2024年10月31日发(作者：系千易)
第４２卷 第２期
２０１９年５月ＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ
气象与环境科学Ｖｏｌ.４２Ｎｏ.２
Ｍａｙ.２０１９
齐佳慧ꎬ郝巨飞ꎬ耿飞.ＣＦＬ－０６型风廓线雷达与Ｌ波段探空雷达测风对比分析[Ｊ].气象与环境科学ꎬ２０１９ꎬ４２(２):１３５－１４３.
ＱｉＪｉａｈｕｉꎬＨａｏＪｕｆｅｉꎬＧｅｎｇＦｅｉ.ＣｏｍｐａｒａｔｉｖｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＷｉｎｄＤａｔａｆｒｏｍＣＦＬ－０６ＷｉｎｄＰｒｏｆｉｌｅｒＲａｄａｒａｎｄＬＢａｎｄＳｏｕｎｄｉｎｇＲａｄａｒ[Ｊ].Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ
ａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０１９ꎬ４２(２):１３５－１４３.
ｄｏｉ:１０.１６７６５/ｊ.ｃｎｋｉ.１６７３－７１４８.２０１９.０２.０１９
ＣＦＬ－０６型风廓线雷达与Ｌ波段探空雷达测风
对比分析
齐佳慧ꎬ郝巨飞ꎬ耿 飞
(邢台市气象局ꎬ河北邢台０５４０００)
摘 要:为探讨风廓线雷达资料的准确性和可用性ꎬ将２０１６年５月２０１７年４月张家口的风廓线雷达与Ｌ波段
探空雷达测风资料进行对比分析ꎮ结果表明:１)张家口站大多高度层二者风速呈显著正相关ꎬ００:００的相关性优于
１２:００的ꎬ８ｋｍ以上未通过显著性检验ꎮ２)４.１１ｋｍ以下风廓线雷达较Ｌ波段探空雷达水平风速偏大ꎬ平均误差为
０.００~１.５０ｍ/ｓꎻ４.１１ｋｍ以上风廓线雷达较Ｌ波段探空雷达水平风速偏小ꎬ平均误差为０.００~２２.１３ｍ/ｓꎬ并随高
度的增加而增大ꎮ３)水平风速有效样本率(风速差≤３ｍ/ｓ)整体随高度增加呈先增大后减小的趋势ꎬ中低层
(１.２３~３.６３ｋｍ)的有效样本率较高ꎬ为６０.０％~７０.０％ꎮ４)２.１９６.０３ｋｍ各高度层水平风向的有效样本率(风
向差≤２０°)较大ꎬ稳定在７０％~８０％ꎬ有降水时风向有效样本率随高度的增高而增大ꎬ且各高度层波动较大ꎮ两个
时次风向有效样本多集中在风向差为１０°的范围内ꎬ２８ｋｍ各高度层有效样本率(风向差≤１０°)可达到４０％~６０％ꎮ
关键词:风廓线雷达ꎻ探空ꎻ相关性ꎻ误差分析ꎻ有效样本率
中图分类号:ＴＮ９５９.４ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７３－７１４８(２０１９)０２－０１３５－０９
引 言
基于多普勒效应ꎬ定量反演大气风场ꎬ在气象学
研究中具有重要意义ꎮ多普勒天气雷达已在天气预
报及人影作业中得到广泛应用
[１－３]
ꎬ风廓线雷达可
连续获取大气垂直分布的水平风廓线、湍流、大气稳
定度等信息ꎬ提供高时间分辨率的高空探测资料ꎮ
近３０年来ꎬ风廓线雷达已被广泛应用在局地天气预
报、空中管制、大气污染预防等方面ꎬ对国民经济的
发展具有重要的意义
[４－６]
ꎮ针对风廓线雷达资料的
准确性和可用性ꎬ国内外学者进行了大量相关研究ꎮ
一些学者将风廓线雷达观测资料与常规的探空资料
进行对比分析ꎬ结果表明二者之间具有很好的相关
性
[７－１１]
ꎮ不同的季节与不同的天气条件ꎬ风廓线雷
达数据的获取率与准确性均存在差异ꎮ研究发现ꎬ
夏季数据的获取率明显要高于冬季的ꎬ有降水时水
收稿日期:２０１８－０１－３０ꎻ修订日期:２０１８－０５－３０
平风向、风速测量的误差较大ꎻ低空数据在不同的天
气条件下差异不大ꎬ阴雨天高空数据的获取率要优
于晴天的
[１２－１６]
ꎮ２００ｍ以下的低层范围内风廓线
雷达与探空气球的探测值具有一定的偏差ꎬ２００ｍ
以上具有很好的相关性ꎬ但雷达最大探测高度附近
偏差较大
[１７]
ꎮ对于探空气球在上升过程中发生飘
移的问题ꎬ早期也有国外研究者利用飞机资料来进
行对比ꎬ但其效果并没有好于气球探空的ꎬ且该方法
成本较高
[１８]
ꎮ目前ꎬ风廓线雷达等新型探测仪器已
在日常预报业务及中尺度大气研究中开展应
用
[１９－２１]
ꎮ利用风廓线雷达资料对垂直风场及灾害
性天气的研究结果表明ꎬ风廓线雷达能提高边界层
小尺度的监测能力ꎬ提高短临时段的预报准确
率
[２２－２９]
ꎮ其观测数据还可进一步用于完善数值预
报模型ꎬ为预报业务提供有效支撑
[３０]
ꎮ
截至２０１６年年底ꎬ河北省分别于石家庄、张家
基金项目:河北“十三五”气象重点工程(ｈｂｒｙｗｃｓｙ－２０１７－６)ꎻ河北省科技计划项目(１７２２７００１Ｄ)ꎻ邢台市气象科研项目(１７ｘｔｋｙ１２)
作者简介:齐佳慧(１９９３)ꎬ女(蒙古族)ꎬ内蒙古通辽人ꎬ助理工程师ꎬ学士ꎬ从事环境气象预报与资料研究工作.Ｅ￣ｍａｉｌ:Ａｌｉｓａ＿Ｑ＠ｙｅａｈ.ｎｅｔ
１３６
气象与环境科学第４２卷
口等地市共布设风廓线雷达９部ꎬ其中兼具探空站
的只有张家口ꎮ然而ꎬ张家口自风廓线雷达布设以
来ꎬ尚未对其数据准确性进行研究ꎬ制约了风廓线产
品的可用性ꎮ鉴于高时间分辨率风廓线数据在业务
及科研应用中的重要意义ꎬ对张家口风廓线雷达在
不同天气下的测量误差进行系统分析ꎬ有利于进一
步完善风廓线产品误差分析方法和流程ꎬ推动风廓
线产品在大气探测业务工作中的定量化应用ꎬ并为
该产品在相关科研中的可用性提供重要支撑ꎮ基于
６ｍｉｎ一组ꎬ１５０ｍ至４１１０ｍ的垂直分辨率为１２０ｍꎬ
４１１０ｍ以上的为２４０ｍꎮ风廓线雷达和Ｌ波段雷达
探空资料的高度和时间并不严格对应ꎮ探空气球的
施放时间为２３:１５和１１:１５(世界时ꎬ下同)ꎬ根据探
测气球的升速ꎬ上升到１０ｋｍ高度需要２５ｍｉｎꎮ为
２３:１５００:００和１１:１５１２:００的数据进行均值处
理ꎬ作为００:００和１２:００的风场数据ꎮ由于风廓线
雷达是本站垂直向上天顶方向的数据ꎬ而探空气球
了尽量保证风廓线雷达与探空测风采样一致ꎬ对
此ꎬ本文选取风廓线雷达与探空站距离最近的布设
点ꎬ对张家口２０１６年５月—２０１７年４月的风廓线雷
达与Ｌ波段探空雷达的观测资料进行对比ꎮ
１
１.１
仪器与资料选取
本次对比数据选用的是河北省张家口张北站
仪器介绍
(１１４.
(１１４.
７０°Ｅ、４１.
９２°Ｅ、４０.７７°Ｎ)
１５°Ｎ)
的
的
Ｌ
风
波段探空雷达水平风向
廓线雷达与张家口站
风速资料ꎮ张北站的风廓线雷达为ＣＦＬ－０６Ｌ波段
、
低对流层风廓线雷达(以下简称ＣＦＬ－０６雷达)ꎬ是
以大气湍流为探测目标的晴空探测脉冲多普勒雷
达ꎮ该雷达采用全相参脉冲多普勒体制ꎬ全固态分
布式有源相控阵、中频数字接收机、相位编码脉冲压
缩、可编程数字信号处理器和远地遥控操作等新技
术ꎬ能以高时空分辨率ꎬ连续提供探测范围内的大气
水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要
素随高度的分布ꎻ连续获取探测地域的大气折射结
构波动和湍流起伏等气象信息ꎬ其主要技术指标和
观测参数见表１ꎮ
表１ ＣＦＬ￣０６型风廓线雷达主要参数
项目参数
天线类型模块化有源微带相控阵天线
工作频率１２７０~１３７５ＭＨｚ
倾斜波束倾角１５°±１°
波束宽度４.５°
最小探测高度１５０ｍ
噪声系数≤６ｄＢ
风速测量误差≤１.０ｍ/ｓ
风向测量误差≤１０°
１.２
本文选取张家口
资料说明
２０１６年５月２０１７年４月的风
廓线雷达与
ＣＦＬ－０６风廓线雷达的探测高度为
Ｌ波段探空雷达的观测资料进行对比
１５０ｍ至１０１１０ｍ
ꎮ
(
垂直
共５９
高
层
度
)ꎬ
的
平均每
大气风
６
向
ｍｉｎ
、风
探测一次距地面
速ꎬ生成的实时
１０
数
ｋｍ
据
的
每
会漂移到施放点的十几到几十千米外ꎬ因此二者之
间取样空间存在一定差异ꎮ基于二者的探测原理ꎬ
假设大气水平分布较为均匀ꎬ一小时和几十千米内
水平风场基本一致ꎬ具有很好的可比性ꎬ以探空数据
作为风场的标准ꎬ通过对比ꎬ计算并分析风廓线雷达
１.
测风的偏差
３ 有效样本率
ꎮ
利用南京ＣＩＮＲＡＤ/ＳＡ型多普勒天气雷达风廓
线产品和多组探空雷达资料进行对比发现ꎬ风向和
风速的误差分别在２０°和３ｍ
2024年10月31日发(作者：系千易)
第４２卷 第２期
２０１９年５月ＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ
气象与环境科学Ｖｏｌ.４２Ｎｏ.２
Ｍａｙ.２０１９
齐佳慧ꎬ郝巨飞ꎬ耿飞.ＣＦＬ－０６型风廓线雷达与Ｌ波段探空雷达测风对比分析[Ｊ].气象与环境科学ꎬ２０１９ꎬ４２(２):１３５－１４３.
ＱｉＪｉａｈｕｉꎬＨａｏＪｕｆｅｉꎬＧｅｎｇＦｅｉ.ＣｏｍｐａｒａｔｉｖｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＷｉｎｄＤａｔａｆｒｏｍＣＦＬ－０６ＷｉｎｄＰｒｏｆｉｌｅｒＲａｄａｒａｎｄＬＢａｎｄＳｏｕｎｄｉｎｇＲａｄａｒ[Ｊ].Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ
ａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０１９ꎬ４２(２):１３５－１４３.
ｄｏｉ:１０.１６７６５/ｊ.ｃｎｋｉ.１６７３－７１４８.２０１９.０２.０１９
ＣＦＬ－０６型风廓线雷达与Ｌ波段探空雷达测风
对比分析
齐佳慧ꎬ郝巨飞ꎬ耿 飞
(邢台市气象局ꎬ河北邢台０５４０００)
摘 要:为探讨风廓线雷达资料的准确性和可用性ꎬ将２０１６年５月２０１７年４月张家口的风廓线雷达与Ｌ波段
探空雷达测风资料进行对比分析ꎮ结果表明:１)张家口站大多高度层二者风速呈显著正相关ꎬ００:００的相关性优于
１２:００的ꎬ８ｋｍ以上未通过显著性检验ꎮ２)４.１１ｋｍ以下风廓线雷达较Ｌ波段探空雷达水平风速偏大ꎬ平均误差为
０.００~１.５０ｍ/ｓꎻ４.１１ｋｍ以上风廓线雷达较Ｌ波段探空雷达水平风速偏小ꎬ平均误差为０.００~２２.１３ｍ/ｓꎬ并随高
度的增加而增大ꎮ３)水平风速有效样本率(风速差≤３ｍ/ｓ)整体随高度增加呈先增大后减小的趋势ꎬ中低层
(１.２３~３.６３ｋｍ)的有效样本率较高ꎬ为６０.０％~７０.０％ꎮ４)２.１９６.０３ｋｍ各高度层水平风向的有效样本率(风
向差≤２０°)较大ꎬ稳定在７０％~８０％ꎬ有降水时风向有效样本率随高度的增高而增大ꎬ且各高度层波动较大ꎮ两个
时次风向有效样本多集中在风向差为１０°的范围内ꎬ２８ｋｍ各高度层有效样本率(风向差≤１０°)可达到４０％~６０％ꎮ
关键词:风廓线雷达ꎻ探空ꎻ相关性ꎻ误差分析ꎻ有效样本率
中图分类号:ＴＮ９５９.４ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７３－７１４８(２０１９)０２－０１３５－０９
引 言
基于多普勒效应ꎬ定量反演大气风场ꎬ在气象学
研究中具有重要意义ꎮ多普勒天气雷达已在天气预
报及人影作业中得到广泛应用
[１－３]
ꎬ风廓线雷达可
连续获取大气垂直分布的水平风廓线、湍流、大气稳
定度等信息ꎬ提供高时间分辨率的高空探测资料ꎮ
近３０年来ꎬ风廓线雷达已被广泛应用在局地天气预
报、空中管制、大气污染预防等方面ꎬ对国民经济的
发展具有重要的意义
[４－６]
ꎮ针对风廓线雷达资料的
准确性和可用性ꎬ国内外学者进行了大量相关研究ꎮ
一些学者将风廓线雷达观测资料与常规的探空资料
进行对比分析ꎬ结果表明二者之间具有很好的相关
性
[７－１１]
ꎮ不同的季节与不同的天气条件ꎬ风廓线雷
达数据的获取率与准确性均存在差异ꎮ研究发现ꎬ
夏季数据的获取率明显要高于冬季的ꎬ有降水时水
收稿日期:２０１８－０１－３０ꎻ修订日期:２０１８－０５－３０
平风向、风速测量的误差较大ꎻ低空数据在不同的天
气条件下差异不大ꎬ阴雨天高空数据的获取率要优
于晴天的
[１２－１６]
ꎮ２００ｍ以下的低层范围内风廓线
雷达与探空气球的探测值具有一定的偏差ꎬ２００ｍ
以上具有很好的相关性ꎬ但雷达最大探测高度附近
偏差较大
[１７]
ꎮ对于探空气球在上升过程中发生飘
移的问题ꎬ早期也有国外研究者利用飞机资料来进
行对比ꎬ但其效果并没有好于气球探空的ꎬ且该方法
成本较高
[１８]
ꎮ目前ꎬ风廓线雷达等新型探测仪器已
在日常预报业务及中尺度大气研究中开展应
用
[１９－２１]
ꎮ利用风廓线雷达资料对垂直风场及灾害
性天气的研究结果表明ꎬ风廓线雷达能提高边界层
小尺度的监测能力ꎬ提高短临时段的预报准确
率
[２２－２９]
ꎮ其观测数据还可进一步用于完善数值预
报模型ꎬ为预报业务提供有效支撑
[３０]
ꎮ
截至２０１６年年底ꎬ河北省分别于石家庄、张家
基金项目:河北“十三五”气象重点工程(ｈｂｒｙｗｃｓｙ－２０１７－６)ꎻ河北省科技计划项目(１７２２７００１Ｄ)ꎻ邢台市气象科研项目(１７ｘｔｋｙ１２)
作者简介:齐佳慧(１９９３)ꎬ女(蒙古族)ꎬ内蒙古通辽人ꎬ助理工程师ꎬ学士ꎬ从事环境气象预报与资料研究工作.Ｅ￣ｍａｉｌ:Ａｌｉｓａ＿Ｑ＠ｙｅａｈ.ｎｅｔ
１３６
气象与环境科学第４２卷
口等地市共布设风廓线雷达９部ꎬ其中兼具探空站
的只有张家口ꎮ然而ꎬ张家口自风廓线雷达布设以
来ꎬ尚未对其数据准确性进行研究ꎬ制约了风廓线产
品的可用性ꎮ鉴于高时间分辨率风廓线数据在业务
及科研应用中的重要意义ꎬ对张家口风廓线雷达在
不同天气下的测量误差进行系统分析ꎬ有利于进一
步完善风廓线产品误差分析方法和流程ꎬ推动风廓
线产品在大气探测业务工作中的定量化应用ꎬ并为
该产品在相关科研中的可用性提供重要支撑ꎮ基于
６ｍｉｎ一组ꎬ１５０ｍ至４１１０ｍ的垂直分辨率为１２０ｍꎬ
４１１０ｍ以上的为２４０ｍꎮ风廓线雷达和Ｌ波段雷达
探空资料的高度和时间并不严格对应ꎮ探空气球的
施放时间为２３:１５和１１:１５(世界时ꎬ下同)ꎬ根据探
测气球的升速ꎬ上升到１０ｋｍ高度需要２５ｍｉｎꎮ为
２３:１５００:００和１１:１５１２:００的数据进行均值处
理ꎬ作为００:００和１２:００的风场数据ꎮ由于风廓线
雷达是本站垂直向上天顶方向的数据ꎬ而探空气球
了尽量保证风廓线雷达与探空测风采样一致ꎬ对
此ꎬ本文选取风廓线雷达与探空站距离最近的布设
点ꎬ对张家口２０１６年５月—２０１７年４月的风廓线雷
达与Ｌ波段探空雷达的观测资料进行对比ꎮ
１
１.１
仪器与资料选取
本次对比数据选用的是河北省张家口张北站
仪器介绍
(１１４.
(１１４.
７０°Ｅ、４１.
９２°Ｅ、４０.７７°Ｎ)
１５°Ｎ)
的
的
Ｌ
风
波段探空雷达水平风向
廓线雷达与张家口站
风速资料ꎮ张北站的风廓线雷达为ＣＦＬ－０６Ｌ波段
、
低对流层风廓线雷达(以下简称ＣＦＬ－０６雷达)ꎬ是
以大气湍流为探测目标的晴空探测脉冲多普勒雷
达ꎮ该雷达采用全相参脉冲多普勒体制ꎬ全固态分
布式有源相控阵、中频数字接收机、相位编码脉冲压
缩、可编程数字信号处理器和远地遥控操作等新技
术ꎬ能以高时空分辨率ꎬ连续提供探测范围内的大气
水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要
素随高度的分布ꎻ连续获取探测地域的大气折射结
构波动和湍流起伏等气象信息ꎬ其主要技术指标和
观测参数见表１ꎮ
表１ ＣＦＬ￣０６型风廓线雷达主要参数
项目参数
天线类型模块化有源微带相控阵天线
工作频率１２７０~１３７５ＭＨｚ
倾斜波束倾角１５°±１°
波束宽度４.５°
最小探测高度１５０ｍ
噪声系数≤６ｄＢ
风速测量误差≤１.０ｍ/ｓ
风向测量误差≤１０°
１.２
本文选取张家口
资料说明
２０１６年５月２０１７年４月的风
廓线雷达与
ＣＦＬ－０６风廓线雷达的探测高度为
Ｌ波段探空雷达的观测资料进行对比
１５０ｍ至１０１１０ｍ
ꎮ
(
垂直
共５９
高
层
度
)ꎬ
的
平均每
大气风
６
向
ｍｉｎ
、风
探测一次距地面
速ꎬ生成的实时
１０
数
ｋｍ
据
的
每
会漂移到施放点的十几到几十千米外ꎬ因此二者之
间取样空间存在一定差异ꎮ基于二者的探测原理ꎬ
假设大气水平分布较为均匀ꎬ一小时和几十千米内
水平风场基本一致ꎬ具有很好的可比性ꎬ以探空数据
作为风场的标准ꎬ通过对比ꎬ计算并分析风廓线雷达
１.
测风的偏差
３ 有效样本率
ꎮ
利用南京ＣＩＮＲＡＤ/ＳＡ型多普勒天气雷达风廓
线产品和多组探空雷达资料进行对比发现ꎬ风向和
风速的误差分别在２０°和３ｍ