风廓线雷达资料在灰霾天气分析中的应用
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风廓线雷达资料在灰霾天气分析中的应用
漳州市气象局 黄 奕丹 陈锦鹏 吴建成 杨德 南
［ 摘要 ］ 利 用上 海徐 家汇 ２ ｏ １ ４ 年 ９ 月 ￣２ ｏ １ ５ 年２ 月风 廓 线雷 达资 料 ， 分析 了徐家 汇 上空 水平风 速 与地 面 能见度 的关 系 ， 结果 表 明 ，在 ８ ０ ０ ｍ￣ １ ６ ０ ０ ｍ 高度 上 ，水平 风速 小 于 ｌ Ｏ ｍ ／ ｓ ，且 持 续 时间长 时 ，地 面 能见度 下 降 ，风 速 越小 ，能见 度下 降越 明显 ； 当水 平风 速 小于 ５ ｍ ／ ｓ 时 ，则可 能 出现 严重 灰霾 天气 。结 合风 廓线 资料 ，对 一 次灰 霾天 气进 行 分析 ，发现 风 廓线 雷达 探 测风 场
具有实时性特点，能较快发现风向的变化，进而判断污染物的扩散方向和传送途径 ，能够对灰霾天气作 出短时预报 ；在风廓
线 雷 达垂 直速 度 剖面 图上 ，可 以直 观 地看 出某 时刻 ４ ０ ０ ｍ￣ １ ６ ０ ０ ｍ 存在 上升 气 流 ，当大 气 的垂 直上 升运 动 明显 时 ，会 使近 地面 出现 弱辐 合 区，形 成 小尺 度局 地环 流 ，使 污染物 集 聚 ，较 易 出现污 染天 气 。
天 气成 因。
的高空大气遥感系统 。陈楠等Ｉ ５ Ｊ 将南京地区的某次降水过程
的 风廓 线雷 达数 据 与 自动站 的监 测数 据进 行 比较 ，发 现伴 随
３ 能见 度 与地 面要 素 的关 系
３ ． １环境 污染与 能见 度 的联 系
降水天气的出现 ，雷达数据中的速度谱宽 、垂直速度和折射 率结构数值都显著变大。徐桂荣 卅 利用风廓线雷达分析大 气边界层温度、湿度 的结构及其 日 变化的特点 。目前对风廓 线雷达的研究主要是在风廓线数据的分析和评估上 ，而将其
肥地区对流层风廓线雷达获取的资料进行分析 ，进而更好地 使用数值产品。魏文涛等［ ４ 】 将塔克拉玛干地区大气监测试验 站２ ０ １ ０ 年４ 月１ １ 日沙尘天气时的风廓线雷达资料进行分析， 阐明了风廓线雷达是一种能够进行有效沙尘天气探测和监测
气流图反演风场特征 ，应用在灰霾天气过程分析中其生消的
上海空气污染问题 日益严重 ，已逐渐成为城市发展的一
・基 金项 目 ：漳 州市科 技 局科研 项 目 （ ｚ ｚ ２ ０ １ ６ ｊ １ ２）。
２ ０ １ ７年第 ６期 【 总第 １ ２ ６期 ）
５ ７
风 廓 线 雷达 资料 在 灰 霾天 气分析 中的应 用
３ ． ２ 能见 度 与 气象要 素 的相 关性
大障碍。风对污染物的扩散具有十分重要的作用 ，研究上海 不同探空层次的风场特征 ，以及风随高度的变化规律是分析 上海大气污染的重要依据。利用风廓线雷达对上海上空风场 特征的研究 ， 有利于了解上海地区灰霾天气发生的一般规律 ， 提高环境气象的预测预报准确率 。
频移速度探测值合并求 出某地上空的三维风场【 １ ］ 。它能够在 站点的正方位对风进行实时探测。由于风廓线雷达探测风场 准确度高 、有着实时 Ｉ 生 与连续性的特征，是 目前气球探空仪 所不能比拟的，对天气预报有着很大作用 ，并且能够提高环
［ 关 键词 ］ 风 廓线 雷达 灰 霾天 气 监 测分 析 上海
１ 概 述 风廓线雷达对大气三维风场有着较强 的探测能力 ，当大 气水平均匀时 ，风廓线雷达利用逐次探测东 、西 、南 、北 ４ 个倾斜波束指 向与一个天顶的垂直波束指向上的各种距离库
的多 普勒 频移 速 度 ，将 同一层 高度 上 五个 波束 指 向 的多普 勒
应用 于 环境 监测 的较 少 。
能见度指的是水平能见度 ，白天能见度指的是在当时的 天气条件下 ，视力正常的人能够从天空的背景里看到和识别
出 目标 物 的最 大水 平距 离 ，夜 间能见 度 指 的是 能够 看 到和 断
定出一定灯光强度的最大水平距离。它可以反映出大气环境
质 量 ，能见度 的大 小是 描述 环境 污染 程度 的特征 量 。
要的作用，因此提高客观分析风场精度是十分必要的。从表
１可 见 ，风 速 与能见 度 的相 关性 并不 是很 高 ，这 是 因为 地面
观测 所探 测 的风 速是 距 离地 面 ｌ Ｏ ｍ 高 的风 速 ，而是 否会 出现
பைடு நூலகம்
污染天气与大气混合层高度有着非常重要的联系，混合层高
度较 高 时 ， 就更 有利 大气 污染 物垂 直 方 向上湍 流交 换 。 因此 ， 预测 是 否会 出现 污染 天 气 ，只有 常规 地 面观 测 资料是 远 远不 图１ 能见 度 与各 高度层 水 平风 速 的相关 分 析
将２ ０ １ ４ 年 ６月至 ２ ０ １ ５ 年２ 月上海徐家汇气象要素和能 见度资料计算相关系数。为了较好的分析灰霾天时气象要素 和能见度 的关 系，把降水造成能见度降低 的情况排除。从表
１ 可 以看 出 ，风速 与 能见 度 的相关 系数 最 大 ，且 成 正相 关 。 风 场 的时空 变化 规 律在 空气 污染 物 扩散 和传 输 中起 着重
境 监测 的准确 性 。
２ 资料 与方 法
通常在大气环境监测 中，人们对大气污染情况的直观反
映是 能见 度 。 收集 ２ ０ １ ４ 年 ６月至 ２ ０ １ ５ 年２ 月上 海徐 家 汇 的
地面观测资料 ，通过计算得到各项气象要素与能见度之间的
相关性。
王开燕 等 【 ２ 】 利 用广州 南 沙地 区的风廓 线 雷达 资料对 ２ ０ ０ ８ 年 ７ 月至 ２ ０ １ ０年 ６月的灰霾 日 进行了分析 ，得出风速
分析 ２ ０ １ ４年 ９ 月至 ２ ０ １ ５ 年２ 月风廓线雷达数据 ，把 日 平均能见度与各个高度场 的日平均风速作相关计算 ，探究其
规律。 选 取 上海 地 区一 次灰 霾天 气过 程 ，利 用风 廓线 图和垂 直
对灰霾天气的出现与否有着非常重要的影响 。江斌等［ ３ 】 将合
漳州市气象局 黄 奕丹 陈锦鹏 吴建成 杨德 南
［ 摘要 ］ 利 用上 海徐 家汇 ２ ｏ １ ４ 年 ９ 月 ￣２ ｏ １ ５ 年２ 月风 廓 线雷 达资 料 ， 分析 了徐家 汇 上空 水平风 速 与地 面 能见度 的关 系 ， 结果 表 明 ，在 ８ ０ ０ ｍ￣ １ ６ ０ ０ ｍ 高度 上 ，水平 风速 小 于 ｌ Ｏ ｍ ／ ｓ ，且 持 续 时间长 时 ，地 面 能见度 下 降 ，风 速 越小 ，能见 度下 降越 明显 ； 当水 平风 速 小于 ５ ｍ ／ ｓ 时 ，则可 能 出现 严重 灰霾 天气 。结 合风 廓线 资料 ，对 一 次灰 霾天 气进 行 分析 ，发现 风 廓线 雷达 探 测风 场
具有实时性特点，能较快发现风向的变化，进而判断污染物的扩散方向和传送途径 ，能够对灰霾天气作 出短时预报 ；在风廓
线 雷 达垂 直速 度 剖面 图上 ，可 以直 观 地看 出某 时刻 ４ ０ ０ ｍ￣ １ ６ ０ ０ ｍ 存在 上升 气 流 ，当大 气 的垂 直上 升运 动 明显 时 ，会 使近 地面 出现 弱辐 合 区，形 成 小尺 度局 地环 流 ，使 污染物 集 聚 ，较 易 出现污 染天 气 。
天 气成 因。
的高空大气遥感系统 。陈楠等Ｉ ５ Ｊ 将南京地区的某次降水过程
的 风廓 线雷 达数 据 与 自动站 的监 测数 据进 行 比较 ，发 现伴 随
３ 能见 度 与地 面要 素 的关 系
３ ． １环境 污染与 能见 度 的联 系
降水天气的出现 ，雷达数据中的速度谱宽 、垂直速度和折射 率结构数值都显著变大。徐桂荣 卅 利用风廓线雷达分析大 气边界层温度、湿度 的结构及其 日 变化的特点 。目前对风廓 线雷达的研究主要是在风廓线数据的分析和评估上 ，而将其
肥地区对流层风廓线雷达获取的资料进行分析 ，进而更好地 使用数值产品。魏文涛等［ ４ 】 将塔克拉玛干地区大气监测试验 站２ ０ １ ０ 年４ 月１ １ 日沙尘天气时的风廓线雷达资料进行分析， 阐明了风廓线雷达是一种能够进行有效沙尘天气探测和监测
气流图反演风场特征 ，应用在灰霾天气过程分析中其生消的
上海空气污染问题 日益严重 ，已逐渐成为城市发展的一
・基 金项 目 ：漳 州市科 技 局科研 项 目 （ ｚ ｚ ２ ０ １ ６ ｊ １ ２）。
２ ０ １ ７年第 ６期 【 总第 １ ２ ６期 ）
５ ７
风 廓 线 雷达 资料 在 灰 霾天 气分析 中的应 用
３ ． ２ 能见 度 与 气象要 素 的相 关性
大障碍。风对污染物的扩散具有十分重要的作用 ，研究上海 不同探空层次的风场特征 ，以及风随高度的变化规律是分析 上海大气污染的重要依据。利用风廓线雷达对上海上空风场 特征的研究 ， 有利于了解上海地区灰霾天气发生的一般规律 ， 提高环境气象的预测预报准确率 。
频移速度探测值合并求 出某地上空的三维风场【 １ ］ 。它能够在 站点的正方位对风进行实时探测。由于风廓线雷达探测风场 准确度高 、有着实时 Ｉ 生 与连续性的特征，是 目前气球探空仪 所不能比拟的，对天气预报有着很大作用 ，并且能够提高环
［ 关 键词 ］ 风 廓线 雷达 灰 霾天 气 监 测分 析 上海
１ 概 述 风廓线雷达对大气三维风场有着较强 的探测能力 ，当大 气水平均匀时 ，风廓线雷达利用逐次探测东 、西 、南 、北 ４ 个倾斜波束指 向与一个天顶的垂直波束指向上的各种距离库
的多 普勒 频移 速 度 ，将 同一层 高度 上 五个 波束 指 向 的多普 勒
应用 于 环境 监测 的较 少 。
能见度指的是水平能见度 ，白天能见度指的是在当时的 天气条件下 ，视力正常的人能够从天空的背景里看到和识别
出 目标 物 的最 大水 平距 离 ，夜 间能见 度 指 的是 能够 看 到和 断
定出一定灯光强度的最大水平距离。它可以反映出大气环境
质 量 ，能见度 的大 小是 描述 环境 污染 程度 的特征 量 。
要的作用，因此提高客观分析风场精度是十分必要的。从表
１可 见 ，风 速 与能见 度 的相 关性 并不 是很 高 ，这 是 因为 地面
观测 所探 测 的风 速是 距 离地 面 ｌ Ｏ ｍ 高 的风 速 ，而是 否会 出现
பைடு நூலகம்
污染天气与大气混合层高度有着非常重要的联系，混合层高
度较 高 时 ， 就更 有利 大气 污染 物垂 直 方 向上湍 流交 换 。 因此 ， 预测 是 否会 出现 污染 天 气 ，只有 常规 地 面观 测 资料是 远 远不 图１ 能见 度 与各 高度层 水 平风 速 的相关 分 析
将２ ０ １ ４ 年 ６月至 ２ ０ １ ５ 年２ 月上海徐家汇气象要素和能 见度资料计算相关系数。为了较好的分析灰霾天时气象要素 和能见度 的关 系，把降水造成能见度降低 的情况排除。从表
１ 可 以看 出 ，风速 与 能见 度 的相关 系数 最 大 ，且 成 正相 关 。 风 场 的时空 变化 规 律在 空气 污染 物 扩散 和传 输 中起 着重
境 监测 的准确 性 。
２ 资料 与方 法
通常在大气环境监测 中，人们对大气污染情况的直观反
映是 能见 度 。 收集 ２ ０ １ ４ 年 ６月至 ２ ０ １ ５ 年２ 月上 海徐 家 汇 的
地面观测资料 ，通过计算得到各项气象要素与能见度之间的
相关性。
王开燕 等 【 ２ 】 利 用广州 南 沙地 区的风廓 线 雷达 资料对 ２ ０ ０ ８ 年 ７ 月至 ２ ０ １ ０年 ６月的灰霾 日 进行了分析 ，得出风速
分析 ２ ０ １ ４年 ９ 月至 ２ ０ １ ５ 年２ 月风廓线雷达数据 ，把 日 平均能见度与各个高度场 的日平均风速作相关计算 ，探究其
规律。 选 取 上海 地 区一 次灰 霾天 气过 程 ，利 用风 廓线 图和垂 直
对灰霾天气的出现与否有着非常重要的影响 。江斌等［ ３ 】 将合