海風鋒的雷達觀測分析研究進展

徐紹杰，苗峻峰

（1.南京信息工程大學大氣科學學院，江蘇 南京 210044；2.海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海南 海口 570203）

1 引言

海風是沿海地區(qū)一種常見的局地環(huán)流，是由海陸界面上的熱力差異引起的直接熱力環(huán)流，垂直尺度為2 km 左右，向內(nèi)陸傳播距離可達50～100 km，有時能在上層觀測到從陸地指向海洋的回流[1-2]。在沿海和內(nèi)陸地區(qū)，海風環(huán)流在空氣污染物的傳輸和擴散方面起著非常關(guān)鍵的作用[3-5]，各個緯度都能觀測到海風的存在[6]。海風可以緩解干燥悶熱的天氣，能夠在一定程度上改善沿海地區(qū)的空氣質(zhì)量[7]，但也有可能造成濃霧[8]。海風鋒是海風向內(nèi)陸推進過程中與內(nèi)陸的暖干氣團之間形成的類似冷鋒性質(zhì)的中小尺度系統(tǒng)[9]，其形成是海陸熱力效應和動力效應共同作用的結(jié)果。海風鋒是觸發(fā)中小尺度局地對流天氣的重要系統(tǒng)之一[10-15]，一直是國內(nèi)外沿海地區(qū)天氣預報關(guān)注的重點和難點[9,16]。大量研究表明：大尺度背景風[17]、海陸溫度差異[18]、地形[19-20]和植被[21]等因素對海風鋒的結(jié)構(gòu)和演變都有比較明顯的影響。

約60%的世界人口分布在海洋沿岸100 km 以內(nèi)。在沿海地區(qū)，海風鋒的生成和發(fā)展常造成雷暴和強降水等強對流天氣；反過來，海風雷暴和強降水等強對流天氣的發(fā)生和發(fā)展也會影響海風鋒的結(jié)構(gòu)和演變[26-27]，也就是說，海風鋒與雷暴和強降水等強對流天氣密不可分。因此，海風鋒結(jié)構(gòu)和演變的分析研究在沿海地區(qū)極為重要，具有重要的理論意義和實際應用價值。早期的海風鋒觀測研究主要基于常規(guī)地面觀測資料開展[23,28-29]，之后又結(jié)合了自動氣象站觀測資料[30]和雷達觀測資料[31]。雷達能夠連續(xù)、高精度和大范圍地觀測海風鋒過程[32]，且能夠?qū)ｏL鋒進行三維掃描，彌補了常規(guī)觀測資料和自動氣象站覆蓋范圍小、不能觀測三維結(jié)構(gòu)的劣勢。

20 世紀60 年代，雷達開始進入大眾視野，EASTWOOD 等[33]率先利用天氣雷達對英國東南沿海區(qū)域開展觀測。圖1顯示了費利克斯托附近一條與海岸大致平行的東北—西南走向的窄帶回波，極大地推動了雷達觀測海風鋒的研究工作。由于雷達資料與常規(guī)氣象資料有良好的相關(guān)性，同時雷達還具有良好的區(qū)域覆蓋性，這對于中小尺度氣象學方面的研究是一個巨大的優(yōu)勢[34]。但由于海風鋒復雜的物理性質(zhì)和受地形影響較大的特點，當時的雷達觀測方法還不足以及時、精確地觀測到海風鋒的物理結(jié)構(gòu)[35]。有研究表明，可借助雙多普勒甚至三多普勒雷達直接測量降水粒子的終端速度，從而估計海風對流中的風速分量大小，這為深入研究海風對流風暴運動學提供了方法參考[36]。20 世紀90 年代，國內(nèi)海風鋒雷達觀測研究也開始起步。潘乃先等[31]首先利用聲雷達觀測海風，揭示了海風回波的特征以及海風對邊界層的影響。21 世紀以來，遙感觀測手段有了較大的進步和完善，海風鋒的雷達觀測研究正引起越來越多國內(nèi)外氣象學家的興趣和重視[31,37-41]。

圖1 1960年6月20日17時（英國夏令時間下午6時）的平面位置顯示器圖像（引自文獻[33]）Fig.1 Plan position indicator photograph,1700hr.,June 20,1960（clock shows 6 p.m.B.S.T.）（cited from reference[33]）

本文分析了20 世紀60 年代以來國內(nèi)外在海風鋒方面的相關(guān)研究成果，概述了海風鋒的雷達觀測研究進展，以期了解海風鋒的水平和垂直結(jié)構(gòu)以及海風鋒識別和演變特征的雷達觀測方法，旨在促進國內(nèi)海風鋒的雷達觀測研究。

2 歷史回顧與現(xiàn)狀

早在20 世紀60 年代，國外氣象學家就開始利用雷達研究海風鋒[32-33,42]，其研究成果發(fā)表在Journal of Meteorology（美國氣象學會Journal of the Atmospheric Sciences前身）、Nature、Weather（英國皇家氣象學會）等知名刊物上，自此開啟了雷達觀測海風鋒的先河。

2.1 海風鋒識別和演變特征

20世紀60年代前后，國外雷達技術(shù)在氣象觀測方面的應用已有比較大的發(fā)展[32]，因此對于海風鋒的觀測也更加精細和深入。國內(nèi)對于海風鋒的雷達觀測研究直到20世紀90年代才開始起步[31]，應用較遲。

ATLAS[32]利用K 波段電磁雷達對馬薩諸塞州東南部的個例進行了研究，指出海風鋒能夠被雷達觀測的本質(zhì)是由于大氣的不均勻性，他還發(fā)現(xiàn)雷達觀測的海風鋒結(jié)構(gòu)和氣象學理論較為一致，海風鋒的雷達觀測研究因此有了開拓性的進展。而后EASTWOOD 等[33]指出雷達連續(xù)拍攝的時間壓縮技術(shù)使得用雷達觀測中小尺度天氣現(xiàn)象成為可能，他利用英國東南沿海的天氣雷達進行觀測，結(jié)果表明：海風鋒向內(nèi)陸深入的距離最大為50 mi，鋒區(qū)南北伸展最大長度為120 mi，鋒區(qū)中的鳥類和不連續(xù)的濕度梯度都會對雷達回波產(chǎn)生正貢獻。SIMPSON[42]利用機載電磁雷達對英國奧爾頓拉沙姆地區(qū)進行觀測，結(jié)果表明：海風鋒中的強烈湍流對于低空的昆蟲有聚集抬升的效應，使得成群雨燕飛到高空捕食，因此產(chǎn)生了較強的回波，這與海風鋒前部為上升氣流的觀點較為吻合。因此，當觀測到有明顯雷達回波時不一定是海風鋒本體，有可能是鳥類（尤其是雨燕）的聚集導致了強回波的出現(xiàn)。BERSON 等[43]利用10 cm 波段電磁雷達在澳大利亞維多利亞州進行觀測，研究了1965—1968年夏季維多利亞州海風鋒的微物理結(jié)構(gòu)并排除了鳥類是回波源的猜想，其認為使用S波段、K波段和VHF雷達同時觀測海風鋒過程可以進一步證明這個猜想，但未給出后續(xù)實驗過程以及結(jié)果。DRAKE[35]利用澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation，CSIRO）的非相干脈沖雷達觀測到澳大利亞堪培拉地區(qū)一次海風鋒過程，發(fā)現(xiàn)在海風鋒面到達前的一段時間風速較小，風場較為平靜，風速僅為3～4 m/s；當海風鋒面自東向西經(jīng)過堪培拉時，風場由弱西風變?yōu)槿鯑|風，海風鋒過境時天空狀況是晴朗的，過程持續(xù)2 h 左右。MAY 等[44]利用風廓線儀和C 波段偏振雷達對熱帶海風雷暴進行了分析，發(fā)現(xiàn)風暴的發(fā)展存在兩種情形，一是風暴從午后開始，在海風鋒深入內(nèi)陸10～20 km 后形成；二是在清晨離岸風中形成。SURESH[45]利用 2004—2005 年 4—9 月的10 cm 波段多普勒天氣雷達（Doppler Weather Radar，DWR）數(shù)據(jù)，引入雷達反射率因子的最大投影圖像，分析了印度半島南部的海風鋒及其誘發(fā)的對流，結(jié)果表明：海風鋒在距離海岸30 km左右時向內(nèi)陸傳播非常慢（速度約4 km/h），在距離海岸30～80 km 時快速前進（速度約12～15 km/h）；僅從7%左右的個例中發(fā)現(xiàn)在距離雷達50 km 以內(nèi)海風鋒存在誘發(fā)對流，而超過53%的個例則是在距雷達50 km以外發(fā)現(xiàn)誘發(fā)對流。

HILL 等[46]利用WSR-88D 天氣雷達研究了路易斯安那州、密西西比州和阿拉巴馬州地區(qū)的海陸風對夏季降水模態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)海風鋒使得內(nèi)陸地區(qū)午后降水增加，沿海區(qū)域可降水量的顯著增加最終引起密西西比州海岸夏季中后期降水覆蓋區(qū)域顯著增加。IWAI等[47-48]利用多普勒激光雷達研究了日本東京市區(qū)上空海風鋒的垂直和水平結(jié)構(gòu)以及與海風鋒相關(guān)的氣溶膠垂直輸送，并通過二位變分法反演了雷達觀測到的海風鋒演變過程，結(jié)果表明：在海風的近地面層中存在一個水平尺度約為1 km的條紋結(jié)構(gòu)，這種條紋結(jié)構(gòu)與IWAI等[47]在日本仙臺機場的激光雷達觀測結(jié)果非常一致；滯留在海風鋒頭部區(qū)域近地表的密集氣溶膠從其鼻部逃逸，隨后在鼻部上方強烈的上升氣流作用下，氣溶膠被垂直輸送至混合高度。COMIN 等[49]利用天氣雷達研究了意大利薩倫托半島海風輻合引起的對流降水的頻率、位置和特征，發(fā)現(xiàn)天氣尺度冷槽系統(tǒng)為海風輻合和相關(guān)降水的發(fā)生提供了有利的條件，海風環(huán)流在沿海地區(qū)全年降水的分布中具有重要作用。

在我國，海陸風系的研究最早借助聲雷達進行。潘乃先等[31]利用聲雷達對浙江省海鹽縣官堂鄉(xiāng)進行雷達觀測，結(jié)果表明：憑借聲雷達的熱羽回波圖像可以定性地估計對流和日輻射的強弱；在熱羽回波發(fā)生突然變化時，可以結(jié)合當?shù)氐牡乩項l件和氣象條件識別出海陸風環(huán)流。劉運策等[26]利用雷達回波和風廓線儀等觀測資料統(tǒng)計分析了1998 年7月上旬珠江三角洲地區(qū)8次由海風鋒觸發(fā)形成的強對流天氣過程，發(fā)現(xiàn)在研究期間珠江三角洲維持著高層輻散、中層到低層東高西低的天氣形勢，這對于海風鋒觸發(fā)珠江三角洲的強對流過程有一定的促進作用，在這個過程中鋒前暖濕不穩(wěn)定和鋒后冷氣團的正反饋作用會進一步增強對流天氣。王彥等[50]利用天津新一代天氣雷達和自動站等資料分析了2002—2004 年渤海灣4 次海風鋒過程，發(fā)現(xiàn)渤海灣海風鋒在雷達低仰角基本反射率產(chǎn)品中表現(xiàn)為大致平行于渤海灣的弱窄帶回波，當其與冷鋒配合較好時易產(chǎn)生強對流天氣。呂江津等[51]利用WSR/81S 和WSR/98D 對比分析了不同型號天氣雷達對弱氣象回波的探測能力，發(fā)現(xiàn)新一代天氣雷達WSR/98D 在揭示由海風鋒引起的強對流天氣的生成演變機制上有明顯的優(yōu)勢。盧偉萍等[27]利用南寧CINRAD/SB 型多普勒雷達探空數(shù)據(jù)和北海714S 雷達回波等資料分析了2008年6月5日北部灣海域一次由海風鋒觸發(fā)形成的強對流天氣過程，結(jié)果表明：此次海風鋒過程主要由偏南海風、偏北陸風以及東風波動共同造成，主鋒區(qū)前后出現(xiàn)了多條尺度較小且近乎平行的強回波區(qū)，其中分布多個尺度約為5～10 km 的氣旋性渦旋。易笑園等[17,24]利用天氣雷達觀測資料和自動氣象站資料等先后對比分析了渤海西岸（天津靜海）、天津市區(qū)以及塘沽區(qū)幾次與海風鋒有關(guān)的雷暴天氣，發(fā)現(xiàn)海風鋒會使得地面溫度降低、濕度加大，而局地不穩(wěn)定配合濕冷的海風鋒能夠觸發(fā)并促進雷暴發(fā)展，當海風鋒與觸發(fā)的雷暴單體或系統(tǒng)合并后，對流系統(tǒng)會強烈發(fā)展。

董海鷹等[52]利用多普勒天氣雷達探測圖結(jié)合相應觀測資料，分析了不同天氣背景下青島東南沿海的海風輻合線特征，發(fā)現(xiàn)在雷達低仰角基本反射率因子產(chǎn)品上，海風輻合線的形成階段表現(xiàn)為平行于東南海岸線的塊狀回波，成熟階段表現(xiàn)為不斷有回波在原地生成發(fā)展；在雷達低仰角基本速度的產(chǎn)品上，海風輻合線表現(xiàn)為幾乎靜止的零速度窄帶回波。顧問等[53]利用多普勒天氣雷達和加密自動站等資料分析了上海地區(qū)海風鋒及其觸發(fā)對流的環(huán)流背景，結(jié)果表明：海風鋒觸發(fā)對流日的環(huán)流背景表現(xiàn)為高層為強盛的副熱帶高壓，中低層為西南風，層結(jié)不穩(wěn)定，近地面層為弱西風。吳福浪等[54]利用浙江省新一代多普勒天氣雷達、美國國家環(huán)境預報中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）再分析資料以及WRF（Weather Research and Forecasting）中尺度模式對寧波地區(qū)的一次局地強雷暴天氣過程進行了診斷分析，發(fā)現(xiàn)2013 年7月29 日寧波強雷暴過程的主要影響系統(tǒng)是中尺度海風鋒，對應多普勒天氣雷達觀測到的弱窄帶回波，海風鋒向內(nèi)陸推進時溫度降低，濕度增大。高曉梅等[55]利用煙臺和青島的多普勒天氣雷達觀測資料和高空探測資料對比分析了2009 年6 月29 日和2014 年7 月14 日山東半島兩次由海風鋒引起的強對流天氣，發(fā)現(xiàn)在兩次過程中天氣雷達都觀測到超級單體回波特征，對流風暴在地形抬升與海風鋒上升氣流的作用下演化為超級單體風暴。刁秀廣[56]利用CINRAD/SA 雷達探測資料和常規(guī)地面觀測資料分析了海風鋒觸發(fā)對流風暴的特征，發(fā)現(xiàn)僅靠反射率因子產(chǎn)品不能識別一些尺度較小的海風輻合線，還需結(jié)合低層的徑向速度產(chǎn)品。李珍妮等[7]首次利用相干多普勒測風激光雷達在遼東灣西部綏中地區(qū)進行風廓線測量實驗，發(fā)現(xiàn)在海陸風期間與非海陸風期間的邊界層高度和水平風局地回流指數(shù)有明顯差異，在海陸風期間邊界層高度變化不明顯且湍流動能大值中心偏低，1.2 km 以下水平風的回流指數(shù)一般小于0.5。這些差異導致了在海陸風期間污染物堆積明顯且有效擴散區(qū)域較小，難以擴散，但是在海風期間垂直方向上的強烈湍流運動使得低層的空氣質(zhì)量有所改善。國內(nèi)的海風鋒雷達觀測研究多使用多普勒電磁天氣雷達，但是近十幾年也使用風廓線儀[26]和多普勒測風激光雷達[7]。

2.2 海風鋒水平和垂直結(jié)構(gòu)

20世紀60—80年代，國外的海風鋒觀測研究多使用機載或地基多普勒電磁天氣雷達[36,42]；20 世紀末，國外的觀測研究開始采用激光雷達，但是應用不多[39-40,57]；到了21 世紀，激光雷達在國外天氣學領(lǐng)域的應用已經(jīng)變得非常頻繁[58]。另外，20 世紀60—80 年代，國外的觀測研究多關(guān)注海風鋒的雷達識別特征，但是從20 世紀90 年代—21 世紀初，國外的觀測研究更關(guān)注海風鋒的水平和垂直結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

20世紀60—80年代，國外對于海風鋒的雷達觀測研究更注重于識別特征的研究，對于海風鋒結(jié)構(gòu)方面的研究較少。LHERMITTE 等[36]在美國佛羅里達州邁阿密地區(qū)利用兩個多普勒雷達同時觀測降水粒子的終端速度，并反演了在海風條件下不同時期對流風暴的動力學特征，發(fā)現(xiàn)海風鋒早期的結(jié)構(gòu)是復雜孤立的，有短暫的上升氣流，而晚期的結(jié)構(gòu)較為明確穩(wěn)定，上升氣流有組織性，且存在明顯的下沉氣流。NAKANE 等[59]使用氣溶膠激光雷達記錄了日本關(guān)東平原的氣溶膠分布以獲得海風鋒的空間結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)海風鋒頭部的上部區(qū)域比下部區(qū)域有更加溫暖干凈的空氣，這是由于海風鋒頭部的不穩(wěn)定氣流可將溫暖干凈的空氣向上排出。CARROLL[34]利用機載多普勒雷達對美國西部太平洋沿岸加利福尼亞州的海風環(huán)流進行觀測，發(fā)現(xiàn)強逆溫層對海風垂直切變有明顯的抑制，并指出風速與雷達延遲時間之比對于邊界層的風場反演尤為重要，而對于連續(xù)性較高的自由大氣則影響不大。

20世紀90年代，研究更多著眼于海風鋒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和雷達觀測設備的準確性。BANTA 等[39]首次將多普勒激光雷達和聲吶雷達結(jié)合使用，對美國LASBEX（The Land/Sea Breeze Experiment）試驗期間蒙特里灣的海風進行相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)激光雷達非常適合測量海風的特性，包括海風層的開始形成、垂直水平擴展、風的水平變化和垂直結(jié)構(gòu)以及有無回流；之后BANTA[40]再次利用多普勒激光雷達分析了3 個海風日的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)沿海山脈阻礙了較冷的海洋空氣向內(nèi)陸移動，從而進一步增強了海陸溫度對比。OHNO等[60]利用多普勒雷達對日本關(guān)東平原一次逆背景風主導的海風鋒過程進行觀測，發(fā)現(xiàn)在海風鋒區(qū)附近的逆風區(qū)存在小尺度的大風核，其核心位于地面幾百米高度，尺度也僅幾百米，核心對于增強海風鋒區(qū)低空風切變有顯著的作用。WAKIMOTO等[61]利用高分辨率單多普勒雷達觀測對比了1991 年8 月兩次海風鋒過程，結(jié)果表明：沿海風鋒方向的鋒面結(jié)構(gòu)主要由與海風環(huán)流相垂直的水平對流控制，海風鋒的強度與淺層冷海水的溫度有關(guān)。ATKINS 等[62]利用高分辨率雙多普勒雷達和飛機數(shù)據(jù)分析了海風鋒的三維結(jié)構(gòu)，指出海風環(huán)流比陸風環(huán)流表現(xiàn)出更強的低階收斂性、更大的反射率和更強的垂直速度；該研究還根據(jù)陸地上兩種不同的鋒面前沿性質(zhì)，提出了兩種類型的海風鋒面，一個是動力海風鋒面，表征了海風空氣和溫暖、干燥的環(huán)境空氣之間的近地面最大輻合區(qū)域；另一個是熱力海風鋒面，表征了平均熱力性質(zhì)不同于周圍的氣團。KOLEV 等[57]利用激光氣象雷達和探空氣球同時對保加利亞黑海沿海進行觀測，發(fā)現(xiàn)垂直方向上雷達反向散射最強的海風區(qū)域被限制在距地面100 m左右并向內(nèi)陸推進；反向散射次強的陸風區(qū)域為距地面200～400 m 并向海洋推進，風向與底層相反，這一層的空氣比底層更加溫暖干燥。

21 世紀以來，國內(nèi)外激光雷達、衛(wèi)星和風廓線儀等遙感技術(shù)在氣象領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展和應用。DARBY 等[58]分析了LASBEX 試驗期間多普勒激光雷達探測加州蒙特里海灣地區(qū)海風的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)1 500 m 高度以上的海風受內(nèi)陸山脈的影響較大，1 500 m高度以下的海風受海陸溫差和沿海山脈的影響較大。SKAKALOVA 等[63]利用保加利亞東南部黑海沿岸的氣溶膠激光雷達開展了3次海風觀測研究，發(fā)現(xiàn)借助氣溶膠的消光性可以區(qū)分水平和垂直方向上不同特性的海風區(qū)域，且垂直方向上陸風是否存在回流與區(qū)域地形有較大的關(guān)系。尹東屏等[18]利用多普勒天氣雷達和自動站資料等對江蘇連云港、鹽城和南通的強對流天氣進行了分析，結(jié)果表明：2009 年6 月5 日江蘇的強對流天氣由3 個中尺度對流系統(tǒng)造成，3 個系統(tǒng)分別產(chǎn)生在露點鋒和海風鋒中，當中尺度對流系統(tǒng)進入海風鋒輻合線后，兩者的相互作用使得海風鋒產(chǎn)生的次級環(huán)流加強；海風鋒產(chǎn)生的弱窄帶回波可以脫離主回波帶移動，在移動過程中會產(chǎn)生大風并在其后部激發(fā)新的對流系統(tǒng)，新對流系統(tǒng)加快了海風鋒的移動速度。王彥等[9,64]利用多普勒天氣雷達（CINRAD 和WSR/98D）產(chǎn)品結(jié)合相應資料先后分析了2007—2008 年渤海灣的海風鋒過程，結(jié)果表明：2008 年渤海灣雷達監(jiān)測到56次海風鋒，大多數(shù)過程的持續(xù)時間小于6.5 h，且當海風鋒與弱冷鋒以一定角度（30°～90°）配合時，有雷暴天氣產(chǎn)生；2007 年渤海灣海風鋒主要影響海平面高度1.5 km 以下的低層大氣，在向內(nèi)陸推進的過程中呈現(xiàn)氣溫降低和濕度增加的特點，過程中還逐漸形成了增厚的熱內(nèi)邊界層，近地面散度場清晰地顯示了與海風鋒對應明顯的輻合帶，多普勒天氣雷達顯示在海風鋒與陣風鋒的碰撞交叉處有雷暴生成。童志明等[19]利用多普勒天氣雷達、WRF 模式以及NCEP 再分析資料等分析了海南島東北部一次較強的海風鋒降水過程，發(fā)現(xiàn)來自?？诤０毒€與文昌海岸線的海風鋒的發(fā)展、增強和移動是本次降水的主要原因，海風鋒次級環(huán)流也與地面降水有關(guān)，地面降水加強時次級環(huán)流建立，地面降水減弱時次級環(huán)流逐漸消失。CHEN 等[65]利用雙多普勒激光雷達結(jié)合中尺度-大渦模擬（Mesoscale-to-LES）研究了日本仙臺市海風鋒的三維結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：成熟海風的密集冷空氣中氣溶膠濃度較高；在海風鋒前沿有一個上升的海風頭（Sea Breeze Head,SBH），其深度約為300 m，水平范圍約為3.5 km；海風鋒南部暖區(qū)為偏北氣流，但是其中有上升氣流發(fā)展，這與近地面的水平對流卷現(xiàn)象（Horizontal Convective Rolls,HCRs）相對應。

3 總結(jié)與討論

上述研究表明，海風鋒的雷達觀測分析研究已經(jīng)在不少地區(qū)開展，并得到國內(nèi)外科學家們廣泛的重視，也取得了不少研究成果。國外觀測研究涉及美國馬薩諸塞州[32]、佛羅里達州[36]、路易斯安那州[46]和加利福尼亞州[34]，英國費利克斯托、桑尼島[33]和奧爾頓[42]，保加利亞黑海沿岸[57,63]，意大利薩倫托半島[49]，法國南部海岸[66]，日本關(guān)東平原（筑波）[59-60]和東京[48]，印度半島[45]，澳大利亞堪培拉[35]、達爾文[44]和維多利亞[43]等地區(qū)；國內(nèi)觀測研究涉及遼東灣[7]、渤 海 灣[9,17,24,30,50,64]、山 東 半 島[52,55-56]、長 江 三 角洲[18,54]、珠江三角洲[11,26]、北部灣[27]和海南島[19]等地區(qū)。

從使用的雷達類型來看，海風鋒觀測由早期的聲雷達[31]轉(zhuǎn)為電磁雷達[36]，以及如今的激光雷達[34]。與傳統(tǒng)的電磁雷達相比，激光雷達有更精確的時間分辨率、更精準的空間分辨率和更遠的探測距離，因此能夠更加精準地定位氣象探測目標，獲得更加清晰的探測圖像。國內(nèi)利用多普勒天氣雷達觀測分析海風鋒的研究較多，利用聲雷達和激光雷達觀測海風鋒的研究較少[7,31]；國外前期多利用多普勒電磁天氣雷達進行觀測[33,42-43]，后期多利用激光天氣雷達進行觀測[40,47-48,57]?？傮w而言，利用多普勒天氣雷達的研究占大多數(shù)，而利用多普勒激光天氣雷達、測風激光雷達和聲吶雷達的研究較少。從研究內(nèi)容來看，國內(nèi)外對于海風鋒的識別和演變特征以及水平和垂直結(jié)構(gòu)的觀測研究都有一定程度的涉及，國外在20 世紀90 年代前較多關(guān)注海風鋒的識別和演變特征研究，20世紀90年代后更側(cè)重海風鋒的水平和垂直結(jié)構(gòu)研究；而國內(nèi)20 世紀90 年代以來側(cè)重海風鋒識別和演變特征的觀測研究較多，側(cè)重海風鋒結(jié)構(gòu)的觀測研究較少[9,17-19,64]。

從海風鋒的雷達識別技術(shù)來看，大多數(shù)雷達觀測海風鋒的研究都設置雷達觀測仰角為0.5°、1.5°和2.4°等低仰角水平，且絕大多數(shù)研究都使用基本反射率產(chǎn)品[9,17-19,24,50,64]，這是由于基本反射率產(chǎn)品可以反映海風鋒的強度以及內(nèi)部粒子的密度分布。海風鋒的雷達識別從20 世紀60 年代發(fā)展至今主要有3種識別方法：（1）直接探測一定波長降水粒子的反向散射，從內(nèi)部揭示海風鋒的結(jié)構(gòu)和演變[17,36,42,50,61,67]；（2）探測局地風廓線，以此推測海風鋒的結(jié)構(gòu)[44,60,68]；（3）探測氣溶膠的空間分布情況，側(cè)面揭示海風鋒的結(jié)構(gòu)特征[48,57]。方法（1）和（2）被國內(nèi)外科學家廣泛采用，而方法（3）依賴于激光雷達探測技術(shù)的發(fā)展，因此在國外應用較多。由于在國內(nèi)中尺度氣象學領(lǐng)域多普勒電磁雷達應用較多而激光雷達應用較少，因此國內(nèi)對于氣溶膠的雷達觀測較為困難。這3種方法都能夠在一定程度上揭示海風鋒的結(jié)構(gòu)或演變，但各有側(cè)重。直接測量降水粒子的反向散射能夠直觀地顯示海風鋒三維結(jié)構(gòu)以及演變過程，利用風廓線能夠揭示海風鋒高低層的風切變差異，而利用氣溶膠探測法可以明確地揭示海風鋒的演變過程以及海風和陸風的區(qū)域劃分。

從海風鋒的雷達識別特征來看，海風鋒在低仰角（0.5°或1.5°）基本反射率產(chǎn)品上表現(xiàn)為強度較弱且平行于海岸移動緩慢的窄帶回波，強度約為15～25 dBZ，長度約為100～300 km，寬度隨季節(jié)和背景場變化，抬高仰角則回波消失。海風鋒在低仰角速度產(chǎn)品上表現(xiàn)為準靜止的速度窄帶回波，數(shù)值較小且移動緩慢[50]。海風鋒在雷達風廓線產(chǎn)品上的特征為氣流存在弱上升和下沉運動，午后在地面高度300 m以下存在較強的下沉氣流，700～1 600 m 處存在較弱的上升氣流[68]。海風鋒在激光雷達的平面位置顯示產(chǎn)品（Plan Position Indicator，PPI）和距離高度顯示產(chǎn)品（Range Height Indicator，RHI）上主要表現(xiàn)為風速的變化，在垂直方向上地面高度2 km 以下水平風速逐漸減小，約為1～3 m/s，在水平方向上海風向內(nèi)陸的伸展距離在午后約為800 m，午后—傍晚伸展距離緩慢增加到1 200 m左右[48]。

從以上分析可以看出，過去幾十年中海風鋒的雷達觀測研究已經(jīng)有了長足的發(fā)展，但尚有許多問題值得進一步關(guān)注與重視。例如，激光雷達在國內(nèi)海風鋒研究領(lǐng)域的應用較少，尤其是激光雷達觀測海風鋒的研究鮮有涉及；局地地形對電磁天氣雷達觀測海風鋒會產(chǎn)生較大的影響；大氣能見度對激光天氣雷達觀測海風鋒會產(chǎn)生一定影響；多種遙感探測手段同時觀測海風鋒，如雷達和衛(wèi)星、風廓線儀、激光云高儀和紅外探測儀等結(jié)合使用，能夠?qū)ｏL鋒的結(jié)構(gòu)和演變有更為全面的觀測。