基于一次走航观测分析南海北部大气波导特征

李雅如; 韩开锋; 韩博; 张功; 刘长炜; 陈枫壕; 杨清华

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2026.020

基于一次走航观测分析南海北部大气波导特征

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.020

李雅如¹,
韩开锋³,
韩博^{1, 2, ,},
张功^{1, 4},
刘长炜^{1, 2},
陈枫壕¹,
杨清华^{1, 2}

1.
中山大学大气科学学院，广东珠海 519082
2.
南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东珠海 519082
3.
国防科技大学气象海洋学院，湖南长沙 410073
4.
江西省林业科学院，江西南昌 330013

基金项目:

南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）自主项目 SML2022SP401

详细信息

通讯作者:
韩博，男，陕西省人，教授，博士，主要从事海洋大气边界层研究。E-mail：hanbo5@mail.sysu.edu.cn

中图分类号: P421.3
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出版历程
- 收稿日期: 2024-10-22
- 修回日期: 2025-06-25
- 刊出日期: 2026-04-20

Analysis of Atmospheric Duct in the Northern South China Sea Based on an Underway Observation

LI Yaru¹,
HAN Kaifeng³,
HAN Bo^{1, 2
, ,},
ZHANG Gong^{1, 4},
LIU Changwei^{1, 2},
CHEN Fenghao¹,
YANG Qinghua^{1, 2}

1.
School of Atmospheric Sciences, Sun Yat-sen University, Zhuhai, Guangdong 519082, China
2.
Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai, Guangdong 519082, China
3.
College of Meteorology and Oceanography, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
4.
Jiangxi Academy of Forestry, Nanchang 330013, China

摘要

摘要: 大气波导现象会显著影响雷达的探测性能，因此对大气波导层的准确诊断和预报具有重要的经济和军事价值。海上大气波导研究往往受限于观测条件，对关键海区波导特征缺少系统的了解。本研究基于2019年6月在南海北部进行的（无线电）探空观测数据，统计了该区域蒸发波导和悬空波导的发生特征，并对两类波导形成原因进行了初步分析。研究结论如下：（1）观测期间每次探空都有蒸发波导出现，平均层顶高度（波导层厚度）为50 m，平均强度64.7 M；（2）观测海域悬空波导出现概率约为90 %，平均波导层顶高度为1 004 m，平均厚度为109 m，平均强度为6.1 M，陷获层内的折射率梯度约为-0.15 M·m^-1；（3）大气湿度垂直梯度均贡献了两种波导主要的折射率梯度，但温度层结对蒸发波导一般起抑制作用，而对悬空波导起促进作用。本研究进一步明确了南海大气波导的特征，为该区域电磁传播环境的模型构建提供了研究基础。
- 无线电探空 /
- 大气修正折射率 /
- 悬空波导 /
- 蒸发波导 /
- 陷获层
Abstract: Atmospheric ducts significantly affect radar's performance. Accurately diagnosing and forecasting of atmospheric duct layers thus has considerable value in economic and military fields. The scarcity of routine observations hampers the understanding of atmospheric ducts over the sea. This study uses a onemonth continuous radiosonde experiment in the northern South China Sea to diagnose the characteristics and discuss the mechanism of the atmospheric duct. The conclusions are as follows: (1) The evaporation ducts appeared every day during the experiment, with an average duct height of 50 m and an average intensity of 64.7 M. (2) The elevated ducts appeared in 90% of the observation period, with an average duct height of 1 004 m, an average thickness of 109 m, and an average intensity of 6.1 M, with a nearly identical refractivity gradient within the trapping layer of about -0.15 M m^-1. (3) The atmospheric humidity dominates the primary refractivity gradient of both types of the ducts, while the stratification of atmospheric temperature usually tends to suppress the evaporation ducts but contributes to the elevated ducts. This study has further confirmed the characteristics of atmospheric ducts in the South China Sea, supporting the simulation studies of electromagnetic propagation.
- radiosonde /
- modified refractivity /
- elevated duct /
- evaporation duct /
- trapping layer

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图 1 2019年南海航次GPS探空观测点分布（红色加号）及对应的背景场，包括500 hPa位势高度场（蓝色实线，单位：位势米）、850 hPa气温（黑色实线，单位：℃）、比湿场（填色，单位：g·kg^-1）和风场（箭头，单位：m·s^-1）

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图 2 （a）蒸发波导和（b）悬空波导的大气修正折射率（M，单位：M）廓线

阴影为波导层范围，H、ΔH、ΔM和Δh分别表示波导层顶高度（单位：m）、波导层厚度（单位：m）、波导层强度（单位：M）和陷获层厚度（单位：m）。

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图 3 走航期间（6月9日—7月5日）悬空波导在不同时次（0、6、12、18UTC）的频次分布

空缺表示该时刻无探空释放，黑色圆圈表示不出现悬空波导，数字表示单次探空廓线上出现的悬空波导个数。

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图 4 蒸发（a~c）、悬空波导（d~f）的波导顶高度（a、d），厚度（b、e）以及强度（c、f）在不同时刻的盒须图

图a、d在箱体底部给出了两类波导在不同时刻的出现观测样本数.

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图 5 蒸发波导（a、b）和悬空波导（c、d）厚度（ΔH）与波导高度（H）及强度（ΔM）的关系

黑色直线为线性拟合结果，图中给出了拟合方程、相关系数r及相应的p值。

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图 6 蒸发波导（a~d）和悬空波导（e~h）强度（ΔM）与其各分解项（气压、温度、比湿和厚度）的关系

黑色直线为线性拟合结果，图中给出了拟合方程、相关系数r及对应的p值。

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图 7 蒸发（a、b）、悬空波导（c、d）陷获层内的温度（a、c）、比湿廓线（b、d）分布

阴影边界为廓线处理后求平均得到的合成值±标准差。

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表 1 观测期间南海北部大气波导层特征

蒸发波导悬空波导

H/m ΔH/m ΔM/M H/m ΔH/m ΔM/M

均值 50 50 64.7 1004 109 6.1

最大 88 88 99.2 2000 414 34.9

最小 32 32 38.3 232 18 2

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