基于微波輻射計進行海霧監(jiān)測

QFW-6000型微波輻射計可連續(xù)監(jiān)測大氣溫度和濕度廓線，并實時輸出大氣水汽含量和液態(tài)水含量等信息。本文介紹了海霧的形成條件和觀測手段，并詳細闡述基于QFW-6000型微波輻射計進行海霧監(jiān)測的方法，通過海霧生消過程下的觀測結(jié)果分析，表明該設(shè)備具有優(yōu)良的海霧觀測能力。

【關(guān)鍵詞】微波輻射計 海霧 逆溫 濕度廓線

1 概述

海霧是在特定氣象和水文條件下生產(chǎn)，其可使能見度降低到1km以下。海霧種類很多，依據(jù)形成特征及海洋環(huán)境，可分為平流霧、混合霧、輻射霧、地形霧等四種類型，常見并且范圍較大的是暖空氣平流到冷海面上而形成的平流冷卻霧。

海霧主要觀測手段是依靠沿海地區(qū)稀疏的地面觀測站點，主要包括探空資料、地面氣象觀測站的能見度等數(shù)據(jù)。但是由于布站限制，其很難監(jiān)測大范圍海霧的分布狀況。非常規(guī)監(jiān)測主要包括激光雷達、云高儀、衛(wèi)星遙感等，用于進行霧的判識和定量反演方面，但由于這些觀測手段難以區(qū)分大氣粒子的相態(tài)，對霧和霾的監(jiān)測比較難區(qū)分。

2 基于微波輻射計進行海霧監(jiān)測方法

微波輻射計是一種用于測量場景（目標(biāo)）微波熱輻射的高靈敏度接收機，它本身不發(fā)射信號，只是被動的接收各種物質(zhì)發(fā)射的自然輻射信號或反射、散射信號。它由于靈敏度高、功耗小、重量輕、壽命長、可靠性好、成本低，還有隱蔽性好的特點，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。

微波輻射計測量反演對流層大氣溫度廓線，水汽廓線，大氣總水汽含量，云中液態(tài)水含量，邊界層區(qū)域逆溫及大氣不穩(wěn)定度、大氣不透明度等信息，由其中的邊界層溫濕度廓線，可判斷大氣低層的氣象狀況，這對判斷霧的生消都是十分有益的。

基于輻射計的輸出量，對海霧的監(jiān)測可從以下的切入點進行。

2.1 判斷當(dāng)前天氣形勢是否有利于霧的產(chǎn)生

由地面溫濕壓數(shù)據(jù)及廓線數(shù)據(jù)，實時的大氣的穩(wěn)定性及是否有逆溫出現(xiàn)，并可得到高濕區(qū)的分布區(qū)域，幫助判斷是否有利于霧的產(chǎn)生。

2.2 可作為單點監(jiān)測和預(yù)報的輸入量

溫濕廓線、積分水汽含量可提供單點的閾值，同時可作為模式的輸入量，但會受布點的影響存在局限性。

2.3 區(qū)分霧與云

利用衛(wèi)星監(jiān)測大霧的難點在于大霧和層云的物理特性幾乎完全相同，臨近地面為霧，抬升到一定高度就是層云。衛(wèi)星從太空向地面觀測時，如果同時存在層云和霧，很難從觀測數(shù)據(jù)中區(qū)分層云和大霧，因為它們具有幾乎相同的物理特性和形態(tài)表現(xiàn)。由輻射計輸出的相對濕度廓線及云底高度，可區(qū)分霧與云。

2.4 區(qū)分霧與霾

霧與霾在能見度上具有相似性，只依靠能見度難以對二者進行區(qū)分。二者的主要區(qū)別在相對濕度的差異上，輻射計提供的實時濕度廓線及積分水汽和液水含量，均對二者的區(qū)別提供有力的參考。

3 基于QFW-6000型微波輻射計對海霧監(jiān)測案例

QFW-6000型多通道微波輻射計在氣象、環(huán)保等大氣參數(shù)遙感監(jiān)測領(lǐng)域獲得廣泛使用，為數(shù)值預(yù)報、人工影響天氣、短臨天氣預(yù)報、海洋氣象監(jiān)測、霧霾監(jiān)測、大氣環(huán)境立體監(jiān)測等應(yīng)用系統(tǒng)提供高精度實時大氣參數(shù)信息，獲得了明顯的經(jīng)濟社會效益。

QFW-6000型微波輻射計產(chǎn)品在全國各區(qū)域已布設(shè)數(shù)十套，實踐證明，產(chǎn)品技術(shù)先進、性能可靠，受到用戶肯定。本文選取一套在寧波運行的QFW6000輻射計為例，對QFW-6000型地基多通道并行體制微波輻射計在海霧天氣過程下輸出產(chǎn)品情況進行說明。

圖1是此次海霧天氣過程中QFW-6000型微波輻射計的觀測數(shù)據(jù)，分別是大氣中水汽含量、云底溫度數(shù)據(jù)、云中液態(tài)水含量、大氣的相對濕度及溫度二維時空分布圖。

從相對濕度二維時空分布圖上可以看出，霧持續(xù)時間段為00：40-8：30；16：30-18：50，共發(fā)生兩次，霧垂直厚度約700米，霧區(qū)的相對濕度大于85%。

如圖中所示，在霧發(fā)生的第1階段、第2階段，伴有云層出現(xiàn)，云高在4000米和1500米左右，云厚2000米左右，云底溫度也一直維持在高值區(qū)域，這些觀測量都很好的表征了霧和云的空間分布，有效區(qū)分霧和云。

在霧產(chǎn)生過程中，大氣中水汽供應(yīng)充足，同時大氣層結(jié)穩(wěn)定，出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，逆溫高度在700米左右，有利于霧的產(chǎn)生和維持；到中午時分，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，逆溫層消失，同時近地面相對濕度降低，霧隨之消散。這些實時觀測量有助于監(jiān)測海霧的生消，同時可為海霧預(yù)報提供重要參考量。

4 結(jié)論

本文對國產(chǎn)QFW-6000型微波輻射計在海霧觀測的方法進行了詳細的論述，同時分析了QFW-6000型微波輻射計在海霧生消過程中的測量數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，QFW-6000型微波輻射計可正確描述海霧生消的動態(tài)變化，其輸出參數(shù)可應(yīng)用于海霧監(jiān)測，可為海霧監(jiān)測及預(yù)報預(yù)警提供必要依據(jù).

參考文獻

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作者簡介

張志國（1978-），男，山東省濰坊市諸城市人。碩士研究生，現(xiàn)為中國電波傳播研究所工程師。主要研究方向為被動遙感。

作者單位

中國電波傳播研究所 山東省青島市 266107