Page 262 - 《高原气象》2022年第5期

5 期 王 瑾等：探空和毫米波云雷达探测云高一致性的时空匹配原则研究 1355

图6 2018年1月12日（a）和3月10日（b）云雷达观测的云反射率因子（单位：dBZ）
Fig. 6 Cloud reflectivity observed by cloud radar on 12 January（a）and 10 March（b）2018. Unit：dBZ
没 有 观 测 到 云 层 。 图 6（b）为 2018 年 3 月 10 日 样本共213组。
19:07-20:07 云雷达观测的云时间连续，云底或云 图 7 分别给出了未使用时空匹配、仅使用时间
顶较平坦且边界清晰，探空和云雷达观测的云底 匹配和使用时空匹配的云底（左）和云顶高度（右）
（云顶）高度为 3553 m（5578 m）和 3030 m（5280 m）。 的散点分布，色标标记了探空探测到云底或云顶高
因此，筛选二者样本时，根据云雷达图像筛选时间 度时，探空与云雷达的水平距离（HD，单位：km）。
连续、云底或云顶较平坦且边界清晰的云，即样本 表 3 为云高一致性统计信息，包括云底和云顶高度
筛选的空间匹配原则。 的相关系数（R），均方根误差（RMSE），平均绝对百
分误差（MAPE）。R 用来度量云雷达和探空观测值
3 云雷达和探空观测一致性对比
之间的线性关系，R越接近于 1，说明两者的相关性
3. 1 统计分析 越好；RMSE 是用来衡量二者观测值之间的偏差，
为研究使用时空匹配原则筛选样本是否能有 RMSE 越小表示云雷达与探空的偏离程度越小；
效提高二者观测一致性，在筛选样本时分别采用未 MAPE 表示二者观测值间的平均偏离程度，MAPE
使用时空匹配原则，仅使用时间匹配原则和使用时 越小说明云雷达的观测值越接近探空。
空匹配原则进行统计分析。在 406 组样本中，利用 图 7中横纵坐标分别代表探空和云雷达观测的
ZHA10 方法确定探空探测的云垂直结构时，有 15 云高。图 7（a）和（b）为未使用时空匹配筛选的云
个探空样本无云，未使用时空匹配筛选的样本 391 高，图 7（a）中云底高度<6 km的散点比 6~9 km的云
组。为减小二者观测的时间差异，仅使用时间匹配 底高度更加分散，<6 km 的云底高度的 HD 基本集
原则对 391 组样本进行筛选，仅使用时间匹配原则 中在 0~7 km，占样本总数的 67%，而 6~9 km 的云
筛选的样本 360 组，由于降水对云雷达的衰减严 底高度的 HD 在 7~24. 5 km，占样本总数的 31%。
重，剔除了云雷达中有降水回波接地（即云底高度 图 7（b）中的云顶高度集中在 2~12 km，2~9 km 的云
为 0）的样本。为同时减小时间和空间的差异，在使 顶高度的 HD 集中在 0~17. 5 km，占样本总数的
用时间匹配原则的基础上，使用空间匹配原则对 78%，>9 km的云顶高度的HD分布在21~50 km，占
360 组样本进行筛选，使用时空匹配原则后筛选的 样本总数的 14%，探空探测到云顶高度的 HD 大于

表3 云高一致性统计信息
Table 3 Statistics of cloud height consistency
相关系数（R） 均方根误差（RMSE）/m 平均绝对百分误差（MAPE）
样本筛选原则 样本数
云底高度 云顶高度 云底高度 云顶高度 云底高度 云顶高度
未使用时空匹配 391 0. 70 0. 66 2009 2148 47% 47%
仅使用时间匹配 360 0. 93 0. 89 917 1204 24% 15%
使用时空匹配 213 0. 98 0. 97 602 708 14% 9%