激光雷达和探空反演的混合层高度对比分析
发布时间：2021-08-27 12:35
本文利用2016年12月至2017年11月期间晴朗少云天气下的成都微脉冲激光雷达观测数据反演的混合层高度,与温江探空资料确定的混合层高度进行了对比和误差分析,结果表明:基于探空资料和激光雷达数据反演的混合层高度具有较好的一致性,两者相关系数达0.75,激光雷达反演的混合层高度略低于基于探空资料确定的值,在混合层高度为1000～2000m时,两种方法计算所得的值偏差幅度最小,约为20%;在1000m以内和2000m以上,偏差幅度略有增大,为26%;两种方法反演的混合层高度变化趋势较为一致,均呈现出12月、1月较低,4月、5月较高的特点;混合层高度具有明显的日变化特征:上午混合层高度迅速增高,午后增长速度减慢并发展到最大高度,日落后迅速降低;混合层内相对湿度的增加、残留层的存在是导致激光雷达反演混合层高度时产生较大误差的原因之一。
【文章来源】：气象科技. 2020,48(04)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
2017年7月9日成都激光雷达后向散射信号（填色）和反演的混合层高度（黑色曲线）
图4为20:00探空资料与同时刻激光雷达反演的混合层高度散点图，其中黑色实线为1∶1线，样本数40。从图中可以看出，绝大部分点都较为均匀地分布在直线两侧，呈现出较好的一致性，仅有个别点偏离程度较大。相关系数为0.75，通过了α=0.05显著性水平检验。进行T检验时，在α=0.05显著性水平下，t=1.59，在样本数为40时，t0.05=2.02,t<t0.05，表明两种资料反演的混合层高度不存在系统性偏差。探空资料确定的混合层高度均值为1168m，激光雷达反演的混合层高度均值为1087m，两种反演方法所得结果相差不大。这与贺千山等的研究结果相似[12]，更多的点位于1∶1线以下，表明激光雷达反演的混合层高度整体略偏低；计算所得的混合层高度主要集中在500～1500m，比文献中所得同时刻北京的值高，这主要是因为成都日落时间较北京晚1h左右，混合层下降幅度比北京小。有5个案例偏差较大，差值超过了500m，分别为2017年1月29日、2017年2月19日、2017年5月13日、2017年5月25日和2017年8月9日。为了找出两种反演方法在不同混合层高度上的偏差大小，以探空资料确定的混合层高度为标准，每500m进行分类，计算了激光雷达反演与探空资料确定的混合层高度平均偏差值，如表2所示。从表中可知，从偏差幅度来看，在1000～2000 m范围内，偏差幅度最小，约为20%，在1000 m以内和2000m以上，偏差幅度略有增大，为26%。从偏差值来看，在1000m以内，混合层高度偏差最小，平均偏差仅为188m；随着混合层高度的增加，偏差也越来越大，1000～1500 m时，平均偏差为242 m;1500～2000m时，平均偏差为332m；而在2000m以上时，平均偏差达到了592m，这主要是因为混合层高度高了，在偏差百分比变化不大的情况下，偏差值也会变大。
图5为20:00探空和激光雷达反演的混合层高度随日期的变化曲线。从图中可以看出，两种方法所得的值变化趋势较为一致，具有明显的月变化，12月、1月混合层高度较低，3月开始增加，4月、5月明显高于其他月份，随后开始降低，说明混合层的发展与气象条件的季节性相关。其中12月、1月在混合层高度发展较低时，两种方法确定的值高度一致，偏差很小；而5月在混合层充分发展的情况下，两种方法确定的混合层高度出现较为明显的偏差。整体上来看，激光雷达反演的值要略低于探空资料确定的值。2.2 误差分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]四川盆地大气混合层高度特征及其与AQI的相关性分析[J]. 周颖,向卫国. 成都信息工程大学学报. 2018(05)
[2]成都夏季气溶胶消光特性研究[J]. 巫俊威,罗磊,杨东,徐栋夫. 高原山地气象研究. 2018(03)
[3]浙江省大气混合层高度变化特征分析[J]. 俞科爱,陈磊,张晶晶,朱纯阳,林陈爽,胡晓,陈迪辉. 气象科技. 2017(04)
[4]激光雷达与微波辐射计联合观测大气边界层高度变化[J]. 沈建,沈利洪,韩笑,孙新会,李展,盛世杰,伍德侠,张天舒. 气象科技. 2017(03)
[5]结合激光雷达评估常规探空资料反演青藏高原混合层高度的适用性[J]. 王存贵,李成才,贺千山,檀望舒,初奕琦,李建. 北京大学学报(自然科学版). 2017(03)
[6]地基微波辐射计探测大气边界层高度方法[J]. 刘思波,何文英,刘红燕,陈洪滨. 应用气象学报. 2015(05)
[7]利用微脉冲激光雷达探测大气混合层高度和气溶胶垂直结构的初步研究[J]. 丁辉,牛生杰,张泽娇. 大气科学学报. 2015(01)
[8]成都市混合层厚度的计算及方法对比[J]. 周燕秋,倪长健,刘培川. 成都信息工程学院学报. 2015(01)
[9]Mie散射激光雷达研究成都地区大气边界层结构[J]. 王治华,王宏波,何捷,郑玉臣,杨经国,李跃清,赵兴炳. 激光杂志. 2008(02)
[10]北京城市大气混合层与气溶胶垂直分布观测研究[J]. 贺千山,毛节泰. 气象学报. 2005(03)
本文编号：3366364
【文章来源】：气象科技. 2020,48(04)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
2017年7月9日成都激光雷达后向散射信号（填色）和反演的混合层高度（黑色曲线）
图4为20:00探空资料与同时刻激光雷达反演的混合层高度散点图，其中黑色实线为1∶1线，样本数40。从图中可以看出，绝大部分点都较为均匀地分布在直线两侧，呈现出较好的一致性，仅有个别点偏离程度较大。相关系数为0.75，通过了α=0.05显著性水平检验。进行T检验时，在α=0.05显著性水平下，t=1.59，在样本数为40时，t0.05=2.02,t<t0.05，表明两种资料反演的混合层高度不存在系统性偏差。探空资料确定的混合层高度均值为1168m，激光雷达反演的混合层高度均值为1087m，两种反演方法所得结果相差不大。这与贺千山等的研究结果相似[12]，更多的点位于1∶1线以下，表明激光雷达反演的混合层高度整体略偏低；计算所得的混合层高度主要集中在500～1500m，比文献中所得同时刻北京的值高，这主要是因为成都日落时间较北京晚1h左右，混合层下降幅度比北京小。有5个案例偏差较大，差值超过了500m，分别为2017年1月29日、2017年2月19日、2017年5月13日、2017年5月25日和2017年8月9日。为了找出两种反演方法在不同混合层高度上的偏差大小，以探空资料确定的混合层高度为标准，每500m进行分类，计算了激光雷达反演与探空资料确定的混合层高度平均偏差值，如表2所示。从表中可知，从偏差幅度来看，在1000～2000 m范围内，偏差幅度最小，约为20%，在1000 m以内和2000m以上，偏差幅度略有增大，为26%。从偏差值来看，在1000m以内，混合层高度偏差最小，平均偏差仅为188m；随着混合层高度的增加，偏差也越来越大，1000～1500 m时，平均偏差为242 m;1500～2000m时，平均偏差为332m；而在2000m以上时，平均偏差达到了592m，这主要是因为混合层高度高了，在偏差百分比变化不大的情况下，偏差值也会变大。
图5为20:00探空和激光雷达反演的混合层高度随日期的变化曲线。从图中可以看出，两种方法所得的值变化趋势较为一致，具有明显的月变化，12月、1月混合层高度较低，3月开始增加，4月、5月明显高于其他月份，随后开始降低，说明混合层的发展与气象条件的季节性相关。其中12月、1月在混合层高度发展较低时，两种方法确定的值高度一致，偏差很小；而5月在混合层充分发展的情况下，两种方法确定的混合层高度出现较为明显的偏差。整体上来看，激光雷达反演的值要略低于探空资料确定的值。2.2 误差分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]四川盆地大气混合层高度特征及其与AQI的相关性分析[J]. 周颖,向卫国. 成都信息工程大学学报. 2018(05)
[2]成都夏季气溶胶消光特性研究[J]. 巫俊威,罗磊,杨东,徐栋夫. 高原山地气象研究. 2018(03)
[3]浙江省大气混合层高度变化特征分析[J]. 俞科爱,陈磊,张晶晶,朱纯阳,林陈爽,胡晓,陈迪辉. 气象科技. 2017(04)
[4]激光雷达与微波辐射计联合观测大气边界层高度变化[J]. 沈建,沈利洪,韩笑,孙新会,李展,盛世杰,伍德侠,张天舒. 气象科技. 2017(03)
[5]结合激光雷达评估常规探空资料反演青藏高原混合层高度的适用性[J]. 王存贵,李成才,贺千山,檀望舒,初奕琦,李建. 北京大学学报(自然科学版). 2017(03)
[6]地基微波辐射计探测大气边界层高度方法[J]. 刘思波,何文英,刘红燕,陈洪滨. 应用气象学报. 2015(05)
[7]利用微脉冲激光雷达探测大气混合层高度和气溶胶垂直结构的初步研究[J]. 丁辉,牛生杰,张泽娇. 大气科学学报. 2015(01)
[8]成都市混合层厚度的计算及方法对比[J]. 周燕秋,倪长健,刘培川. 成都信息工程学院学报. 2015(01)
[9]Mie散射激光雷达研究成都地区大气边界层结构[J]. 王治华,王宏波,何捷,郑玉臣,杨经国,李跃清,赵兴炳. 激光杂志. 2008(02)
[10]北京城市大气混合层与气溶胶垂直分布观测研究[J]. 贺千山,毛节泰. 气象学报. 2005(03)
本文编号：3366364
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3366364.html
