Page 228 - 《高原气象》2021年第5期

第 40 卷 第 5 期 高 原 气 象 Vol. 40 No. 5
2021 年 10 月 PLATEAU METEOROLOGY October，2021

孟恬，杨胜朋，程华，2021. GPS 掩星观测误差和边界层高度的判别［J］. 高原气象，40（5）：1189-1201. MENG Tian，YANG
Shengpeng，CHENG Hua，2021. Observation Error of GPS Radio Occultation and Discrimination of Planetary Boundary Layer
Height［J］. Plateau Meteorology，40（5）：1189-1201. DOI：10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2020. 00098.

GPS掩星观测误差和边界层高度的判别

孟 恬 1，2 ，杨胜朋 1，2 ，程 华 3

（1. 南京信息工程大学资料同化研究与应用联合中心，江苏 南京 210044；
2. 南京信息工程大学大气科学学院，江苏 南京 210044；
3. 安徽省气象台，安徽 合肥 230031）

摘要：使用2007-2014年COSMIC全球海洋掩星资料，分别用弯角和折射率梯度的极值来判别全球海洋
N
BA
边界层高度（分别记为 PBL 和 PBL ），探讨了边界层高度处的局地波谱宽度（local spectral width，
diff
diff
LSW）、折射率的垂直梯度、以及弯角和折射率判别的边界层高度差（记为 PBL ，PBL =PBL -PBL ）
N
BA
之间的关系。结果表明：大气折射率的垂直梯度与LSW存在明显的线性关系，在第一、第二边界层高度
处，其相关系数可达0. 60和0. 68。折射率垂直梯度主要由干项和湿项构成，在低纬度地区，湿项是折射
率的主要贡献项。折射率垂直梯度湿项与LSW在第一、第二边界层相关系数可达0. 68和0. 69。 第一边
界层PBL 随着折射率垂直梯度增大而增大，当折射率梯度绝对值达到80 N-unit·km 和100 N-unit·km ，
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-1
-1
diff
PBL 可达100 m和160 m。
关键词：COSMIC掩星；边界层高度；局地波谱宽度
文章编号：1000-0534（2021）05-1189-13 中图分类号：P405 文献标识码：A
DOI：10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2020. 00098
1 引 言 改进（许鲁君等，2018；李斐等，2017；李雪洮等，
2020；杨显玉等，2020）。
边界层（PBLH）位于对流层底层，是地球表面
边界层高度通常是由垂直风切变、表面热通量
与自由大气之间物质、动量、热量交换的重要通
和云顶辐射冷却等产生湍流的过程和天气系统与
道，其厚度范围可在几十米到几公里。边界层与气 大尺度环流的平均垂直运动之间的平衡决定的
溶胶之间存在复杂的反馈机制，决定了污染物可能 （Medeiros et al，2005）。全球已建立了较完善的空
的扩散体积，是许多污染物浓度预测和诊断方法与 基和地基相结合的观测体系，主要集中在风廓线雷
评估模型中的关键参数（Seibert et al，2000）。边界 达（White et al，1991；Kumar and Jain，2006）、声雷
层高度对于了解对流层的输送过程、气候监测 达（Beyrich，1997）、激光雷达（Russell et al，1974）、
（Garratt，1993）以及灾害性天气预测（马元仓等， 无线电探空（Basha and Ratnam，2009）、星载遥感
2019）具有重要意义。在陆地上，边界层高度日变 （Wu et al，2008）等。Seibert et al（2000）比较了不同
化 响 应 地 表 感 热 通 量 变 化 过 程（Hennemuth and 边界层高度观测手段的优缺点，雷达、无线电探空
Lammert，2006）。海面温度日变化较小，并且海水 精度较高但无法实现全球、全天候的观测。无线电
的热容量大，海洋边界层高度几乎没有日周期，与 探空仪的观测数据表明，边界层在低层常表现为在
陆地相比，季节周期也相对不明显。对于大气边界 最低的几公里处有多层的结构，而 ECMWF（欧洲
层的变化特征，不同模式边界层参数化方案之间存 中期天气预报中心）最新的再分析数据集没有很好
在明显差异，一致性较差，模拟方案仍需要进一步 地捕捉到这些特征（Hande et al，2015），并且再分

收稿日期：2020⁃08⁃20；定稿日期：2020⁃11⁃23
资助项目：国家自然科学基金项目（41875032）
作者简介：孟恬（1996-），女，山东东营人，硕士研究生，主要从事大气边界层的研究. E-mail：mengtian@nuist.edu.cn
通信作者：杨胜朋（1977-），男，湖北浠水人，副教授，主要从事GPS掩星气象学的研究. E-mail：yangshengp@nuist.edu.cn