基于L波段雷达探空的逆温特征统计分析 崔世锋，阳小群，顾卫，邱年Summary 利用L波段探空雷达数据，分析了安庆2011—2020年逆温基本特征结果表明，08：00、20：00逆温层平均出现的层数分别为1.9、1.5层，发生的频率分别为85.4%、79.7%接地逆温发生的频率低于脱地逆温统计期间内逆温出现的频率呈缓慢上升趋势接地逆温层顶平均高度为222 m，08：00接地逆温层厚度大于20：00逆温层厚度，第一脱地逆温层起始高度及层顶高度的变化区间跨度大，厚度是接地逆温层厚度的1.6倍逆温强度有微弱上升趋势并呈现明显的季节变化，夏季逆温强度小、次数少，冬季强度大、次数多Key 安庆;接地逆温;脱地逆温;频率;厚度;强度：P412.25 ：B ：2095–3305（2022）03–0088–041 资料和方法1.1 资料所选资料为2011年1月1日—2020年12月31日期间内，GFE-L波段雷达、GTS1型数字式探空仪探测收集的逐日探空资料秒级数据，每日分为08：00、20：00两个时次，合计资料共7 306份因站点迁移，其中2011—2012年站点位置为117°03′E、30°32′N，海拔19.8 m，2013—2020年站点位置为116°58′E，30°37′N，海拔高度为63.2 m。
统计资料严格按照《高空气象探测规范》要求，利用L波段（1型）高空气象探测系统数据处理软件（版本号6.0.0.20200101）对数据进行处理，获得逐日2个时次的逆温资料1.2 逆温参数统计方法所讨论的逆温是指对流层中气温随高度升高的现象，按是否接地将其分为接地逆温和脱地逆温接地逆温是指气温从地面层开始随高度升高而升高，到达某高度后气温开始随高度升高而递减;脱地逆温是指从离地一定高度起气温随高度升高而升高，到达某高度后气温开始随高度升高而递减，因一次探测过程中可能出现多个逆温现象，故将不接地的第一个逆温层定义为第一脱地逆温逆温统计要素有： 逆温发生频率（n）、逆温层厚度（△H）、逆温层温差（ΔT）和逆温强度（I）1）逆温发生频率：F = n/N×100%式中：n是一段时间内发生逆温的次数（一日中08：00或20：00时次出现记为1次，2个时次均出现记为2次），N是这段时间内的总时次（日数×2）2）逆温层厚度：△H = H2-H1式中：H1、H2分别为逆温层底高、逆温层顶高，单位为米（m），其中接地逆温的逆温层底高为0 m3）逆温层温差：ΔT = T2-T1式中：T2为逆温层顶温度，T1为逆温层底温度，单位为摄氏度（℃）。
4）逆温强度：I =ΔT/△H×100%式中：表示逆温层内每升高100 m温度的升高值，单位为℃/hm为了便于分析，文中将逆温强度分为4个等级2 逆温特征2.1 逆温频率利用安庆市国家气象观测站2011—2020年共7 306份探空资料分析发现，全时次共计出现12 730层逆温，平均每个时次出现1.74层，08：00平均出现1.9层，20：00平均出现1.5层，早间每个时次出现的层数多于晚间以每个探测时次是否发生逆温现象为研究对象，共有6 034个探测时次出现逆温，逆温发生频率为82.6%，远高于济南的47.2%，与南京频率的79.6%相当[1-2]其中，08：00逆温发生频率为85.4%，20：00逆温发生频率为79.7%同时安庆地区接地逆温发生频率远低于脱地逆温，接地逆温占总逆温层（包括接地和脱地逆温）发生的频率为23.9% ，脱地逆温占76.1%从逆温频率的年变化看，2011—2020年安庆地区逆温频率年际呈缓慢上升趋势，气候倾向率为0.0074%2011、2013、2018年逆温发生频率最小，为79%;2020 年最大，为90%（图1a）脱地逆温发生频率气候倾向率为-0.0075%/a;接地逆温发生频率气候倾向率为0.015%/a，呈缓慢上升趋势，其中2011—2012年出现接地逆温的频率明显偏少，该种统计结果应与台站由海拔高度20 m的市区迁移至海拔60 m郊区山岗有关，迁至山岗后致使脱地逆温减少，接地逆温增加。
从逆温频率的月变化看，接地逆温和脱地逆温均表现为盛夏季节少，秋冬季节发生频率高的特点其中，7—8 月逆温发生频率较低，最低在8月，为54%;10月至翌年3月出现逆温较多，频率均在90%以上，最多出现在1—12月，达到97%，几乎每天均有逆温层（图1b）接地逆温呈抛物线分布，6—8月接地逆温少，谷值出现在6月，发生频率为4%;11、12月接地逆温出现最多并出现峰值，发生频率达34%脫地逆温除7、8月为低值以外，其他各月差距较小，发生频率均在60%～70%之间，峰值出现在1月，发生频率为70%，谷值出现在8月，发生频率为46%并且所有月份的接地逆温发生频率均低于脱地逆温，此种统计结果与南京相类似，均呈明显的“V”形结构[2]安庆地处长江中下游，冬季天气形势较为稳定，地面多东北气流，高空则在西北气流控制之下，在天气晴好时，湍流作用较弱，白天吸收太阳辐射地面增温，夜间地面不断向大气发射长波辐射加热大气，地面冷却降温，有利于形成较强的辐射逆温而夏季天气复杂，湍流加强，不利于形成较强逆温因此，逆温出现频率表现出明显的季节变化特征[3]为探究季度之间逆温层出现次数是否具有显著差异，对季度逆温层数使用SPSS进行卡方检验，得Pearson卡方值为561.705，对应的显著性P值为0.000<0.05（显著性水平），数据分析结果表明：各季度之间的逆温层次数存在显著性差异（表1）。
针对逆温层次数序列进行时间序列分析，将10年逆温层次数做季节性分解，拆分为4个因素，并绘制序列图进行分析由图2可见，該序列在10年内没有呈现出长期上升或下降的趋势变化（见黄线）;删除序列的季节性变化后获得的数据走势（见绿线）与残差值走势（见红线）基本一致，表明逆温层次数序列具有明显的周期为一年的季节性波动2.2 逆温层的高度和厚度逆温层高度和厚度是衡量逆温特征的重要指标，反映了特殊温湿层的时空分布特征根据安庆站10年的资料分析表明，安庆接地逆温层顶平均高度（即平均厚度）为222 m，最低仅为19 m，最高可达2 136 m第一脱地逆温层平均厚度为368 m，是接地逆温层厚度的1.6 倍第一脱地逆温的起始平均高度为3 096 m，最低为20 m，最高可达18 378 m;第一脱地逆温层顶平均高度为3 461 m，最低为64 m，最高可达19 057 m，可知第一脱地逆温层起始高度及层顶高度的变化区间跨度大08：00接地逆温平均厚度为349 m，第一脱地逆温平均厚度365 m20：00接地逆温平均厚度为101 m，第一脱地逆温平均厚度为372 m受夜间辐射降温的影响，接地逆温的08：00逆温层厚度要大于20：00逆温层厚度，但对第一脱地逆温的厚度影响甚微。
根据2011—2020 年安庆逆温层不同层厚次数年际变化可以得出，2011—2020 年不同厚度的逆温层变化占比分布，依次为厚度在200～499 m占40%、厚度在100～199 m占32%、厚度在100 m以下占14%、厚度在500～999 m占11%、厚度在1 000 m以上占3%逆温层的厚度在200～500 m之间最多，1 000 m以上的逆温层为最少因2013年站点迁移至山岗，导致2013年起层厚小于100 m的次数超过500～999 m层厚的次数，说明孤立的山岗导致的辐射降温容易形成小厚度的低层逆温层，而其他厚度的逆温层年际变化表现稳定从2011—2020 年安庆逆温层不同层厚次数月际变化可以看出，厚度为100～199 m、200～499 m的逆温层出现次数与逆温频率月变化趋势较一致，不仅夏季逆温层出现的次数少，而且主要集中在厚度为100～199 m、200～499 m的逆温层次数的减少上（图3b）2.3 逆温强度因逆温层有接地逆温和脱地逆温之分，一次探测过程可能会出现多个脱地逆温，在分析各逆温强度时，本文重点分析接地逆温、脱地逆温的强度最大值、最小值，达到全面分析目的数据分析可知，2011—2020年安庆逆温平均强度为1.1℃/100 m，其中，接地逆温平均强度为1.85℃/100 m，脱地逆温最大平均强度为1.31℃/100 m，脱地逆温最小平均强度为0.77℃/100 m。
为了探究逆温强度的详细分布情况，将逆温强度分为4档：<1、1～2、2～3和>3由2011—2020年安庆逆温各档强度出现次数的年际和月际变化可知，2011～2012年强度<1的逆温层次数多于2013～2020年，2013年为转折点（图4）各强度的逆温出现次数气候倾向率分别为-5.19℃/100 m、4.32℃/100 m、2.0℃/100 m、4.35℃/100 m，说明安庆的逆温强度呈微弱上升趋势同时可知，安庆逆温强度存在明显的月际变化，夏季逆温不仅出现的次数少而且强度小，7～8月各档逆温强度出现次数亦均少于其他月份;冬季逆温出现次数多而且强度大，强度大于3的逆温出现在12月至翌年1月，不同于杭州的逆温强度在秋季较强，强度小于3的逆温也较多的出现在秋冬季，次数均大于其他月份[4]因安庆站2011—2020年层厚为200～499 m的逆温层占比为40%，出现概率明显多于其他层厚，因此进一步统计了层厚为200～499 m中强度<1、1～2、2～3、>3出现的次数分别为1 971、1 945、568、311次，强度在2以下的次数在厚度200～499 m的逆温层中占比高达82%（表2）同时厚度在100～500 m之间的逆温层居多，占比为72%，在200～500 m厚度内又以强度小于2的逆温层为主。
为探究逆温层次数与日样本量强度之间是否具有相关性，对10年的逆温层次数与日样本量强度数据进行了相关性检验，由表3可知，10年间的逆温层出现次数与日样本最大强度在1～2、2～3之间的斯皮尔曼系数分别为0.618、0.623，且都通过显著性检验，说明逆温层出现次数与日样本量最大强度在1～2、2～3之间都存在显著正向相关关系，即日样本量最大强度愈大，逆温愈强同时文章探究逆温层次数与强度处于0～1之间的厚度的相关性，使用SPSS软件进行斯皮尔曼相关系数进行检验由表4可知，逆温层出现次数与厚度之间存在显著正向相关关系，尤其当强度处于0～1时厚度<500 m与厚度<1 000 m，厚度与逆温层次数之间的相关系数分别达到0.805、0.822，表明厚度愈大，与逆温层次数存在正向相关程度就愈强3 结论（1）2011—2020年安庆逆温发生频率高达82.6%并以脱地逆温为主，逆温频率有缓慢上升趋势;（2）受夜间辐射降温的影响，08：00接地逆温层的厚度要大于20：00的厚度，逆温层的厚度在200～500 m之间最多，1 000 m以上的逆温层为最少逆温层厚度的年际变化表现稳定，有明显的月季变化，呈现夏季小而薄，冬季后而多。
3）逆温强度在统计期间存在明显的月际变化，夏季逆温不仅出现的次数少，而且强度小，逆温发生频率、逆温层厚度和逆温强度在冬季较高，夏季较低，逆温强度年际变化呈微弱上升趋势逆温强度小于2的逆温层次数在厚度区间为200～499 m的占比高达82%4）使用SPSS对逆温层次数进行季节性模型预测，可得到2021—2025年逆温层次数的预测数值与序列走势由预测值可知，未来逆温层夏季低频现象将有所改善，极端值出现概率减少;逆温层出现次数呈夏季少、冬季多的特征持续不变（图5）參考文献[1] 尹承美，焦洋，何建军，等.济南地区逆温层特征及其对颗粒物质量浓度的影响[J].干旱气象，2019，37（4）：622-630.[2] 夏敏洁，周文君，裴海瑛，等.基于L 波段雷达探空资料的南京低空逆。