风廓线雷达与无线电探空仪测风对比
摘要介绍了风廓线雷达测风与无线电探空仪测风的原理，分析了造成二者观测记录差异的主要原因，以期更好地了解和使用好风廓线雷达产品，提高短时临近和数字天气预报服务质量。
关键词风廓线雷达；无线电探空仪；测风；对比
风廓线雷达是一种新型的测风装备，其是利用大气湍流对电磁波的散射作用对大气风场﹙水平风廓线和垂直风廓线﹚等物理量进行探测的遥感设备。
我国从20世纪80年代中期开始研制风廓线雷达，近年来风廓线雷达探测技术得到迅速发展，其技术水平有了本质的提高，并将陆续在全国布点，最终建立风廓线雷达观测网，可以弥补常规高空探测站网观测时次和空间上的不足，在中、小尺度灾害天气的监测和数字预报模式中发挥重要作用[1]。
无线电探空仪测风是常规的方法，现在数字天气预报所用的资料主要来自探空站网。
探空站的间距一般在100 km以上，各探空站每天几次定时释放探空气球（无线电探空仪）获取探空或测风（水平方向的风）资料。
现对风廓线雷达和无线电探空仪2种不同测风方法进行比较，以期为测风仪的选择提供参考。
1 风廓线雷达测风
风廓线雷达是利用大气湍流对电磁波的散射作用进而探测大气风场等物理量的遥感设备，是一种脉冲多普勒雷达﹙PD﹚，探测对象主要是晴空大气，其回波被叫作晴空回波，所以有时也称为晴空雷达。
其作用原理是利用大气湍流对电磁波的散射作用，根据多普勒效应获取不同波束方向的径向速度。
在一定风场假设条件下，利用处在同一高度面上的几个点的径行速度计算水平风，垂直风可以由垂直波束直接探测得到[2]。
风廓线雷达是在确定的空间探测大气的流动情况，属于定点观测。
风廓线雷达可以提供水平风廓线、垂直风廓线。
测风是风廓线雷达的基本功能，该设备的命名也由此而来。
与其他常规测风方法相比，风廓线雷达的突出优势在于资料的时空分辨率和探测精度，能够提供时间和高度分辨率非常高的水平风廓线和垂直风廓线。
风廓线雷达的时间分辨率等于一个探测周期。
忽略波束转换的极短暂延迟，探测周期等于雷达波束数、脉冲重复频率、脉冲积累数、谱变换点数、谱平均次数的乘积，一般为2～6 min。
风廓线雷达的空间分辨率和脉冲宽度直接相关，脉冲宽度越宽，高度分辨率越低[3]。
根据探测高度指标要求的不同，雷达采用不同的脉冲宽度。
探测高度要求的越高，使用的脉冲宽度越宽。
因此，高度分辨率和风廓线雷达类型有关，与探测高度指标成反比。
对流层中下层风廓线雷达的高度分辨率一般约为100 m，边界层风廓线雷达的高度分辨率一般在几十米，对流层风廓线雷达的高度分辨率在几百米左右。
为了解决探测高度和高度分辨率之间的矛盾，对流层风廓线雷达一般采取高、低2种探测模式。
低模式采用窄脉冲，保证低层数据具有较高的高度分辨率；
高模式采用宽脉冲，保证低层数据具有较高的高度分辨率，保证满足探测高度指标的要求。
2种探测模式交替使用，将2种模式获取的资料相结合，既解决了探测高度的要求，又解决了低层数据高分辨率的要求。
2 无线电探空仪测风
无线电探空仪是常规气象探测仪器，现阶段我国主要是L波段和P波段各种型号701测风雷达，风廓线数据是其探测要素之一，其组网观测资料被用于日常数值天气预报业务。
无线电探空仪是传统的测风仪器，其是利用测风雷达跟踪自由上升气球，依据气球的水平运动分量随风向和风速而改变的原理测量高空风。
通过跟踪自由上升气球携带的探空仪在空间的移动轨迹，测风雷达对其进行定位，从而测得每分钟探空仪相对雷达的方位角、仰角和斜距；利用2个计算分钟点的测距和测角数据，计算出2个计算分钟点中间时刻的水平风向和平均风速。
规定高度层矢量风的计算方法为先从探空温度、气压、湿度记录的时间—高度曲线上查算其所对应的探测时间，将与其相邻的上、下2个量得风层内插，通过计算得到规定高度的水平风向以及平均风速。
无线电探空仪测风采用气球作为示踪物，根据一段时间内气球飘移的距离计算水平风。
它探测的是个别流点在不同时刻位置的变化，属于流点观测的无线电探空仪无法获取垂直风廓线，只能得到水平风廓线。
规定每天几次定时观测。
每次观测需要60～70 min，每组数据是取样时间点前后几分钟的平均值[4-5]。
无线电探空仪测风，因为气球的平飘，获取的廓线不是严格的局地垂直廓线。
3 结语
需要注意的是，当比较2种不同测风方法的探测结果时，需要考虑2种探测资料的代表性。
代表性相同或接近是2种资料能够进行比较的前提。
如果2种资料的代表性存在较大的差异，则2种资料不具有可比性，进行准确性的比较毫无意义，不能得出准确的判定。
在对2种测风结果进行比较时，应当充分考虑测量原理、天气状况、风矢量的计算方法、数据的时间和空间代表性等因素，使对比条件和环境尽可能接近。
（1）测量机理及探测的空中目标存在一定的差异，但在风场一致性和各向同性条件满足时，二者在同一地点和相
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近时间的水平平均风速风向测量结果具有很好的一致性和可比较性。
（2）无线电探空仪测风是在整个飞行路径上采样，得到整个空中风场的时
间长且时间与不同高度区域空间的平均风相对应，时间分辨力差；优点是测量结果基本不受天气状况的影响，因此可以保证其最大探测高度。
风廓线雷达测风的探测对象主要是晴空大气，其受回波特性的影响明显，在风场不符合“各向同性”条件时，会有较大的误差，在气象条件不能满足时，探测高度起伏较大；其优点是时间分辨力高，因为风廓线雷达测风是在不连续点上同时采样，其在同一时间可得到不同高度风廓线。
（3）与常规测风方法不同，风廓线雷达采用的是直接测量方法，具有长期使用费用低廉、实时性强、可连续提供风场分布、时空分辨力高等优点。
风廓线产品具有较高的应用价值，比如：产品作为多个连续体扫描的水平风垂直廓线显示，有助于预报员了解对流天气的风场随时间的变化；航空气象人员常用它来识别平均风的高度切变，特别是低空风切变；由水平风场随时间的变化即可监测冷空气、锋面等的移动情况，进而指导常规天气预报。
另外，有时利用该产品还能估计出云顶、云底的高度及降水回波的移向、移速。
（4）风廓线雷达产品弥补了探空资料站点稀、时次少的不足，使预报员能及时了解测站上空环境风场的垂直分布，有利提高短时临近预报服务质量。
（5）风廓线雷达产品和无线电探空仪测风二者可互为补充，从而为预报人员提供更科学准确的风场时空分布信息。
4 参考文献
[1] 何平.相控阵风廓线雷达[M].北京：气象出版社，2006.
[2] 张培昌，杜秉玉，戴铁丕.雷达气象学[M].北京：气象出版社，2004.
[3] 何建新，姚振东，李飞，等．现代天气雷达[M].成都：电子科技大学出版社，2004.
[4] 常规高空气象探测规范﹙试行﹚[M].北京：中国气象局监测网络司，2002.
[5] 业务操手册﹙L波段高空气象探测系统﹚[M].北京：中国气象局监测网络司，2005.。
