基于L波段雷達(dá)探空的逆溫特征統(tǒng)計(jì)分析

崔世鋒，陽(yáng)小群，顧衛(wèi)，邱年

摘要 利用L波段探空雷達(dá)數(shù)據(jù)，分析了安慶2011—2020年逆溫基本特征。結(jié)果表明，08：00、20：00逆溫層平均出現(xiàn)的層數(shù)分別為1.9、1.5層，發(fā)生的頻率分別為85.4%、79.7%。接地逆溫發(fā)生的頻率低于脫地逆溫。統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)逆溫出現(xiàn)的頻率呈緩慢上升趨勢(shì)。接地逆溫層頂平均高度為222 m，08：00接地逆溫層厚度大于20：00逆溫層厚度，第一脫地逆溫層起始高度及層頂高度的變化區(qū)間跨度大，厚度是接地逆溫層厚度的1.6倍。逆溫強(qiáng)度有微弱上升趨勢(shì)并呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，夏季逆溫強(qiáng)度小、次數(shù)少，冬季強(qiáng)度大、次數(shù)多。

關(guān)鍵詞 安慶;接地逆溫;脫地逆溫;頻率;厚度;強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：P412.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2022）03–0088–04

1 資料和方法

1.1 資料

所選資料為2011年1月1日—2020年12月31日期間內(nèi)，GFE-L波段雷達(dá)、GTS1型數(shù)字式探空儀探測(cè)收集的逐日探空資料秒級(jí)數(shù)據(jù)，每日分為08：00、20：00兩個(gè)時(shí)次，合計(jì)資料共7 306份。

因站點(diǎn)遷移，其中2011—2012年站點(diǎn)位置為117°03′E、30°32′N，海拔19.8 m，2013—2020年站點(diǎn)位置為116°58′E，30°37′N，海拔高度為63.2 m。統(tǒng)計(jì)資料嚴(yán)格按照《高空氣象探測(cè)規(guī)范》要求，利用L波段（1型）高空氣象探測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件（版本號(hào)6.0.0.20200101）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得逐日2個(gè)時(shí)次的逆溫資料。

1.2 逆溫參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法

所討論的逆溫是指對(duì)流層中氣溫隨高度升高的現(xiàn)象，按是否接地將其分為接地逆溫和脫地逆溫。接地逆溫是指氣溫從地面層開(kāi)始隨高度升高而升高，到達(dá)某高度后氣溫開(kāi)始隨高度升高而遞減;脫地逆溫是指從離地一定高度起氣溫隨高度升高而升高，到達(dá)某高度后氣溫開(kāi)始隨高度升高而遞減，因一次探測(cè)過(guò)程中可能出現(xiàn)多個(gè)逆溫現(xiàn)象，故將不接地的第一個(gè)逆溫層定義為第一脫地逆溫。

逆溫統(tǒng)計(jì)要素有： 逆溫發(fā)生頻率（n）、逆溫層厚度（△H）、逆溫層溫差（ΔT）和逆溫強(qiáng)度（I）。

（1）逆溫發(fā)生頻率：F = n/N×100%

式中：n是一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生逆溫的次數(shù)（一日中08：00或20：00時(shí)次出現(xiàn)記為1次，2個(gè)時(shí)次均出現(xiàn)記為2次），N是這段時(shí)間內(nèi)的總時(shí)次（日數(shù)×2）。

（2）逆溫層厚度：△H = H2-H1

式中：H1、H2分別為逆溫層底高、逆溫層頂高，單位為米（m），其中接地逆溫的逆溫層底高為0 m。

（3）逆溫層溫差：ΔT = T2-T1

式中：T2為逆溫層頂溫度，T1為逆溫層底溫度，單位為攝氏度（℃）。

（4）逆溫強(qiáng)度：I =ΔT/△H×100%

式中：表示逆溫層內(nèi)每升高100 m溫度的升高值，單位為℃/hm。為了便于分析，文中將逆溫強(qiáng)度分為4個(gè)等級(jí)。

2 逆溫特征

2.1 逆溫頻率

利用安慶市國(guó)家氣象觀測(cè)站2011—2020年共7 306份探空資料分析發(fā)現(xiàn)，全時(shí)次共計(jì)出現(xiàn)12 730層逆溫，平均每個(gè)時(shí)次出現(xiàn)1.74層，08：00平均出現(xiàn)1.9層，20：00平均出現(xiàn)1.5層，早間每個(gè)時(shí)次出現(xiàn)的層數(shù)多于晚間。以每個(gè)探測(cè)時(shí)次是否發(fā)生逆溫現(xiàn)象為研究對(duì)象，共有6 034個(gè)探測(cè)時(shí)次出現(xiàn)逆溫，逆溫發(fā)生頻率為82.6%，遠(yuǎn)高于濟(jì)南的47.2%，與南京頻率的79.6%相當(dāng)[1-2]。其中，08：00逆溫發(fā)生頻率為85.4%，20：00逆溫發(fā)生頻率為79.7%。同時(shí)安慶地區(qū)接地逆溫發(fā)生頻率遠(yuǎn)低于脫地逆溫，接地逆溫占總逆溫層（包括接地和脫地逆溫）發(fā)生的頻率為23.9% ，脫地逆溫占76.1%。

從逆溫頻率的年變化看，2011—2020年安慶地區(qū)逆溫頻率年際呈緩慢上升趨勢(shì)，氣候傾向率為0.0074%。2011、2013、2018年逆溫發(fā)生頻率最小，為79%;2020 年最大，為90%（圖1a）。脫地逆溫發(fā)生頻率氣候傾向率為-0.0075%/a;接地逆溫發(fā)生頻率氣候傾向率為0.015%/a，呈緩慢上升趨勢(shì)，其中2011—2012年出現(xiàn)接地逆溫的頻率明顯偏少，該種統(tǒng)計(jì)結(jié)果應(yīng)與臺(tái)站由海拔高度20 m的市區(qū)遷移至海拔60 m郊區(qū)山崗有關(guān)，遷至山崗后致使脫地逆溫減少，接地逆溫增加。

從逆溫頻率的月變化看，接地逆溫和脫地逆溫均表現(xiàn)為盛夏季節(jié)少，秋冬季節(jié)發(fā)生頻率高的特點(diǎn)。其中，7—8 月逆溫發(fā)生頻率較低，最低在8月，為54%;10月至翌年3月出現(xiàn)逆溫較多，頻率均在90%以上，最多出現(xiàn)在1—12月，達(dá)到97%，幾乎每天均有逆溫層（圖1b）。接地逆溫呈拋物線分布，6—8月接地逆溫少，谷值出現(xiàn)在6月，發(fā)生頻率為4%;11、12月接地逆溫出現(xiàn)最多并出現(xiàn)峰值，發(fā)生頻率達(dá)34%。脫地逆溫除7、8月為低值以外，其他各月差距較小，發(fā)生頻率均在60%～70%之間，峰值出現(xiàn)在1月，發(fā)生頻率為70%，谷值出現(xiàn)在8月，發(fā)生頻率為46%。并且所有月份的接地逆溫發(fā)生頻率均低于脫地逆溫，此種統(tǒng)計(jì)結(jié)果與南京相類似，均呈明顯的“V”形結(jié)構(gòu)[2]。

安慶地處長(zhǎng)江中下游，冬季天氣形勢(shì)較為穩(wěn)定，地面多東北氣流，高空則在西北氣流控制之下，在天氣晴好時(shí)，湍流作用較弱，白天吸收太陽(yáng)輻射地面增溫，夜間地面不斷向大氣發(fā)射長(zhǎng)波輻射加熱大氣，地面冷卻降溫，有利于形成較強(qiáng)的輻射逆溫。而夏季天氣復(fù)雜，湍流加強(qiáng)，不利于形成較強(qiáng)逆溫。因此，逆溫出現(xiàn)頻率表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征[3]。

為探究季度之間逆溫層出現(xiàn)次數(shù)是否具有顯著差異，對(duì)季度逆溫層數(shù)使用SPSS進(jìn)行卡方檢驗(yàn)，得Pearson卡方值為561.705，對(duì)應(yīng)的顯著性P值為0.000<0.05（顯著性水平），數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明：各季度之間的逆溫層次數(shù)存在顯著性差異（表1）。

針對(duì)逆溫層次數(shù)序列進(jìn)行時(shí)間序列分析，將10年逆溫層次數(shù)做季節(jié)性分解，拆分為4個(gè)因素，并繪制序列圖進(jìn)行分析。由圖2可見(jiàn)，該序列在10年內(nèi)沒(méi)有呈現(xiàn)出長(zhǎng)期上升或下降的趨勢(shì)變化（見(jiàn)黃線）;刪除序列的季節(jié)性變化后獲得的數(shù)據(jù)走勢(shì)（見(jiàn)綠線）與殘差值走勢(shì)（見(jiàn)紅線）基本一致，表明逆溫層次數(shù)序列具有明顯的周期為一年的季節(jié)性波動(dòng)。

2.2 逆溫層的高度和厚度

逆溫層高度和厚度是衡量逆溫特征的重要指標(biāo)，反映了特殊溫濕層的時(shí)空分布特征。根據(jù)安慶站10年的資料分析表明，安慶接地逆溫層頂平均高度（即平均厚度）為222 m，最低僅為19 m，最高可達(dá)2 136 m。第一脫地逆溫層平均厚度為368 m，是接地逆溫層厚度的1.6 倍。第一脫地逆溫的起始平均高度為3 096 m，最低為20 m，最高可達(dá)18 378 m;第一脫地逆溫層頂平均高度為3 461 m，最低為64 m，最高可達(dá)19 057 m，可知第一脫地逆溫層起始高度及層頂高度的變化區(qū)間跨度大。08：00接地逆溫平均厚度為349 m，第一脫地逆溫平均厚度365 m。20：00接地逆溫平均厚度為101 m，第一脫地逆溫平均厚度為372 m。受夜間輻射降溫的影響，接地逆溫的08：00逆溫層厚度要大于20：00逆溫層厚度，但對(duì)第一脫地逆溫的厚度影響甚微。

根據(jù)2011—2020 年安慶逆溫層不同層厚次數(shù)年際變化可以得出，2011—2020 年不同厚度的逆溫層變化占比分布，依次為厚度在200～499 m占40%、厚度在100～199 m占32%、厚度在100 m以下占14%、厚度在500～999 m占11%、厚度在1 000 m以上占3%。逆溫層的厚度在200～500 m之間最多，1 000 m以上的逆溫層為最少。因2013年站點(diǎn)遷移至山崗，導(dǎo)致2013年起層厚小于100 m的次數(shù)超過(guò)500～999 m層厚的次數(shù)，說(shuō)明孤立的山崗導(dǎo)致的輻射降溫容易形成小厚度的低層逆溫層，而其他厚度的逆溫層年際變化表現(xiàn)穩(wěn)定。從2011—2020 年安慶逆溫層不同層厚次數(shù)月際變化可以看出，厚度為100～199 m、200～499 m的逆溫層出現(xiàn)次數(shù)與逆溫頻率月變化趨勢(shì)較一致，不僅夏季逆溫層出現(xiàn)的次數(shù)少，而且主要集中在厚度為100～199 m、200～499 m的逆溫層次數(shù)的減少上（圖3b）。

2.3 逆溫強(qiáng)度

因逆溫層有接地逆溫和脫地逆溫之分，一次探測(cè)過(guò)程可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)脫地逆溫，在分析各逆溫強(qiáng)度時(shí)，本文重點(diǎn)分析接地逆溫、脫地逆溫的強(qiáng)度最大值、最小值，達(dá)到全面分析目的。數(shù)據(jù)分析可知，2011—2020年安慶逆溫平均強(qiáng)度為1.1℃/100 m，其中，接地逆溫平均強(qiáng)度為1.85℃/100 m，脫地逆溫最大平均強(qiáng)度為1.31℃/100 m，脫地逆溫最小平均強(qiáng)度為0.77℃/100 m。

為了探究逆溫強(qiáng)度的詳細(xì)分布情況，將逆溫強(qiáng)度分為4檔：<1、1～2、2～3和>3。由2011—2020年安慶逆溫各檔強(qiáng)度出現(xiàn)次數(shù)的年際和月際變化可知，2011～2012年強(qiáng)度<1的逆溫層次數(shù)多于2013～2020年，2013年為轉(zhuǎn)折點(diǎn)（圖4）。各強(qiáng)度的逆溫出現(xiàn)次數(shù)氣候傾向率分別為-5.19℃/100 m、4.32℃/100 m、2.0℃/100 m、4.35℃/100 m，說(shuō)明安慶的逆溫強(qiáng)度呈微弱上升趨勢(shì)。同時(shí)可知，安慶逆溫強(qiáng)度存在明顯的月際變化，夏季逆溫不僅出現(xiàn)的次數(shù)少而且強(qiáng)度小，7～8月各檔逆溫強(qiáng)度出現(xiàn)次數(shù)亦均少于其他月份;冬季逆溫出現(xiàn)次數(shù)多而且強(qiáng)度大，強(qiáng)度大于3的逆溫出現(xiàn)在12月至翌年1月，不同于杭州的逆溫強(qiáng)度在秋季較強(qiáng)，強(qiáng)度小于3的逆溫也較多的出現(xiàn)在秋冬季，次數(shù)均大于其他月份[4]。

因安慶站2011—2020年層厚為200～499 m的逆溫層占比為40%，出現(xiàn)概率明顯多于其他層厚，因此進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)了層厚為200～499 m中強(qiáng)度<1、1～2、2～3、>3出現(xiàn)的次數(shù)分別為1 971、1 945、568、311次，強(qiáng)度在2以下的次數(shù)在厚度200～499 m的逆溫層中占比高達(dá)82%（表2）。同時(shí)厚度在100～500 m之間的逆溫層居多，占比為72%，在200～500 m厚度內(nèi)又以強(qiáng)度小于2的逆溫層為主。

為探究逆溫層次數(shù)與日樣本量強(qiáng)度之間是否具有相關(guān)性，對(duì)10年的逆溫層次數(shù)與日樣本量強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)性檢驗(yàn)，由表3可知，10年間的逆溫層出現(xiàn)次數(shù)與日樣本最大強(qiáng)度在1～2、2～3之間的斯皮爾曼系數(shù)分別為0.618、0.623，且都通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明逆溫層出現(xiàn)次數(shù)與日樣本量最大強(qiáng)度在1～2、2～3之間都存在顯著正向相關(guān)關(guān)系，即日樣本量最大強(qiáng)度愈大，逆溫愈強(qiáng)。

同時(shí)文章探究逆溫層次數(shù)與強(qiáng)度處于0～1之間的厚度的相關(guān)性，使用SPSS軟件進(jìn)行斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。由表4可知，逆溫層出現(xiàn)次數(shù)與厚度之間存在顯著正向相關(guān)關(guān)系，尤其當(dāng)強(qiáng)度處于0～1時(shí)厚度<500 m與厚度<1 000 m，厚度與逆溫層次數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.805、0.822，表明厚度愈大，與逆溫層次數(shù)存在正向相關(guān)程度就愈強(qiáng)。

3 結(jié)論

（1）2011—2020年安慶逆溫發(fā)生頻率高達(dá)82.6%并以脫地逆溫為主，逆溫頻率有緩慢上升趨勢(shì);

（2）受夜間輻射降溫的影響，08：00接地逆溫層的厚度要大于20：00的厚度，逆溫層的厚度在200～500 m之間最多，1 000 m以上的逆溫層為最少。逆溫層厚度的年際變化表現(xiàn)穩(wěn)定，有明顯的月季變化，呈現(xiàn)夏季小而薄，冬季后而多。

（3）逆溫強(qiáng)度在統(tǒng)計(jì)期間存在明顯的月際變化，夏季逆溫不僅出現(xiàn)的次數(shù)少，而且強(qiáng)度小，逆溫發(fā)生頻率、逆溫層厚度和逆溫強(qiáng)度在冬季較高，夏季較低，逆溫強(qiáng)度年際變化呈微弱上升趨勢(shì)。逆溫強(qiáng)度小于2的逆溫層次數(shù)在厚度區(qū)間為200～499 m的占比高達(dá)82%。

（4）使用SPSS對(duì)逆溫層次數(shù)進(jìn)行季節(jié)性模型預(yù)測(cè)，可得到2021—2025年逆溫層次數(shù)的預(yù)測(cè)數(shù)值與序列走勢(shì)。由預(yù)測(cè)值可知，未來(lái)逆溫層夏季低頻現(xiàn)象將有所改善，極端值出現(xiàn)概率減少;逆溫層出現(xiàn)次數(shù)呈夏季少、冬季多的特征持續(xù)不變（圖5）。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Characteristic Analysis of Temperature Inversi over Anqing based on L-band Radar Data

CUI Shifeng et al （Anqing Meteorological Bureau of Anhui Province， Anqing， Anhui 246001）

Abstract Using L-band radiosonde radar data， the basic characteristics of temperature inversion in Anqing from 2011 to 2020 are analyzed. The results showed that the average number of inversion layers at 08：00 and 20：00 was 1.9 and 1.5， respectively， and the frequency of inversion layers was 85.4% and 79.7%. The average height of the ground inversion layer was 222 m， and the thickness of the ground inversion layer at 08：00 was greater than that at 20：00. The variation range of the initial height and the top height of the first de-earth inversion layer was large， and the thickness was 1.6 times that of the ground inversion layer.The inversion intensity showed a slight upward trend and showed obvious seasonal variation. The inversion intensity was small and less frequent in summer， while the inversion intensity was large and more frequent in winter.

Key words Anqing city; Ground temp-erature inversion; Suspended inversion; Frequency; Thickness; Strength