基于微波輻射計(jì)進(jìn)行海霧監(jiān)測(cè)

QFW-6000型微波輻射計(jì)可連續(xù)監(jiān)測(cè)大氣溫度和濕度廓線，并實(shí)時(shí)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(cè)手段，并詳細(xì)闡述基于QFW-6000型微波輻射計(jì)進(jìn)行海霧監(jiān)測(cè)的方法，通過海霧生消過程下的觀測(cè)結(jié)果分析，表明該設(shè)備具有優(yōu)良的海霧觀測(cè)能力。

【關(guān)鍵詞】微波輻射計(jì) 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(cè)手段是依靠沿海地區(qū)稀疏的地面觀測(cè)站點(diǎn)，主要包括探空資料、地面氣象觀測(cè)站的能見度等數(shù)據(jù)。但是由于布站限制，其很難監(jiān)測(cè)大范圍海霧的分布狀況。非常規(guī)監(jiān)測(cè)主要包括激光雷達(dá)、云高儀、衛(wèi)星遙感等，用于進(jìn)行霧的判識(shí)和定量反演方面，但由于這些觀測(cè)手段難以區(qū)分大氣粒子的相態(tài)，對(duì)霧和霾的監(jiān)測(cè)比較難區(qū)分。

2 基于微波輻射計(jì)進(jìn)行海霧監(jiān)測(cè)方法

微波輻射計(jì)是一種用于測(cè)量場景（目標(biāo)）微波熱輻射的高靈敏度接收機(jī)，它本身不發(fā)射信號(hào)，只是被動(dòng)的接收各種物質(zhì)發(fā)射的自然輻射信號(hào)或反射、散射信號(hào)。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(diǎn)，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。

微波輻射計(jì)測(cè)量反演對(duì)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(duì)判斷霧的生消都是十分有益的。

基于輻射計(jì)的輸出量，對(duì)海霧的監(jiān)測(cè)可從以下的切入點(diǎn)進(jìn)行。

2.1 判斷當(dāng)前天氣形勢(shì)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(shí)時(shí)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(diǎn)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)的輸入量

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

2.3 區(qū)分霧與云

利用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)大霧的難點(diǎn)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(cè)時(shí)，如果同時(shí)存在層云和霧，很難從觀測(cè)數(shù)據(jù)中區(qū)分層云和大霧，因?yàn)樗鼈兙哂袔缀跸嗤奈锢硖匦院托螒B(tài)表現(xiàn)。由輻射計(jì)輸出的相對(duì)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(duì)二者進(jìn)行區(qū)分。二者的主要區(qū)別在相對(duì)濕度的差異上，輻射計(jì)提供的實(shí)時(shí)濕度廓線及積分水汽和液水含量，均對(duì)二者的區(qū)別提供有力的參考。

3 基于QFW-6000型微波輻射計(jì)對(duì)海霧監(jiān)測(cè)案例

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

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

圖1是此次海霧天氣過程中QFW-6000型微波輻射計(jì)的觀測(cè)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(duì)濕度及溫度二維時(shí)空分布圖。

從相對(duì)濕度二維時(shí)空分布圖上可以看出，霧持續(xù)時(shí)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(duì)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(cè)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(shí)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(shí)分，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，逆溫層消失，同時(shí)近地面相對(duì)濕度降低，霧隨之消散。這些實(shí)時(shí)觀測(cè)量有助于監(jiān)測(cè)海霧的生消，同時(shí)可為海霧預(yù)報(bào)提供重要參考量。

4 結(jié)論

本文對(duì)國產(chǎn)QFW-6000型微波輻射計(jì)在海霧觀測(cè)的方法進(jìn)行了詳細(xì)的論述，同時(shí)分析了QFW-6000型微波輻射計(jì)在海霧生消過程中的測(cè)量數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，QFW-6000型微波輻射計(jì)可正確描述海霧生消的動(dòng)態(tài)變化，其輸出參數(shù)可應(yīng)用于海霧監(jiān)測(cè)，可為海霧監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)預(yù)警提供必要依據(jù).

參考文獻(xiàn)

[1]趙從龍，蔡化慶，宋玉林，等.對(duì)流層水汽和液態(tài)水的地基微波遙感探測(cè)[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，1991，2（02）：200-207.

[2]鄭崇偉，潘靜，黃剛.利用WW3模式實(shí)現(xiàn)中國海擊水概率數(shù)值預(yù)報(bào)[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，40（03）：314-320.

[3]鄭崇偉，游小寶，潘靜，等.釣魚島、黃巖島海域風(fēng)能及波浪能開發(fā)環(huán)境分析[J].海洋預(yù)報(bào)，2014，31（01）：49-57.

[4]王波.地基微波輻射計(jì)大氣環(huán)境遙感研究[D].青島：中國海洋大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2014，29（04）：547-556.

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?yàn)楸粍?dòng)遙感。

作者單位

中國電波傳播研究所 山東省青島市 266107