参数。
最后，需要对探测数据进行处理和分析，以实现大气边界层特征的多元化、定量化描述和预测。
《2024年利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度》范文
《利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度》篇一一、引言随着城市化进程的加速和工业化的快速发展，灰霾天气逐渐成为我国许多城市面临的重要环境问题。
灰霾天气不仅对人们的健康产生严重影响，也对交通、农业和生态环境造成了巨大影响。
大气边界层高度是描述大气环境的重要参数之一，对于研究灰霾天气的形成、扩散和消散过程具有重要意义。
因此，如何准确、快速地探测灰霾天气的大气边界层高度成为了当前研究的热点问题。
本文将介绍利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度的原理、方法和应用。
二、激光雷达探测原理激光雷达是一种利用激光雷达技术进行大气探测的设备。
其基本原理是向大气发射激光脉冲，通过测量激光脉冲在大气中的传播时间和回波信号的强度，可以推算出大气中颗粒物的分布、浓度和大气边界层高度等信息。
在灰霾天气中，激光雷达可以有效地探测到大气中的颗粒物，从而为研究灰霾天气的形成机制和扩散规律提供重要依据。
三、激光雷达探测方法1. 数据采集：首先，需要选择合适的激光雷达设备，并在灰霾天气条件下进行数据采集。
在数据采集过程中，需要确保激光雷达设备的稳定性和准确性，以获取可靠的探测数据。
2. 数据处理：采集到的原始数据需要进行处理，包括数据滤波、信号提取和数据处理分析等步骤。
通过数据处理，可以提取出大气中的颗粒物分布、浓度和大气边界层高度等信息。
3. 边界层高度计算：根据处理后的数据，可以计算出大气边界层高度。
通常采用的方法包括回波信号强度法、速度梯度法等。
其中，回波信号强度法是通过分析激光雷达回波信号的强度变化来推算大气边界层高度；速度梯度法则是通过分析大气中的风速梯度来推算大气边界层高度。
四、应用实例以某城市为例，利用激光雷达设备在灰霾天气条件下进行数据采集和处理。
通过回波信号强度法计算得到的大气边界层高度为XX米。
进一步分析发现，该城市的大气边界层高度在灰霾天气下呈现出明显的变化规律，与气象因素、污染源等因素密切相关。
这一结果为该城市灰霾天气的治理和预防提供了重要的科学依据。
大气边界层特征的观测与分析
大气边界层特征的观测与分析大气边界层是地球大气层中与我们的日常生活和环境息息相关的重要部分。
它是靠近地球表面的一层大气，厚度通常在几百米到几千米之间，其特征对天气、气候、污染物扩散等都有着显著的影响。
因此，对大气边界层特征的观测与分析具有重要的科学意义和实际应用价值。
大气边界层的特征主要包括温度、湿度、风速、风向等气象要素的垂直分布，以及湍流运动等。
为了观测这些特征，科学家们采用了多种手段和方法。
一种常见的观测方法是使用气象塔。
气象塔通常高达几十米甚至上百米，在不同高度上安装了各种气象传感器，如温度传感器、湿度传感器、风速仪等，可以实时获取不同高度处的气象数据。
通过对这些数据的分析，我们能够了解大气边界层中气象要素随高度的变化情况。
例如，在白天，由于太阳辐射的加热作用，地面温度升高，空气受热上升，形成对流，导致温度在垂直方向上的分布呈现出明显的梯度。
除了气象塔，飞机观测也是一种重要的手段。
飞机可以在大气边界层中飞行，并携带各种测量仪器，获取大范围、高空间分辨率的气象数据。
然而，飞机观测的成本较高，且受飞行条件和航线的限制。
近年来，随着卫星遥感技术的发展，为大气边界层的观测提供了新的视角。
卫星可以通过测量大气中的水汽、温度等参数，反演得到大气边界层的特征信息。
但卫星观测也存在一定的局限性，比如分辨率相对较低，对某些细节特征的捕捉能力有限。
在获取了大量的观测数据之后，接下来就是对这些数据进行分析。
数据分析的方法多种多样，其中常用的有统计分析和数值模拟。
统计分析是通过对观测数据进行整理、计算，得出各种统计量，如均值、方差、相关性等，从而揭示大气边界层特征的一般规律。
例如，通过对多年的温度观测数据进行统计分析，可以发现大气边界层温度的季节变化和年际变化特征。
数值模拟则是利用计算机模型来模拟大气边界层的物理过程。
模型中考虑了大气的热力学、动力学方程以及各种物理过程，如辐射、湍流交换等。
通过输入观测数据和边界条件，模型可以预测大气边界层的演化和变化。
大气边界层高度测量方法研究及比较分析
大气边界层高度测量方法研究及比较分析在大气科学研究中，大气边界层高度的测量是至关重要的。
边界层高度是指大气中温度、湿度、风速等物理特性发生显著变化的区域，对于气象预报、空气污染监测、气候变化研究等都具有重要意义。
本文将研究和比较几种常用的大气边界层高度测量方法。
一、大气边界层高度的重要性大气边界层是指气象学上特指地球大气直接受大气地面相互作用影响的底部大气层。
边界层高度的变化与大气中的温度、湿度、气压和风速等物理参数的垂直分布密切相关。
准确测量大气边界层高度有助于了解大气层的垂直结构和变化，进而提高天气预报的准确度。
二、常用的大气边界层高度测量方法1. 气象雷达法气象雷达法是通过雷达测量附近的云层、积雨云或大气湿度变化来确定边界层高度。
该方法具有测量范围广、实时性强的优点，适用于大面积的边界层高度探测。
2. 气象探空法气象探空法是通过使用气象探空仪，将探空仪悬挂在气球上并释放到大气中，记录高度和大气参数的变化。
这种方法能够提供边界层高度的垂直剖面，并且在可用性和准确性方面具有优势。
3. 激光测量法激光测量法是通过激光束向大气中发射，通过测量激光的散射和反射来确定大气边界层高度。
该方法具有非接触式测量和高精度测量的优点，但受到天气和环境条件的限制。
4. 遥感卫星法遥感卫星法通过使用卫星传感器来观测大气的物理特性，如温度、湿度和云量等，从而确定边界层高度。
这种方法具有全球范围内的监测能力，但分辨率较低，无法提供较高精度的边界层高度数据。
三、不同方法的比较分析以上介绍了几种常用的大气边界层高度测量方法，它们各自具有优缺点。
选择合适的方法取决于应用的具体需求。
例如，气象雷达法适用于大范围的边界层高度探测，而遥感卫星法则更适合全球范围的监测。
此外，测量方法的实用性和准确性也需要考虑。
气象探空法具有较高的精度和垂直分辨率，但需要人力物力投入较大。
激光测量法在非接触式测量和高精度测量方面具有优势，但受到天气和环境条件的限制。
2.大气边界层观测基础
•大气边界层探测分类：
1.直接探测：边界层探测中的常用观测平台包括观测塔、系 留气球、等容气球、无线电探空仪、观测飞机等。
2.间接探测：边界层探测的间接探测方法代表性的有微波雷 达、声雷达、激光雷达和无线电声学探测系统等。
车载移动地面气象观测系统
风廓线雷达 云高仪
微波辐射计
声雷达
边界层综合观测
第二章 大气边界层观测概述
大气边界层探测特点：
大气边界层探测侧重于认识大气边界层的结构、湍流 性和地气之间的相互作用。
大气边界层探测问题的核心是大气湍流问题，关键是下垫面的影响，突出 特征是边界层结构的日变化，重点是物理过程和演变机制。
大气边界层受到多种复杂过程的影响，大气边界层探测仪器和方法必须适 应大气边界层的固有特点。 大气边界通常是以湍流运动为特征，这种运动具有非常小的长度尺度和时 间尺度，重要的标量如温度、湿度、痕量气体等都被湍流运动混合，因而 也具有小尺度脉动。在大气边界层观测中我们更关心的是这些小尺度运动 和湍流脉动的特性。 因此要求观测仪器有很高的精度和灵敏度!!!
气象塔及数据控制室
系留汽艇和雷达观测场地 湍流场观测仪器
平均场观测仪器
低层大气风温廓线仪（LAP300）
Bubble（Basel Urban Boundary Layer Experiment，2001年8月&2002年7月） 计划。主要目的是研究高度非均匀、高度复杂的城市下垫面的湍流通量的垂 直分布特征，包括城市冠层之上和冠层内部的观测研究
加拿大real 针叶林
青藏高原地区 内蒙古半干旱 区草原
白洋淀试验
主要目的是研究非均 匀下垫面（存在陆地 和大面积的水域）的 边界层结构和湍流通 量特征（存在湖陆风 环流），针对非均匀 下垫面的湍流通量参 数化，设计出可靠的 方案
青藏高原大气边界层特征初步分析
青藏高原大气边界层特征初步分析
刘红燕;苗曼倩
【期刊名称】《南京大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2001(37)3
【摘要】采用 1998年青藏高原当雄地区的实测资料 ,研究高原边界层的高度及其日变化 ,结果表明高原上的边界层高度比平原地区通常出现的值要大得多 .主要是由于青藏高原地处内陆 ,气温强烈的日变化引起大气层结日变化加大所致 .同时 ,利用通量廓线法计算了表征湍流动量通量的特征U 、表征湍流热量通量的特征量T 以及总体输送系数CD,HH°结果高原的CD值明显比平原地区的大 .
【总页数】10页(P348-357)
【关键词】边界层高度;磨擦速度;湍流热量通量;特征量;总体输送系数;青藏高原;大气边界层
【作者】刘红燕;苗曼倩
【作者单位】南京大学大气科学系
【正文语种】中文
【中图分类】P421.31
【相关文献】
1.青藏高原边界层高度特征对大气环流动力学效应的数值试验 [J], 卓嘎;徐祥德;陈联寿
2.青藏高原大气边界层结构特征研究综述 [J], 李英;胡志莉;赵红梅
3.青藏高原东部与成都平原大气边界层对比分析Ⅰ——近地层微气象学特征 [J], 李英;李跃清;赵兴炳
4.青藏高原东部与成都平原大气边界层对比分析Ⅱ——近地层湍流特征 [J], 李英;李跃清;赵兴炳
5.青藏高原大气边界层湍流特征量分析 [J], 苗曼倩;曹鸿;季劲钧
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《2024年利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度》范文
《利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度》篇一一、引言随着城市化进程的加速和工业化的快速发展，灰霾天气现象日益严重，对人类健康和生态环境造成了严重影响。
为了有效应对灰霾天气，了解其形成机制和变化规律显得尤为重要。
其中，大气边界层高度作为描述大气层结构的重要参数，对于研究灰霾天气的形成、扩散和消散具有关键意义。
本文将探讨利用激光雷达技术探测灰霾天气大气边界层高度的原理、方法及优势。
二、激光雷达探测原理激光雷达是一种基于激光技术的主动遥感探测设备，其工作原理是通过向大气发射激光脉冲，接收由大气中的颗粒物散射回来的光信号，从而获取大气的三维结构信息。
激光雷达可以实现对大气的远距离、高精度的探测，因此在气象、环保等领域得到了广泛应用。
三、灰霾天气与大气边界层高度灰霾天气是由大气中的颗粒物、气态污染物等共同作用形成的，其中大气边界层高度是影响灰霾天气形成和扩散的重要因素。
大气边界层是指大气中低层与地表之间的区域，其高度受到地表类型、气象条件等多种因素的影响。
在灰霾天气中，大气边界层内的颗粒物浓度较高，对人类健康和生态环境造成危害。
因此，了解灰霾天气下的大气边界层高度变化对于预测和防治灰霾天气具有重要意义。
四、利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度的方法利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度的方法主要包括以下几个步骤：1. 激光雷达设备选址与布设：选择合适的观测点，布设激光雷达设备，确保其能够覆盖目标区域。
2. 数据采集与处理：通过激光雷达设备向大气发射激光脉冲，接收散射回来的光信号，获取大气的三维结构信息。
对采集到的数据进行处理，提取出大气边界层高度的信息。
3. 大气边界层高度分析：根据处理后的数据，分析灰霾天气下大气边界层高度的变化规律。
结合气象数据和地表类型等信息，进一步分析大气边界层高度的影响因素。
4. 结果输出与应用：将分析结果以图表或报告的形式输出，为预测和防治灰霾天气提供科学依据。
同时，将激光雷达探测技术与其他遥感技术相结合，实现多源数据的融合分析，提高灰霾天气的监测和预报精度。
《2024年利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度》范文
《利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，灰霾天气已经成为许多大中城市面临的重要环境问题。
准确探测大气边界层高度对于研究灰霾天气的形成机制、预测预警及环境保护具有重要意义。
传统的气象探测手段如无线电探空仪、探空气球等虽然可获得大气垂直结构的部分信息，但在灰霾天气下探测效果并不理想。
近年来，激光雷达技术的快速发展为灰霾天气的探测提供了新的途径。
本文旨在探讨利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度的原理、方法及其实践应用。
二、激光雷达探测原理激光雷达是一种利用激光束对大气进行探测的遥感技术。
其基本原理是向大气发射激光脉冲，通过接收大气中颗粒物散射或反射的回波信号，分析回波信号的强度、速度和方向等信息，从而得到大气的物理参数和结构信息。
在灰霾天气下，激光雷达可以有效地探测到大气中的颗粒物分布和浓度变化，进而推算出大气边界层高度。
三、激光雷达探测方法1. 选址与设备选择：选择合适的观测地点，确保无遮挡物影响激光雷达的观测。
选择具有较高性能的激光雷达设备，如具有高分辨率、高灵敏度、高稳定性等特点的设备。
2. 数据采集：设置激光雷达设备的参数，如发射功率、扫描频率等，确保设备正常运行。
开始采集数据，包括回波信号的强度、速度和方向等信息。
3. 数据处理与分析：对采集的数据进行处理和分析，包括去除噪声、提取有效信号、计算大气消光系数等。
根据大气消光系数与高度的关系，推算出大气边界层高度。
4. 结果验证：将激光雷达探测结果与其它气象探测手段的结果进行对比验证，确保结果的准确性和可靠性。
四、实践应用在灰霾天气下，利用激光雷达探测大气边界层高度具有较高的实用价值。
首先，可以实时监测灰霾天气的变化过程，为预测预警提供依据。
其次，可以分析灰霾天气的形成机制和影响因素，为环境保护提供科学依据。
此外，激光雷达还可以用于城市规划、交通管理等领域，为城市可持续发展提供支持。
五、结论利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度是一种有效的手段。
大气边界层中的气象观测与数据分析
大气边界层中的气象观测与数据分析大气边界层是大气中介于地面和上层大气之间的一层，对于气候、气象、空气污染等许多大气科学问题的研究具有重要意义。
在大气边界层的研究中，气象观测与数据分析是关键的环节，能够提供关于大气边界层结构、运动、能量交换等方面的宝贵信息，对于深入理解大气边界层的特性具有重要作用。
一、气象观测气象观测是指利用各种气象仪器和设备对大气中的气象要素进行实时监测和记录。
在大气边界层的研究中，常见的气象观测要素包括温度、湿度、风速、气压等。
这些观测数据可以通过各种手段获取，比如气象站、气球探空、卫星遥感等。
在气象观测过程中，观测设备的选取和布设位置是至关重要的。
合理选择观测设备可以有效提高观测数据的准确度和精度，而布设位置的选择则需要考虑到大气边界层的特性和复杂性，以保证观测数据的代表性和可比性。
此外，观测设备的标定、维护和校正也是必不可少的环节，以确保观测数据的可靠性和稳定性。
二、数据分析数据分析是指对气象观测数据进行处理、整理和分析，以得出有关大气边界层特性的定性和定量结果。
在数据分析过程中，常用的方法包括统计分析、时空插值、回归分析等。
统计分析是一种常用的数据分析方法，它通过对观测数据的特征进行统计描述和分析，揭示出数据的分布规律、趋势和相关关系。
例如，通过统计分析可以得出大气边界层在不同季节、不同高度的温度、湿度和风速的统计特征，从而了解大气边界层的季节性变化和垂直变化。
时空插值是一种处理不连续观测数据、恢复数据空间分布的方法，通过已知观测点的数据，推算出未观测点的数据。
对于大气边界层的数据分析，时空插值可以帮助我们更全面地了解大气边界层的空间分布特征，如空气污染物的扩散范围和传播路径等。
回归分析是用来确定观测数据之间的因果关系和建立数学模型的方法。
在大气边界层的数据分析中，回归分析可以帮助我们探究大气边界层的结构、运动和能量交换等方面的规律性。
例如，通过回归分析可以建立起温度和湿度之间的关系模型，进一步揭示大气边界层中的湿绝热过程和垂直运动的特点。
利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度
利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度灰霾天气是当大气中悬浮颗粒物质浓度较高时形成的一种气象现象。
由于灰霾天气会对人体健康和环境造成严重的危害，所以准确地探测灰霾天气的边界层高度至关重要。
而利用激光雷达技术进行大气边界层高度的探测已经成为了一种常见的方法。
激光雷达是利用激光发射器产生可见光、红外线或者紫外线，通过对激光的发射和接收，可以实现对大气中粒子的探测。
在对灰霾天气的边界层高度进行探测时，激光雷达的探测原理主要是基于激光在大气中的散射和吸收过程。
激光雷达在大气中发射激光时，会与大气中的颗粒物相互作用，并产生散射现象。
激光雷达接收到的散射信号强度与颗粒物的浓度和大小有关，在等离子体子系统混响强度最佳一点，在这个时候激光散射偏振信号沿射线方向最小值，达到传输最远距离，边界对应省略云层位置。
通过对散射信号的分析，可以获得大气中颗粒物的分布特征，从而得到灰霾天气的边界层高度。
激光雷达探测灰霾天气边界层高度的优势在于其高精度和实时性。
利用激光雷达技术进行探测，可以实现对灰霾天气的连续监测，不受气候条件的限制。
而且，激光雷达探测还可以提供较高的空间分辨率，能够更准确地定位灰霾天气边界层的高度范围。
另外，激光雷达的操作相对简便，只需要进行一些参数的设定和校准即可实现边界层高度的探测。
因此，激光雷达技术在灰霾天气监测和预报中具有广泛的应用前景。
当然，在利用激光雷达探测灰霾天气边界层高度时还存在一些挑战和限制。
首先，激光雷达的探测精度和分辨率会受到大气条件、颗粒物的物理特性等多种因素的影响，因此需要进一步提高激光雷达的设计和优化。
其次，由于灰霾天气大气边界层高度的变化性和复杂性，尤其在复杂地形和城市环境下，激光雷达的探测结果可能存在一定的误差，并需要结合其他的气象资料进行验证和修正。
总结来说，利用激光雷达技术进行灰霾天气大气边界层高度的探测是一种高精度和实时性的方法。
通过对激光与大气中颗粒物的相互作用进行分析和处理，可以获得灰霾天气边界层的高度范围，为灰霾天气的预警和预测提供重要的参考依据。
利用激光雷达探测灰霾天气大气边界层高度
利用激光雷达探测阴霾天气大气边界层高度引言阴霾天气是指由大气中悬浮颗粒物和气体混合物组成的气象现象，对人类的健康和环境产生了严峻影响。
而大气边界层高度的准确测量是阴霾天气预报和治理的基础。
传统的测量手段受制于地面气象站点的局限性，无法遮盖宽广的区域。
然而，激光雷达技术的出现为我们提供了一种新的解决方案。
本文将重点谈论的原理、方法和应用。
一、激光雷达技术简介激光雷达是一种利用激光束与大气中的物质互相作用原理来测量目标距离和属性的光电设备。
它具有高区分率、长探测距离、快速响应等特点，被广泛应用于气象、遥感、环境监测等领域。
其中，利用激光雷达测量大气边界层高度已成为一种常见的方法。
二、大气边界层高度的观点与意义大气边界层是大气圈中与地表直接接触的一层，其高度通常在几百米到几千米之间。
边界层的高度决定了污染物的扩散和滞留，阴霾天气的生成和扩散与大气边界层高度干系密切。
因此，准确测量大气边界层高度对于阴霾天气预报和治理至关重要。
三、利用激光雷达测量大气边界层高度的原理利用激光雷达测量大气边界层高度的原理基于激光束在大气中的散射与吸纳过程。
激光束经过大气层时，会与颗粒物和气体分子互相作用，散射出来的光线会被接收器接收，并进行信号处理。
通过分析接收到的散射信号，可以确定大气边界层的高度位置。
四、利用激光雷达测量大气边界层高度的方法1. 激光光谱分析法：通过对接收到的散射光信号进行频谱分析，利用相应的模型计算并确定大气边界层的高度。
2. 激光飞行时间法：通过测量激光束在大气中传播所需的时间，推算出大气边界层的高度。
3. 激光散射法：通过对接收到的散射光信号进行强度、相位等特性的分析，来确定大气边界层的高度位置。
五、利用激光雷达测量大气边界层高度的应用1. 阴霾天气预报：通过实时监测大气边界层高度的变化，可以提前预警阴霾天气，援助人们做好控制污染物排放，缩减空气污染的措施。
2. 阴霾治理：通过监测大气边界层高度，可以确定阴霾形成和传播的机理，为制定有效的阴霾治理政策提供科学依据。
大气边界层观测技术与研究进展
大气边界层观测技术与研究进展大气边界层是地球大气最底层的部分，与人类的生产生活息息相关。
对大气边界层的研究有助于我们更好地理解气候变化、空气质量、能源利用等诸多重要问题。
而观测技术则是深入研究大气边界层的关键手段，随着科学技术的不断发展，大气边界层观测技术也取得了显著的进步。
一、大气边界层的重要性大气边界层直接受到下垫面的影响，其物理、化学和动力学过程十分复杂。
它不仅对天气和气候的形成起着重要作用，还与污染物的扩散、生态系统的能量和物质交换等密切相关。
例如，在城市地区，大气边界层的结构和特性会影响污染物的浓度分布，进而影响居民的健康；在农业领域，它对农作物的生长和水分蒸发有着重要影响。
二、传统的大气边界层观测技术（一）气象塔观测气象塔是一种常见的大气边界层观测手段。
通过在塔上安装各种传感器，如风速仪、温度计、湿度计等，可以获取不同高度上的气象要素数据。
气象塔能够提供长时间序列、高精度的观测数据，但它的空间覆盖范围有限。
（二）系留气球观测系留气球可以携带观测仪器上升到大气边界层的不同高度，获取垂直方向上的气象参数。
这种方法相对灵活，但受气球的飞行时间和高度限制。
（三）飞机观测利用飞机搭载观测仪器在大气边界层中飞行，可以获取大范围、高分辨率的观测数据。
但飞机观测成本较高，且受飞行条件和空域限制。
三、现代的大气边界层观测技术（一）激光雷达观测激光雷达通过发射激光脉冲并接收回波来测量大气中的气溶胶、风速等参数。
它具有高时空分辨率、能实现连续观测等优点，在大气边界层研究中发挥着重要作用。
（二）微波辐射计观测微波辐射计可以测量大气中的水汽含量、温度廓线等。
其不受光照条件限制，能够在夜间和恶劣天气条件下进行观测。
（三）卫星遥感观测卫星能够从太空对大气边界层进行大范围观测，提供全球尺度的信息。
但卫星观测的分辨率相对较低，且需要结合其他观测手段进行数据验证和补充。
四、观测技术的融合与应用为了更全面、准确地了解大气边界层的特性，多种观测技术的融合应用成为了当前的研究热点。
大气探测原理与方法
大气探测原理与方法大气探测技术是地球科学研究中不可或缺的一项重要技术。
通过对大气成分、结构和运动等参数的测量，可以更好地理解大气层的变化和演化过程，掌握天气变化规律，以及对大气环境进行监测和预警。
本文将介绍大气探测的原理与方法。
一、大气探测的原理大气探测的原理主要基于传感器的工作原理，即通过测量特定物理量的变化来推测大气状态。
以下是几种常用的大气探测原理：1. 光学原理：利用光子在大气中的散射、吸收和辐射等特性，通过光束的传播路径和强度变化来推测大气中的物理和化学参数。
例如，利用可见光、红外线和微波束等，可以测量大气中的水汽含量、气溶胶浓度、温度和湿度等。
2. 电磁原理：通过测量电磁信号在大气中的传播和反射等特性，推测大气中的电离度、电场强度和磁场强度等参数。
例如，利用电离层的反射特性可以测量电离层的高度、密度和组成等。
3. 声学原理：利用声波在大气中的传播速度和衰减程度等特性，来测量大气中的温度、风速和风向等参数。
例如，利用声纳技术可以测量大气边界层中的风速剖面。
二、大气探测的方法根据实际应用需求和研究目标的不同，大气探测可以采用多种方法。
以下是几种常见的大气探测方法：1. 地基观测：通过在地面上部署观测站点，利用各种传感器和仪器对大气参数进行实时监测。
地基观测方法可以提供连续、精确的数据，适用于天气预报、气候研究和环境监测等领域。
2. 飞机观测：通过在飞机上安装大气探测设备，对大气参数进行空中观测。
飞机观测方法可以获取较高空间分辨率和时间分辨率的数据，适用于对局地天气和大气边界层等进行详细研究。
3. 卫星观测：通过在轨道上发射和运行大气探测卫星，利用遥感技术对大气参数进行遥感测量。
卫星观测方法可以获得大范围、全球性的数据，适用于对大气环境和气候变化等进行宏观观测。
三、大气探测的应用大气探测技术在各个领域具有广泛的应用价值。
以下是几个典型的应用场景：1. 天气预报和气候研究：通过监测大气参数的变化，可以提供准确的天气预报信息，帮助人们做好防范和调整计划。
大气边界层探测简介
Lyman-α湿度仪原理示意图
§3 大气边界层廓线测量
用于大气边界层廓线直接测量的仪器主
要为低空探空仪和系留探空仪。 系留探空仪是大气边界层探测的主要
工具之一，它可测量地面至1000m高度的大 气温度、湿度、风速、风向、气压等气象 要素。
u u ln( z ) k z0
§2 近地层气象塔测量 ——平均量测量仪器的安装高度
中性条件下近地 层风速随高度可 用对数廓线近似 表示
u u ln( z ) k z0
式中的u为z高度上的风速，u*为摩擦速度，z0为粗糙度 高度，κ为卡门（Karman）常数，一般取0.35-0.40之间的
湿度传感器结构示意图
§2 近地层气象塔测量 ——风速脉动量的测量
风速脉动量测量仪器主要有热线风速仪和超声 风速温度仪，从频率响应特性来讲，热线风速仪是比较
理想的风速脉动量的测量仪器，该类风速传感器的体积非 常小，可做到微米量级，因此具有非常好的频率响应特性， 可以说没有任何一种其它类型的传感器能与热线风速仪的
某个数值。所以在近地层梯度测量中仪器的架设高度一般按 对数律设置。在几十米以下一般取0.5、1.0、2.0、4.0、 8.0、16.0、32.0m等高度，有时为了与气象站测风高度一致， 在10m高度上也安装有风速、风向传感器。
§2 近地层气象塔测量 ——平均温度廓线的测量
温度廓线的测量要求精度为0.01℃，分辨率为
要小于0.5m/s，精度要高于0.1m/s。
§2 近地层气象塔测量 ——平均湿度廓线的测量
湿度可能是测量最为因难的要素之一，湿度测量的 方法很多，所以用于气象塔廓线测量的湿度传感器也比较 多，主要有干湿球法、露点湿度计和高分子吸湿材料制 作的湿度传感器。其中干湿球测湿法是野外实验中经常采
大气探测原理与方法
大气探测原理与方法大气探测是指通过各种仪器和技术手段对大气的组成、结构、属性以及其变化过程进行观测与分析的过程。
大气探测具有重要的科学意义和实际应用价值，可以为气象学、环境科学、天文学等多个学科领域提供重要观测数据。
大气探测的原理主要基于大气介质对辐射的吸收、散射、发射等作用。
不同波长的辐射与大气介质发生相互作用后，其强度、频谱等会发生变化，通过对这些变化的观测可以推断出大气的组成和其他性质。
大气探测的方法主要可以分为主动和被动两种类型。
主动探测方法是指人为发射一定波长的辐射，观测辐射在大气中传播和反射的情况。
这种方法通常包括雷达、激光雷达、声呐等。
其中，雷达是最常用的主动大气探测方法之一。
雷达发射器发射一束雷达波，当这束波遇到大气中的水汽、尘埃、云层等时，会发生散射和吸收，接收器接收到经过散射、反射后的信号，通过分析信号的强度和频谱等参数，可以研究大气层结构、降水、云层、辐射场等情况。
被动探测方法则是利用大气介质对自然辐射的干扰，观测这些干扰信号的变化来推断大气的组成和属性。
这种方法包括遥感技术、光谱观测等。
遥感技术是通过卫星、飞机等载体获取地球表面和大气层信息的技术手段。
卫星遥感是最常用的被动大气探测方法之一，通过地球资源卫星等探测器向地面发射微波、红外等不同波长的辐射，然后接收返回的辐射信号，通过对信号的处理和分析，可以反演大气湿度、温度、云量等参数，并且得到地球表面的植被覆盖、海洋温度等信息。
光谱观测是利用大气对不同波长的电磁辐射的吸收特性进行观测。
由于大气对不同波长的辐射不同的吸收，所以通过监测光谱的变化可以获得大气的信息。
这种方法包括太阳辐射观测、地基观测等。
太阳辐射观测是通过观测太阳辐射穿过大气层的变化，来推断大气的温度、湿度、臭氧等参数。
地基观测是指在地面上布设光谱仪器，观测来自太阳、地面等方向的辐射，通过分析这些辐射的光谱特性来研究大气成分和结构。
总之，大气探测是通过对大气介质与辐射之间相互作用的观测，推断大气的组成、结构、属性和变化过程的一种方法。
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料， 常规 的高 空探 测 资 料一 般 难 以满 足 。常 用 的
边 界层探 测方法 主要有 以下 几类 。 ２ １ 系留气球 探测 ．
（ ）位置 固定 ， 得 气 象塔 对 边 界 层 研究 的 ２ 使 目的难 以兼 顾 。气 象塔 用于研 究大气 边 界层 的基
系 留气 球作 为低空 探测Fra bibliotek 备 能 比较 直观地获
作 者 简 介 ： 超 超 （９ ６ ） 男 ， 熊 １ ８ 一 ， 大学 ， 程 师 ． 究 方 向 ： 事 大气 探 测 理 论 与 技 术 ． 工 研 军
・
７ ・ ８
气 象 水 文 海 洋 仪 器 时 的风 向 ， 用其 中的 一 套读 数 。为 了使各 个 高 选
度、 湿度 、 风速 等 ） 均量 和脉动 量测量 ； 平 湍流通 量
密 度 比较 重 要 。
大气 边界层 的探测 手 段 极 其 丰富 ， 规 的 高 常
空探测 资料一 般 都 包 括边 界 层 的 资料 。此 外 ， 应
用 Ｇ Ｓ探 测 和 飞 机 探 测 也 是 有 效 的探 测 手 段 。 Ｐ
边 界层 的研究 ， 常需 要 高 密度 高 精 度 的探 测 资 经
边 界 层 按 其 热 动 力 学 及 相 应 的湍 流 特 征 可 分 为 不 稳 定 、 定 和 近 中 性 ３类 ， 界 层 高 度 随 地 表 特 稳 边
。
近年 来 ， 内外 重 大 气 象 实 验 大 都 把大 气 边 国
界 层 研 究 作 为 核 心 的 科 学 内 容 之 一 。如 ：
界层探 测范 围和 内容还 在 不断扩展 。
测仪 器 ， 备 计 算 机 系 统 ， 配 以实 现 观 测 程 序 和 记 录、 资料储 存 和处 理 的 自动化 。 气象塔 有 以下几个 缺点 ： （ ）气象 塔 造 价 比较 昂 贵 ， 以在 边 界 层 水 １ 难
平研究 需要 的尺 度 上组 网探 测 ， 能在 平 面 上 形 不 成高 密度 的数 据 。而 在边 界 层 的研 究 中 ， 据 的 数
ａ ｍｏｓ ｅ ｉ ｕｎ ｒ ａ ｒ ｓ ｎｄ ｎｇ ｉ ｉ ｃ ｓ ｄ ｉ ｈｅ ｌ ｓ ｒ ． ｔ ｐｈ ｒｃ ｂｏ ｄａ ｙ ｌｙｅ ｏｕ ｉ ｓ ｄ ｓ ｕｓ ｅ ｎ ｔ ａ ｔｐａ ｔ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ ａ ｍｏｓ ｅ ｉ ｕｎ ｒ ａ ｒｓ ｕｎ ｎｇ；ｅ ｈｅ ｅ ｌｏ ｎ；ａ ｅ ａ ａ ； ｎｄ ｐｒ ｉｅ ａ ａ ｄ ：ｔ ｐｈ ｒｃ ｂｏ ｄａ ｙ ｌｙｅ ｏ ｄｉ ｔ ｔ ｒ ｄ ｂａ ｌ ｏ ｌ ｓ ｒ ｒ ｄ ｒ ｗｉ ｏｆｌ ｒ ｒ ｄ ｒ
０ 引 言
大气 边 界层 是 和 人 类关 系最 为 密 切 的一 层 ， 是人 类 活动 和各项 生 态环 境构 成 的主要 层次 。大 气边 界层 的科 学进 展 是气 象学 发展 的重 要标 志之
一
是地 球表 面 与 自由大气 间 进行 物质 、 能量 、 热量 和
水 气 交 换 必 经 的 气 层 。大 气 边 界 层 内 运 动 的 主 要
得边 界层 的气象 状况 ， 它包括 温度 、 湿度 、 压 、 气 风 向、 风速 等参数 及 其短 期 变化 的测 量 仪器 以及用
本 规律 时 ， 求建 设 在 地表 特 性 均 匀 而平 坦 的地 要
区 。而用于 研究发 电厂 或试验 场所 等特定 场 区的
边 界层 大气 和环 境 污染 等情 况 时 ， 则应 建 于 特 定 的场 区 。因此 ， 以两 全 其美 。由 于气 象塔 的这 难 种 特征 ， 使得 边界层 的研 究都具 有一定 的区域性 ， 在进行边 界层 大 范 围研 究 时 ， 资料 的使 用 必须 进
２ ２ 测 风 塔 ．
声波 遥感 是利用 大气气 象要 素起 伏对声 波产 生 折射 、 散射 、 吸收 和衰减 的物 理特性 来推 断和估
计气 象要 素分 布特征 的大气 探测 方法 。声波是 机
测 风塔是 观测大气 边界层 气象 要素 铅直 分布
的设施 。随着大 气边 界和 污染 扩散研 究 工作 的开 展 ， 国陆续建造 了装有各种气 象观测仪 器的专用 各 气 象塔 ， 初期塔高约 １０ｒ 达到后来 的 ４ ０ｍ 以 从 ０ ｌ ｆ ０ 上 。此 外 ， 有利用 电视塔 、 还 电讯 塔等安 装气 象仪 器 进 行 观 测 的 ， 高度 可 以更 高 。１ ７ 其 ９ ９年 ， 中国 在 北 京北 郊 建 造 了 第一 座 塔 高 ３ ０ｍ 的专 用 气 ２ 象塔 。近年来 ， 国为 了普 查 风力 资 源 建造 了一 我 系列 的测 风塔有 望进 行长期 的组 网探测 。 气象 塔上仪 器 的安装 高度可根 据需 要和可 行
特点 是 其 湍 流 性 ， Ｒ ｙ ｏｄ 数 相 当大 ， 体 几 其 ｅ ｎ ｌｓ 流 乎总 是处 于 湍 流 状 态 ， 湍 流 度 很 大 ， 达 ２ 且 可 Ｏ 左右 。绝 大多 数发 生在 边界 层 中的物 理过 程都 是 通过 湍流输 送 来实 现 的 。由于热 力作 用而 导致 的 强烈 日变 化是 大气 边界 层 的一个 重要 特征 。大 气
＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ Ｎａ ｊｎ １ １ １ ； ． ｈ ｎ ｈ ｉ ａ ｉｅＭ ｅｅ ｒ ｌｇ ｃ ｌＣ ｎｅ Ｓｈ ｎ ａ ０ ３ ０ ｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｎ ｉｇ ２ １ ０ ３ Ｓ ａ ｇ ａ ｒｎ ｔｏ ｏｏ ｉａ ｅ ｔｒ， ａ ｇｈ ｉ２ １ ０ ） Ｍ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｔ ｔ ｓ ｏｆｍｕｌｉｏｒ ｓ ｕｎ ｎｇ ｍ ｅ ｈｏ ｏ ｔ ｏ ｐ ｒ ｃ ｂｏ ｄａ ｙ ｌ ｙ ｒ ｓ ｖ ｒ ｌ ｓｒ ｃ ： ｓ ｄ ｏ ｈｅ ｓ ａ ｕ ｔｆ ｍ ｏ ｄｉ ｔ ｄｓ ｆ ｒ ａ ｍ ｓ ｈｅ ｉ ｕｎ ｒ ａ ｅ ， ｅ ｅ ａ
Ｓ ｕ ｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｔ ｓ ｅ ｉ ｏ ｎ ａ ｙ ｌ ｙ ｒ ｏ ｎｄ ｎｇ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆａ ｍｏ ｐｈ ｒ ｃ ｂ ｕ ｄ ｒ ａ ｅ
Ｘｉ ｎｇ Ｃｈａ ｃ ｏ 。 ｅ Ｌｉ ｉ 。． ｕ Ｗ ｅ ｏ ｏ ｈａ Ｘｉ ｐ ｎｇ Ｗ ｉ （ ． ｉｈ ｎ ｄｎ ｎ ｅＴｅｔＣｅ ｔｒｏ Ｃ ｉａ， ｉｈ ｎ ３ ０ １； ． ｎ ｔｔ ｔ ｆ Ｍｅｅ ｒ ｌｇ ＰＬ Ｕｎ ｖ ｒｉ Ｊ Ｓ ｉｎ ｅ １ Ｂａ ｃ ｅ ｇ Ｏｒ ａ ｃ ｓ ｎ ｅ ｆ ｈ ｎ Ｂａｃ ｅ ｇ １ ７ ０ ２ Ｉ ｓｉｕｅｏ ｔｏ ｏｏ ｙ， Ａ ｉｅｓｔ ｏ ｃｅ ｃ ｙ
性 决定 ， 常上疏 下密 ， 通 采用对 数 等间距 分布 。塔
械波， 其振 动 方 向和 传播 方 向一 致 ， 频率 较 低 。 且 由于大气 气象 要 素 的起 伏 引起 的声 波 的散 射 、 吸 收 和衰减都 比电磁 波 强 得 多 ， 因此 声 波 探测 大 气 的优点是灵 敏 度 高 ， 点 是 声 波在 大 气 中传 播 时 缺
ＨＡＰ ＥＸ ＯＢ ＬＨＹ， Ｆ ＴＯＧＡ， ＯＲＥＡＳ 等 Ｍ Ｉ ＦＩ Ｅ， Ｂ
重 大 国际性 大气科 学 研究 ， 国 已完成 的 ＨＥ Ｆ 我 ＩＥ
及 １ ９ 年 执 行观 测 的 四大 气象 实 验 、Ｍ ＲＡＳ ９８ Ｉ Ｇ Ｓ
和极 地观 察 活动等 。
征 、 节 和天气 背 景不 同 ， 季 每天可 在几 十 至几千 米 变化 。大 气边 界层 底部 从地 面 向上几 十米 一般 称 近地 层或 常通 量层 。
熊 超 超 ， 丽 萍 。 吴 维 谢 ，
（． 国 白城 兵 器 试 验 中 心 ， １中 白城 １７ ０ ；． 放 军 理 工 大 学 气象 学 院 ， 京 ２ １０ ；． 海 海 洋 气象 台 ， 海 ３０１２解 南 ｌ１１３上 上
２０ ０ １３ ０）
摘 要 ： 气 边 界 层 的探 测 方 法 呈 现 多 样 化 趋 势 ， 文 重 点 介 绍 了几 种 常 用 的 边 界 层 探 测 方 大 本
以及相 关特征 量 的测 量 ； 表 状况 及 其 过程 的测 地 量； 稀有 气体成 分 和 大气 污 染 物浓 度 和通 量 的测
度上 的仪 器具 有较 高 的 可 比较 性 ， 器 性 能必 需 仪
相同， 且还需 经 常进 行平 行 对 比。塔 上 可使 用 遥
量 。随着科技 水 平 的提 高 和科 研 的 深入 ， 气 边 大
第 ３期 ２１ ０ ０年 ９月
气 象 水 文 海 洋 仪 器
Ｍ ｅ ｅ ｒ ｌ ｇ ｃ １ Ｈ ｙ ｒ ｌｇ ｃ ｌａ ｄ Ｍ ａ ｉｅ Ｉ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｔ ｏ ｏ ｏ ｉａ 。 ｄ ｏ ｏ ｉａ ｎ ｒｎ ｎ ｔ ｕ ｎ ｓ
ＮＯ ３ ． Ｓｐ ２ ０ ｅ ． Ｏ１
大气 边 界 层 探 测 技 术 初 步分 析
１ 大 气 边 界 层 及 其 特 点
大 气 边 界 层 （ Ｉ 通 常 是 指 大 气 的 最 低 部 ＡＢ ）
２ 大气 边 界层 探 测 技 术
大气边 界层 探测 主 要包 括 ： 本气 象要 素 （ 基 温
分 受地 面直 接影 响 、 与地 面有直 接作 用 的气层 ， 并
收 稿 日期 ：０ ０ ０ —５ ２ １ —３ ２ ．
（ ）利用单 点声 雷达 探测 温度 层 结 。对 于 单 １ 点雷 达 而言 ， 线 是垂 直 安 置 的 ， 射 、 收共 用 天 发 接
一
上仪 器有 两类 ： 一类是 铅直梯 度观测 仪器 ， 测量 温
能 量耗散 大 ， 探测 高度 受到 限制 ， 主要用 于边界 层
探测 。
因为声波在 大气 中传播 速 度仅是 温 度和 风场
特性 的函数 ， 以所 谓声 波遥 感 ， 所 就是 根据 声 波在
大气 中传播 的散射 特性 和多 普勒 效应 探测 大气 中 的温度和风 场特性 。它具体有 以下 ３方面的应用 ：