風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)測(cè)風(fēng)資料的對(duì)比

曲巧娜，盛春巖，孫 青，車(chē)軍輝

（1．山東省氣象科學(xué)研究所，山東 濟(jì)南 250031；2．山東省氣象局，山東 濟(jì)南 250031）

風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)測(cè)風(fēng)資料的對(duì)比

曲巧娜1，盛春巖1，孫 青2，車(chē)軍輝1

（1．山東省氣象科學(xué)研究所，山東 濟(jì)南 250031；2．山東省氣象局，山東 濟(jì)南 250031）

為了探討風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料的可用性，對(duì)2013年9月—2015年10月青島站和濟(jì)南站的風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)、誤差及有效樣本比率分析。結(jié)果表明：（1）濟(jì)南站和青島站絕大多數(shù)高度層00：00和12：00風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)的水平風(fēng)速顯著正相關(guān)，通過(guò)α＝0．05及以上信度檢驗(yàn)；（2）濟(jì)南站00：00和12：00，晴天1．5 km以上及雨天0．64 km以上大多高度層風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)的水平風(fēng)速比L波段探空雷達(dá)偏小約2 m·s－1，且當(dāng)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)向差≤20°時(shí)，有效樣本比率基本在70%以上，資料質(zhì)量很高；（3）青島站00：00和12：00，6．48 km以下大多高度層風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)探測(cè)的水平風(fēng)速比L波段探空雷達(dá)偏小2～4 m·s－1，水平風(fēng)速資料可用，但當(dāng)2部雷達(dá)風(fēng)向差≤20°時(shí)，有效樣本比率僅為20%，海陸風(fēng)及2種儀器的布設(shè)距離是水平風(fēng)向差異的主要原因。

風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)；L波段探空雷達(dá)；誤差分析；有效樣本比率

曲巧娜，盛春巖，孫 青，等．風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)測(cè)風(fēng)資料的對(duì)比［J］．干旱氣象，2016，34（6）：1078－1086，［QU Qiaona，SHENG Chunyan，SUN Qing，et al．Comparison of HorizontalWind Between Wind Profile Radar and L Band Sounding Radar［J］．Journal of Arid Meteorology，2016，34（6）：1078－1086］，DOI：10．11755／j．issn．1006－7639（2016）－06－1078

引 言

風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)是21世紀(jì)高空探測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，已經(jīng)在全球進(jìn)入業(yè)務(wù)化應(yīng)用階段，其不間斷實(shí)時(shí)探測(cè)站點(diǎn)上空大氣的風(fēng)向風(fēng)速、大氣湍流等，與氣球軌跡法測(cè)風(fēng)原理差別較大［1－2］。近幾年我國(guó)也相繼開(kāi)展了風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料與探空資料的對(duì)比工作。孫旭映等［3］指出自地面至高空200m左右的范圍內(nèi)，廓線(xiàn)儀探測(cè)的風(fēng)向、風(fēng)速與氣球探測(cè)值有一定偏差，而200 m以上具有很好的相關(guān)性，但在風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)的最大探測(cè)高度處偏差很大；研究表明［4－5］，風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)水平風(fēng)速和水平風(fēng)向測(cè)量值一般都比氣球軌跡法的結(jié)果偏大，分別偏大1．5～3．0 m·s－1和10°～20°；陳添宇等［6］指出，祁連山地區(qū)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)探測(cè)的風(fēng)速誤差較大，尤其是1 400 m以下誤差更大；楊梅等［7］對(duì)探空風(fēng)廓線(xiàn)與雷達(dá)風(fēng)廓線(xiàn)資料進(jìn)行了相關(guān)分析，指出兩者具有較好的相關(guān)性。董保舉［8－9］、胡明寶［10］、鄧闖［4］等分析 了不同天氣條件下風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)的數(shù)據(jù)獲取率，得出夏季數(shù)據(jù)獲取率明顯高于冬季，且降水出現(xiàn)時(shí)環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的不均勻性造成水平風(fēng)向、風(fēng)速的測(cè)量誤差較大。

山東省已建成的風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)有6部，分別是青島、煙臺(tái)、臨沂、東營(yíng)、蓬萊、濟(jì)南，其中兼具探空氣球觀測(cè)的站點(diǎn)僅有青島站和濟(jì)南站。山東省WRF模式已業(yè)務(wù)運(yùn)行多年，并不斷致力于模式的優(yōu)化，由于風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)可以提供高時(shí)間密度的垂直風(fēng)探測(cè)資料，該資料在WRF模式中的同化應(yīng)用是改進(jìn) WRF模式預(yù)報(bào)質(zhì)量的重要方面。青島站、濟(jì)南站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)分別于2006年6月和2012年9月進(jìn)入運(yùn)行階段，資料較新，資料的可靠性如何？另外，降水對(duì)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)探測(cè)有一定的影響。為此，本文將晴空和降水天氣下風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)的水平風(fēng)速、風(fēng)向與L波段探空資料進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，為模式同化風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料的質(zhì)量控制方面做準(zhǔn)備。

1 資料與方法

1．1 資料及處理

選用山東青島站（120．33°E，36．06°N）、濟(jì)南站（117．55°E，36．68°N）2013年9月—2015年10月每日00：00（世界時(shí)，下同）和12：00的風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)平均水平風(fēng)向、風(fēng)速資料。青島站的風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)為SCRTWO－01型固定式的對(duì)流層Ⅱ型雷達(dá)，2006年6月安裝在城陽(yáng)區(qū)上馬鎮(zhèn)（120．22°E，36．27°N）運(yùn)行，2013年3月移至城陽(yáng)區(qū)河套鎮(zhèn)氣象探測(cè)保障中心（120．13°E，36．23°N）運(yùn)行。其探測(cè)高度為地面至6～8 km，時(shí)間分辨率為5 min （5波束）和3 min（3波束），生成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為5 min一組；雷達(dá)的垂直分辨率，地面至960 m為120 m，960 m以上為240 m。濟(jì)南站是CLC－11－D型固定式邊界層風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)，平均每6 min一次探測(cè)距地面10 km垂直高度的大氣風(fēng)向、風(fēng)速和低空水汽分布狀況，生成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為6 min一組；垂直分辨率，地面至1 060m為60m，1 060～2 980m為120m，2 980 m以上為240 m。

L波段雷達(dá)探空資料和風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料的時(shí)間和高度并不嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。探空氣球施放時(shí)間為11：15 和23：15，觀測(cè)時(shí)間一般約為1 h；風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料的時(shí)間間隔為逐5 min或逐6 min，經(jīng)過(guò)處理生成逐30 min、1 h平均產(chǎn)品。為便于2種資料的對(duì)比分析，選取風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)逐1 h平均產(chǎn)品數(shù)據(jù)。風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)的探測(cè)高度是固定的，而L波段雷達(dá)探測(cè)高度隨機(jī)且密度較大。其中，濟(jì)南站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)探測(cè)高度為地面至7 780 m（共47層）；青島站探測(cè)高度為地面至7 920 m（共37層）。因此，首選風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)相同高度的探測(cè)數(shù)據(jù)，其次是當(dāng)2種雷達(dá)探測(cè)高度差的絕對(duì)值≤3 m，認(rèn)定為同一高度，而當(dāng)絕對(duì)值＞3 m時(shí)，則認(rèn)為誤差較大，這一高度上的2種資料同時(shí)記為缺測(cè)（實(shí)際上差值＞3 m的高度較少）。

1．2 誤差分析

為探討風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料的可用性，利用實(shí)際業(yè)務(wù)中廣泛應(yīng)用的L波段探空雷達(dá)資料，采用平均絕對(duì)誤差、平均誤差進(jìn)行風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料的誤差分析，其公式如下：

其中，MAE是平均絕對(duì)誤差，ME是平均誤差；VP是指風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)水平風(fēng)速，VL是指L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速，單位：m·s－1；N是總樣本數(shù)。

1．3 有效樣本比率

另外，采用有效樣本比率［5］對(duì)水平風(fēng)速和風(fēng)向的差異性進(jìn)行分析。當(dāng)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)和L波段探空雷達(dá)的水平風(fēng)速差≤3 m·s－1（風(fēng)向差≤20°）時(shí)定義為有效樣本（Ve），2類(lèi)資料均不缺測(cè)樣本為總樣本（Vt），那么有效樣本比率Vr定義為：

2 水平風(fēng)速差異性對(duì)比

2．1 水平風(fēng)速的相關(guān)性

表1給出2013年9月—2015年10月期間青島站12：00風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)探測(cè)的水平風(fēng)速在不同高度上的相關(guān)性，考慮篇幅原因，文中僅列出了部分高度層?？傮w看來(lái)，青島站12：00風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)的水平風(fēng)速在不同高度上均呈顯著正相關(guān)，但不同天氣條件下，相關(guān)性有較大差異。其中，晴天，480 m以下2種資料的相關(guān)系數(shù)基本在0．5左右，600 m以上相關(guān)系數(shù)大多在0．6 ～0．8之間，各高度層相關(guān)系數(shù)均通過(guò)α＝0．001的信度檢驗(yàn)；雨天有降水時(shí)，720 m以下及5 760 m以上高度層2種資料的相關(guān)性較低，其他高度層相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)達(dá)0．6以上，通過(guò)α＝0．05及以上信度檢驗(yàn)?？梢?jiàn)，晴天情況下低層、雨天低層和高層12：00的2種資料差異較大，且晴天的相關(guān)性較雨天大。

由青島站00：00風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)探測(cè)的水平風(fēng)速在不同高度上的相關(guān)系數(shù)可知（表略），晴天時(shí)，2種資料在各高度層上均顯著正相關(guān)（通過(guò)α＝0．001的信度檢驗(yàn)），600 m以下相關(guān)系數(shù)＜0．7，720～6 240 m高度層的相關(guān)系數(shù)較高為0．7～0．9，其中1 680 m高度的相關(guān)系數(shù)最高，而6 480 m以上相關(guān)系數(shù)大多＜0．7，可見(jiàn)中層的相關(guān)性更大；雨天有降水時(shí)，840 m以下相關(guān)系數(shù)＜0．8，其中120 m 和240m高度未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，而960～5 280m相關(guān)系數(shù)大多在0．8～0．9之間波動(dòng)，通過(guò)了α＝0．05及以上信度檢驗(yàn)，5 280 m以上相關(guān)性較低，其中5 520 m和6 480 m未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。綜合對(duì)比青島站00：00和12：00的資料，發(fā)現(xiàn)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)中層整體好于低層、高層，00：00好于12：00，晴天高于雨天。

從濟(jì)南站12：00風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)探測(cè)的水平風(fēng)速在不同高度上的相關(guān)性看出（表2），晴天時(shí)，2種資料在各高度層上均顯著正相關(guān)（通過(guò)α＝0．001的信度檢驗(yàn)），除了280 m和340 m高度上的相關(guān)系數(shù)（＜0．5）較低外，其他高度層上

相關(guān)系數(shù)較高，在0．8～0．9之間；雨天有降水時(shí)，460～940 m及6 340 m以上大多高度層相關(guān)系數(shù)（≤0．7）略低，其中460 m未通過(guò)信度檢驗(yàn)，其他高度層的相關(guān)系數(shù)在0．9左右，均通過(guò)α＝0．05及以上信度檢驗(yàn)。濟(jì)南站00：00（表略），晴天時(shí)，各高度層上2種資料均顯著正相關(guān)（通過(guò)α＝0．001信度檢驗(yàn)），除760～1 900 m高度層相關(guān)系數(shù)在0．7左右以外，其他高度上相關(guān)系數(shù)大多在0．8以上；雨天有降水時(shí)，除340 m和1 060 m高度未通過(guò)信度檢驗(yàn)外，700～6 100 m高度層上的相關(guān)系數(shù)在0．9左右，其他高度上相關(guān)系數(shù)≤0．8，通過(guò)α＝0．05及以上信度檢驗(yàn)?？梢?jiàn)，濟(jì)南站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)絕大多數(shù)高度層上水平風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)12：00好于00：00，晴天高于雨天，中層整體好于低層和高層。

表1 2013年9月—2015年10月12：00青島站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速在不同高度上的相關(guān)性Tab．1 The correlations of horizontal wind speed at different heights between wind profile radar and L band sounding radar at12：00 UTC from September 2013 to October 2015 Qingdao station of Shandong

表2 2013年9站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)不同高度上水平風(fēng)速的相關(guān)性Tab．2 Th speed at different heights between wind profile radar and L band soundeptember 2013 to October 2015 Ji'nan station of Shandong

綜上所述，濟(jì)南站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速的相關(guān)性整體上比青島站偏高；青島站的相關(guān)系數(shù)12：00比00：00偏低，而濟(jì)南站的相關(guān)系數(shù)12：00比00：00偏高；除雨天青島站12：00有7個(gè)高度層、00：00有4個(gè)高度層及濟(jì)南站12：00有1個(gè)高度層、00：00有2個(gè)高度層未通過(guò)信度檢驗(yàn)外，其他各高度層均通過(guò)α＝0．05及以上信度檢驗(yàn)。說(shuō)明青島站和濟(jì)南站的風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)的水平風(fēng)速相關(guān)性較好，風(fēng)速具體相差多少，還需進(jìn)一步分析。

圖1 2013年9月—2015年10月青島站（a、c、e）和濟(jì)南站（b、d、f）風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)不同天氣條件下12：00和00：00的水平風(fēng)速平均絕對(duì)誤差Fig．1 Themean absolute errors of horizonalwind speed with differentweather conditions between wind profile radar and L band sounding radar at12：00 UTC and 00：00 UTC from September 2013 to October 2015 Qingdao（a，c，e）and Ji'nan（b，d，f）stations of Shandong

2．2 水平風(fēng)速的誤差

圖1給出2013年9月—2015年10月青島站和濟(jì)南站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)相對(duì)于L波段探空雷達(dá)12：00和00：00的水平風(fēng)速平均絕對(duì)誤差?？梢钥闯?，總體上青島站0．24—5．76 km高度上平均絕對(duì)誤差有著隨高度升高先減小后增大的特征，拐點(diǎn)約在3 km附近，6．48 km以下誤差為2～4 m·s－1，且00：00的誤差整體較12：00?。? km以上誤差及其波動(dòng)明顯增大（圖1a）。晴天時(shí)（圖1c），4．32 km以下平均絕對(duì)誤差隨高度升高先減小后增大，平均絕對(duì)誤差主要分布在1．4～3．7 m·s－1之間，拐點(diǎn)約在2 km附近，且00：00比12：00誤差略偏小，1．68 km高度上00：00的誤差最?。?．4 m·s－1）；5 km以上誤差波動(dòng)較大，12：00和00：00的平均絕對(duì)誤差在3．0 m·s－1左右波動(dòng)，且00：00比12：00誤差略偏大。雨天有降水時(shí)（圖1e），12：00比00：00誤差明顯偏大，6 km以下水平風(fēng)速的平均絕對(duì)誤差在1～5 m·s－1之間，6 km以上平均絕對(duì)誤差為1～8 m·s－1?？梢?jiàn)，無(wú)論是12：00還是00：00，風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)的水平風(fēng)速降水天氣比晴天的平均絕對(duì)誤差偏大，且0．6 km以下和4．32 km以上高度層誤差相對(duì)較大。另外，晴天，高層12：00的誤差比00：00小，低層正相反，12：00的誤差比00：00大；降水天氣，各高度層12：00均比00：00誤差明顯偏大。

濟(jì)南站，1 km以上總體樣本誤差隨著高度先增大后減小再增大，誤差主要在2 m·s－1左右波動(dòng)（圖1b）。晴天時(shí)（圖1d），12：00水平風(fēng)速的平均絕對(duì)誤差從地面至 0．64 km先減小，0．64—2 km增大，2—4 km再次減小，4 km以上再次增大；00：00平均絕對(duì)誤差也表現(xiàn)出類(lèi)似的變化特征，只是拐點(diǎn)高度較12：00偏低。另外，0—1．9 km和3．7 km高度以上12：00的平均絕對(duì)誤差整體比00：00偏小，而2—3．7 km高度上12：00比00：00偏大。雨天有降水時(shí)（圖1f），5 km以下誤差隨高度升高變化較小，5 km以上隨著高度升高增長(zhǎng)較快，除少數(shù)高度層外，12：00平均絕對(duì)誤差均比00：00偏大。

從青島站總體樣本平均誤差來(lái)看，7．44 km以下大多高度層風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)測(cè)風(fēng)比L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速偏小，00：00平均誤差較12：00偏?。▓D2a）。晴天時(shí)（圖2c），2個(gè)時(shí)次的平均誤差均表現(xiàn)出先減小后增大再減小的特征，00：00平均誤差較12：00整體偏小。其中0．48—7．44 km風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)測(cè)風(fēng)均比L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速偏小，平均誤差為0～3 m·s－1。雨天有降水時(shí)（圖 2e），6．72 km以下，除2—3 km高度上12：00及3．84 km高度上00：00風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)探測(cè)風(fēng)速比L波段探空雷達(dá)風(fēng)速偏大外，其他時(shí)次高度上風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)測(cè)風(fēng)均比L波段探空雷達(dá)風(fēng)速偏小，平均誤差為0～4 m·s－1，且表現(xiàn)出先減后增的變化特征，00：00平均誤差較12：00明顯偏小，且波動(dòng)也較小。

圖2 2013年9月—2015年10月青島站（a、c、e）和濟(jì)南站（b、d、f）風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)不同天氣條件下12：00和00：00的水平風(fēng)速平均誤差Fig．2 Themean errors of horizonalwind speed with differentweather conditions between wind profile radar and L band sounding radar at12：00 UTC and 00：00 UTC from September 2013 to October 2015 in Qingdao（a，c，e）and Ji'nan（b，d，f）stations of Shandong

從濟(jì)南站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)12：00 和00：00的總體樣本水平風(fēng)速平均誤差看出（圖2b），平均誤差隨著高度升高逐漸減小，從地面至7．06 km平均誤差由1．5 m·s－1減小至－2．6 m·s－1，且12：00的平均誤差較00：00略小。其中，1 km以下2個(gè)時(shí)刻風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)測(cè)風(fēng)均比L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速偏大，1 km以上風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)測(cè)風(fēng)均比L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速偏小。晴天時(shí)（圖2d），2個(gè)時(shí)刻的水平風(fēng)速平均誤差變化特征與總體樣本一致。其中1．42 km以下2個(gè)時(shí)刻風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)測(cè)風(fēng)比L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速偏大，平均誤差為1 m·s－1左右，1．5 km以上風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)測(cè)風(fēng)比L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速偏小。雨天有降水時(shí)（圖2f），0．64 km以下2個(gè)時(shí)刻風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)比L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速偏大，0．64 km以上，除00：00的1．3 km和2．74 km個(gè)別高度層風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)比L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速偏大外，其他時(shí)次高度層風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)比L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速偏小。

2．3 水平風(fēng)速差的有效樣本比率

對(duì)青島站和濟(jì)南站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)12：00和00：00水平風(fēng)速進(jìn)行有效樣本比率計(jì)算。從青島站12：00和00：00總體有效樣本比率隨高度的變化來(lái)看，6．48 km高度以下有效樣本比率隨著高度升高先增大后減小，且2 km以下有效樣本比率00：00高于12：00，5．5 km以上正相反，12：00明顯高于00：00（圖3a）。晴天時(shí)（圖3c），2個(gè)時(shí)刻的有效樣本比率也表現(xiàn)出隨高度先增后減的變化特征，0．72 km以下12：00有效樣本比率為50% ～70%，00：00有效樣本比率約為70%，00：00略高于12：00；0．72—4 km比率較高，最高達(dá)91%；6 km以上00：00有效樣本比率為55% ～78%，12：00有效樣本比率為68% ～88%，12：00明顯高于00：00。雨天有降水時(shí)（圖3e），有效樣本比率不穩(wěn)定，整層高度在40%～90%之間浮動(dòng)，12：00明顯較00：00波動(dòng)大。

圖3 2013年9月—2015年10月青島站（a、c、e）、濟(jì)南站（b、d、f）不同天氣條件下12：00和00：00水平風(fēng)速有效樣本比率隨高度的變化Fig．3 The effective sample radios of horizonalwind speed with differentweather conditions at12：00 UTC and 00：00 UTC from September 2013 to October 2015 in Qingdao（a，c，e）and Ji'nan（b，d，f）stations of Shandong

濟(jì)南站2個(gè)時(shí)刻的總體水平風(fēng)速有效樣本比率隨著高度升高先減小后增大再減小的變化特征，且2個(gè)時(shí)刻相差不大（圖3b）。晴天時(shí)（圖3d），2個(gè)時(shí)刻的水平風(fēng)速有效樣本比率也表現(xiàn)出隨高度先減小后增大再減小的變化特征。其中，1．5 km以下12：00（80% ～90%）有效樣本比率略高于00：00 （70% ～80%），1．66—4．42 km有效樣本比率增大至90%以上，12：00略低于00：00，4．66 km以上有效樣本比率逐漸減小到70%左右，12：00略高于00：00。雨天有降水時(shí)（圖3f），有效樣本比率不穩(wěn)定，整層高度在 60%～100%之間浮動(dòng)，2 km以下00：00普遍高于12：00。綜上所述，當(dāng)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速差≤3 m·s－1時(shí)，濟(jì)南站的有效樣本比率好于青島站。

3 水平風(fēng)向差異性對(duì)比

由青島站12：00和00：00水平風(fēng)向有效樣本比率隨高度變化曲線(xiàn)可看出（圖4a），總體水平風(fēng)向有效樣本比率較低，約為 20%～40%，且 00：00有效樣本比率較12：00偏大。晴天時(shí)（圖4c），12：00有效樣本比率較為穩(wěn)定，約為10%～20%；00：00有效樣本比率略高于12：00，且4．32 km以上隨著高度升高逐漸增大，由12%逐漸增大至42%以上。雨天有降水時(shí)（圖4e），有效樣本比率在0%～40%范圍內(nèi)波動(dòng)?？梢?jiàn)，青島站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)向相差非常大。

圖4 2013年9月—2015年10月青島站（a、c、e）、濟(jì)南站（b、d、f）不同天氣條件下12：00和00：00水平風(fēng)向有效樣本比率隨高度的變化Fig．4 The effective sample radios of horizonalwind direction with differentweather conditions at12：00 UTC and 00：00 UTC from September 2013 to October 2015 in Qingdao（a，c，e）and Ji'nan（b，d，f）stations of Shandong

由濟(jì)南站12：00和00：00水平風(fēng)向有效樣本比率隨高度變化曲線(xiàn)看出（圖4b），總體水平風(fēng)向有效樣本比率基本在60%以上，且隨著高度升高比率逐漸增大，00：00略高于12：00。晴天時(shí)（圖4d），3．22 km以下，水平風(fēng)向有效樣本比率約為70%，3．22 km以上有效樣本比率增到80% ～90%，且隨著高度升高比率增大，00：00的有效樣本比率略高于12：00。雨天有降水時(shí)（圖4f），有效樣本比率約在65%～100%之間浮動(dòng)，同樣00：00的有效樣本比率略高于12：00，且波動(dòng)也大。綜上所述，當(dāng)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)向差≤20°時(shí)，濟(jì)南站有效樣本比率基本在70%以上，2種雷達(dá)探測(cè)的水平風(fēng)向相差較小，資料的可用性較高；而青島站有效樣本比率僅為20%，2種雷達(dá)探測(cè)的水平風(fēng)向相差非常大。

4 誤差原因

通過(guò)對(duì)比濟(jì)南站和青島站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)的水平風(fēng)速、風(fēng)向發(fā)現(xiàn)，2站的誤差及有效樣本比率結(jié)果明顯不同。除個(gè)別高度層外，濟(jì)南站00：00和12：00晴天1．5 km以上及雨天0．64 km以上風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)比L波段探空雷達(dá)的水平風(fēng)速偏小2 m·s－1左右，其原因主要是2種儀器測(cè)風(fēng)原理不同［1－2，11］，探空氣球在上升的過(guò)程中受到氣流的影響發(fā)生漂移，而風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)則依靠探測(cè)大氣中的湍流引起的大氣折射指數(shù)變化來(lái)獲取高空風(fēng)數(shù)據(jù)。

圖5 濟(jì)南站和青島站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)和L波段探空雷達(dá)的位置Fig．5 The location of wind profile radar and L band sounding radar in Ji'nan and Qingdao stations of Shandong

值得注意的是，當(dāng)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)向差≤20°時(shí)，青島站有效樣本比率僅為20%，誤差較大，究其原因主要有：一是青島站2種儀器沒(méi)有布設(shè)在同一位置上，直線(xiàn)距離約為28 km，而濟(jì)南站2種儀器是布設(shè)在同一位置（圖5）；二是海陸風(fēng)［12－15］，海陸風(fēng)是由于海陸熱力差異引起的白天由海上向內(nèi)陸吹、夜間由內(nèi)陸向海上吹的局地小尺度熱力環(huán)流。青島風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)站位于膠州灣沿岸，而L波段探空雷達(dá)站位于黃海沿岸（圖5），當(dāng)有海陸風(fēng)發(fā)生時(shí)，風(fēng)向明顯不同。

5 結(jié) 論

（1）除個(gè)別高度外，2站12：00和00：00風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)的水平風(fēng)速高度相關(guān)，且濟(jì)南站的相關(guān)系數(shù)整體比青島站偏高。相關(guān)系數(shù)青島站12：00比00：00偏低，濟(jì)南站12：00比00：00偏高。

（2）濟(jì)南站風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)的水平風(fēng)速平均絕對(duì)誤差比青島站偏小。青島站6．48 km以下大多高度層風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)比L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速偏小2～4 m·s－1，且雨天比晴天的平均絕對(duì)誤差偏大。濟(jì)南站晴天1．5 km以上及雨天0．64 km以上大多高度層風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)的水平風(fēng)速比L波段探空雷達(dá)偏小2 m·s－1左右。

（3）當(dāng)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)速差≤3 m·s－1時(shí)，濟(jì)南站的有效樣本比率高于青島站。晴天時(shí)，青島站水平風(fēng)速有效樣本比率隨高度升高先增大后減小，大多高度層比率值為65%～90%；濟(jì)南站有效樣本比率隨高度升高先減小后增大再減小，大多高度層比率值為70%～90%。雨天有降水時(shí)，2站有效樣本比率均不穩(wěn)定，青島站在40%～90%之間擺動(dòng)，濟(jì)南站在60%～100%之間浮動(dòng)。

（4）當(dāng)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)與L波段探空雷達(dá)水平風(fēng)向差≤20°時(shí)，濟(jì)南站有效樣本比率基本在70%以上，2種儀器探測(cè)的水平風(fēng)向相差較小，資料可用性較高；青島站有效樣本比率僅為20%，2種儀器探測(cè)的水平風(fēng)向相差非常大，除了2種儀器的地理位置有一定的距離外，海陸風(fēng)也是引起水平風(fēng)向差異性較大的主要原因。

［1］楊馨蕊，馬舒慶，吳蕾．UHF風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)降水?dāng)?shù)據(jù)判別方法的比較與評(píng)價(jià)［J］．大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（5）：576－581．

［2］王燁芳，薛云朝，李清．氣球軌跡法測(cè)風(fēng)和風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)測(cè)風(fēng)的對(duì)比分析［J］．氣象水文海洋儀器，2007，（3）：30－34．

［3］孫旭映，韓暉，段海霞，等．風(fēng)廓線(xiàn)儀與氣球測(cè)風(fēng)資料的對(duì)比分析［J］．干旱氣象，2008，26（3）：48－52．

［4］鄧闖，阮征，魏鳴，等．風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)測(cè)風(fēng)精度評(píng)估［J］．應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2012，23（5）：523－533．

［5］萬(wàn)蓉，周志敏，崔春光，等．風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料與探空資料的對(duì)比分析［J］．暴雨災(zāi)害，2011，30（2）：130－136．

［6］陳添宇，陳躍，陳乾．風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料的誤差及對(duì)祁連山地形云風(fēng)場(chǎng)檢測(cè)的初步分析［J］．干旱氣象，2011，29（4）：416－422．

［7］楊梅，李玉林，單九生，等．探空風(fēng)廓線(xiàn)與雷達(dá)風(fēng)廓線(xiàn)資料相關(guān)分析［J］．氣象，2006，32（6）：20－24．

［8］董保舉，張曄，徐安倫．高原地區(qū)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料評(píng)估［J］．氣象科技，2009，37（5）：580－583．

［9］董保舉，付志嘉，李明，等．風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料在暴雨天氣過(guò)程特征分析中的應(yīng)用［J］．氣象科技，2012，40（1）：74－86．

［10］胡明寶，鄭國(guó)光，肖文建．風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取率的統(tǒng)計(jì)分析［J］．現(xiàn)代雷達(dá)，2008，30（10）：14－16．

［11］宋呈文，張晨飛，劉書(shū)友，等．風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)探測(cè)資料分析［J］．氣象水文海洋儀器，2011，（1）：1－10．

［12］吳增茂，龍寶森．青島局地風(fēng)特征的分析［J］．海洋湖沼通報(bào)，1993，（1）：16－22．

［13］盛春巖，王建林，刁秀廣．2006年8月青島國(guó)際帆船賽期間海陸風(fēng)特征及三維結(jié)構(gòu)分析［J］．中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，37 （4）：609－614．

［14］薛德強(qiáng)，鄭全嶺，錢(qián)喜鎮(zhèn)，等．山東半島的海陸風(fēng)環(huán)流及其影響［J］．南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，18（2）：293－299．

［15］邱曉暖，范紹佳．海陸風(fēng)研究進(jìn)展與我國(guó)沿海三地海陸風(fēng)主要特征［J］．氣象，2013，39（2）：186－193．

Com parison of HorizontalW ind Between W ind Profile Radar and L Band Sounding Radar

QU Qiaona1，SHENG Chunyan1，SUN Qing2，CHE Junhui1

（1．Shandong Provincial Meteorological Science Institute，Ji'nan 250031，China；2．Shandong Provincial Meteorological Bureau，Ji'nan 250031，China）

In order to explore the data availability of wind profile radar，the correlation，error and effective sample ratio of horizontal wind speed and direction between wind profile radar and L band sounding radar Ji'nan and Qingdao stations of Shandong Province from September 2013 to October 2015 were analyzed．The results are as follows：（1）The positive correlations of horizontal wind speed at most altitudes between wind profile radar and L band sounding radar Qingdao and Ji'nan stations at00：00 UTC and 12：00 UTC from September 2013 to October 2015 were highly significant at the 0．05 and above significance level．（2）The horizontal wind speeds of wind profile radar atmost heights above 1．5 km on sunny weather and 0．64 km on rainy weatherwere about2m·s－1less than thatof L band souding radar at00：00 UTC and 12：00 UTC from September 2013 to October2015 Ji'nan station，and when the differences of horizontalwind direction between wind profile radar and L band sounding radarwere less than or equal to 20°，the effective sample ratioswere above 70%，which indicated that the data quality of wind profile radar Ji'nan station was very well．（3）The horizonal wind speeds ofwind profile radarwere 2－4m·s－1smaller than that of L band souding radar atmostaltitudes below 6．48 km Qingdao station at00：00 UTC and 12：00 UTC from September 2013 to October 2015，the data of wind profile radar were useful．However when the differences of horizontalwind direction between wind profile radar and L band sounding radarwere less than or equal to20°，the effective sample ratioswere only 20%due to the sea－land breeze and the longer distance between wind profile radar and L band sounding radar Qingdao，the availability of wind direction from wind profile radar wasworse．

wind profile radar；L band sounding radar；error analysis；effective sample ratio

1006－7639（2016）－06－1078－09

10．11755／j．issn．1006－7639（2016）－06－1078

P412．16

A

2016－01－07；改回日期：2016－04－06

公益性行業(yè)（氣象）科研專(zhuān)項(xiàng)（GYHY201106006）及山東省氣象局青年科研基金項(xiàng)目“風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)資料可用性分析”（2014SDQN03）共同資助

曲巧娜（1984－），女，碩士，工程師，主要從事天氣及模式檢驗(yàn)工作．E－mail：quqiaona77＠163．com