ISSN 1004-4965

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基于微波辐射计和气溶胶激光雷达的边界层高度研究及应用

黄俊 廖碧婷 沈子琦 张志坚 蓝静 王春林

黄俊, 廖碧婷, 沈子琦, 张志坚, 蓝静, 王春林. 基于微波辐射计和气溶胶激光雷达的边界层高度研究及应用[J]. 热带气象学报, 2022, 38(2): 180-192. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.017
引用本文: 黄俊, 廖碧婷, 沈子琦, 张志坚, 蓝静, 王春林. 基于微波辐射计和气溶胶激光雷达的边界层高度研究及应用[J]. 热带气象学报, 2022, 38(2): 180-192. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.017
HUANG Jun, LIAO Biting, SHEN Ziqi, ZHANG Zhijian, LAN Jing, WANG Chunlin. RESEARCH AND APPLICATION OF BOUNDARY LAYER HEIGHT BASED ON MICROWAVE RADIOMETER AND AEROSOL LIDAR[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2022, 38(2): 180-192. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.017
Citation: HUANG Jun, LIAO Biting, SHEN Ziqi, ZHANG Zhijian, LAN Jing, WANG Chunlin. RESEARCH AND APPLICATION OF BOUNDARY LAYER HEIGHT BASED ON MICROWAVE RADIOMETER AND AEROSOL LIDAR[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2022, 38(2): 180-192. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.017

基于微波辐射计和气溶胶激光雷达的边界层高度研究及应用

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.017
基金项目: 

广州市科技计划项目 202002020065

广州市科技计划项目 202002020076

广东省科技计划项目 2019B121201002

广东省农业科技创新及推广项目 2020KJ102

详细信息
    通讯作者:

    王春林,男,江苏省人,研究员,博士,主要从事生态与环境气象研究。E-mail: 444217124@qq.com

  • 中图分类号: P421.3

RESEARCH AND APPLICATION OF BOUNDARY LAYER HEIGHT BASED ON MICROWAVE RADIOMETER AND AEROSOL LIDAR

  • 摘要: 分别基于微波辐射计温湿度廓线资料的气块法、位温法和比湿法,地面气象资料的罗氏法及气溶胶激光雷达数据的梯度法,计算得出广州地区大气边界层高度,对比分析5种边界层高度结果及其与气象条件、空气质量之间的关系,结合典型大气污染过程分析边界层高度对PM2.5、O3浓度的影响。结果显示:(1)利用位温法、气块法、罗氏法、比湿法和梯度法计算得出广州地区平均边界层高度分别为2 207 m、1 239 m、901 m、717 m和660 m,位温法显著高估了广州地区的边界层高度;(2)利用气块法得出的混合层高度日变化能够较好地表征白天大气边界层演变特征,利用气块法和比湿法得出的白天混合层高度与近地面O3浓度有显著的正相关关系,相关系数在0.5以上,在O3污染防治中,应同时考虑边界层内垂直输送的影响;(3)利用梯度法得出的边界层高度在污染天气时与PM2.5浓度的相关性较好,能较好地表现出大气污染情况,在PM2.5污染天气过程分析中具有较好的应用价值。

     

  • 图  1  广州空气质量及气象要素逐时变化

    图  2  5种方法得到的逐时边界层高度变化(PBL_Parcel:气块法,PBL_Theta:位温法,PBL_q:比湿法,PBL_Lidar:激光雷达梯度法,PBL_LS:罗氏法,单位均为m)

    图  3  不同方法估算得到边界层高度日变化

    图  4  不同方法估算得到边界层高度总体对比

    图  5  PM2.5浓度及激光雷达反演的大气边界层高度变化

    图  6  边界层高度与O3浓度的变化

    表  1  气象条件与边界层高度的相关性分析

    相关性 PBL_Parcel PBL_Theta PBL_Q PBL_LS PBL_Lidar
    风速 0.428* 0.196* 0.006 0.375* 0.003
    气温 0.71* 0.373* 0.140* 0.326* 0.012
    降水 -0.091* -0.183* -0.026 -0.062* 0.09*
    相对湿度 -0.744* -0.14* -0.55* -0.574* -0.074*
    注:*表示为通过0.05的显著性检验。
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    表  2  边界层高度与空气质量的相关性分析

    相关系数 PM2.5 PM10 SO2 NO2 CO O3 AQI O3-15
    PBL_Parcel 0.092* 0.102* 0.205* -0.460* -0.204* 0.633* 0.352* 0.729*
    PBL_Theta -0.275* -0.267* -0.191* -0.379* -0.308* 0.042 -0.107* 0.119
    PBL_Qt 0.336* 0.372* 0.334* 0.013 0.073 0.498* 0.423* 0.573*
    PBL_LS 0.058 0.102* 0.173* -0.263* -0.157* 0.408* 0.172* 0.110
    PBL_Lidar 0.212* 0.204* 0.112* 0.093* 0.157* 0.165* 0.169* 0.182
    注:*表示为通过0.05的显著性检验;O3_15列为每天15时的O3浓度和混合层高度的相关系数。
    下载: 导出CSV

    表  3  一次污染过程O3浓度与混合层高度的相关性分析

    相关系数 PBL_Parcel PBL_Theta PBL_Q PBL_LS PBL_Lidar
    O3浓度 0.671* 0.325* 0.392* 0.392* -0.054
    注:*表示为通过0.05的显著性检验。
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-24
  • 修回日期:  2022-02-18
  • 网络出版日期:  2022-06-11
  • 刊出日期:  2022-04-20

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