Page 222 - 《高原气象》2025年第6期
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第 44 卷  第 6 期                         高     原    气     象                             Vol. 44  No. 6
               2025 年 12 月                       PLATEAU METEOROLOGY                             December， 2025


             张翔， 余晔， 董龙翔，等， 2025.  黄土高原典型塬区边界层高度反演方法对比研究［J］. 高原气象， 44（6）： 1630-1644.  ZHANG
             Xiang， YU Ye， DONG Longxiang，et al， 2025.  Comparison of Atmospheric Boundary Layer Height Inversion Methods over Typi‐
             cal Areas of the Loess Plateau［J］. Plateau Meteorology， 44（6）： 1630-1644.  DOI： 10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2025. 00032.
             CSTR: 32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00032.




                  黄土高原典型塬区边界层高度反演方法对比研究



                        张 翔      1， 2 ， 余 晔    1， 2， 3， 4 ， 董龙翔  1， 3， 4 ， 赵 果   1， 3， 4 ， 马 腾 ，
                                                                                                5
                               祁少锋      1， 2 ， 赵素平   1， 2， 3， 4 ， 李江林  1， 3， 4 ， 张 彤   1， 3， 4

                         （1. 中国科学院西北生态环境资源研究院/冰冻圈科学与冻土工程全国重点实验室，  甘肃  兰州    730000；
                                                 2. 中国科学院大学，  北京    100049；
                                    3. 中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站，  甘肃  平凉    744015；
                                    4. 甘肃省陆面过程与灾害天气野外科学观测研究站，  甘肃  平凉    744015；
                                   5. 中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室，
                                      中国气象局干旱气候变化与减灾重点实验室，  甘肃  兰州      730020）

                     摘要： 大气边界层高度是大气环境、 天气和气候研究中最重要的参数之一。随着地基遥感探测技术的发
                     展， 对大气边界层高度进行连续监测成为可能。然而， 基于地基遥感得出的边界层高度取决于所使用的
                     反演方法， 且受复杂大气条件的影响。本研究采用中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站
                     2020年8月27日至2023年8月1日云高仪、 累计降水量和天气状况观测记录， 以及2023年夏季加强观测
                     期探空等观测资料， 结合位温廓线识别的边界层高度， 对比分析了几种基于云高仪后向散射梯度反演边
                     界层高度算法的有效性， 提出了白天［08:00（北京时， 下同） -19:00）］和夜间（20:00 至次日 07:00）分别采
                     用不同后向散射梯度算法并限制检索高度的边界层高度反演混合算法。结果表明： 不同后向散射梯度
                     算法（最大负梯度法、 三大负梯度评估法、 百分比波动法、 拐点法和 Flamant法）反演结果存在差异， Fla‐
                     mant法、 三大负梯度评估法和最大负梯度法反演的边界层高度与位温廓线反演结果相关性较高， 平均绝
                     对偏差较小， 拐点法和百分比波动法反演的边界层高度绝对偏差较大。对后向散射廓线进行适当平滑
                     并采用混合算法能显著提升边界层高度识别的准确度， 其中 SG 25/25平滑方案结合 Flamant和最大负梯
                     度混合算法反演效果最好， 得到的边界层高度与位温廓线反演结果的相关性为0. 56， 平均绝对偏差约为
                     406 m， 与云高仪内部算法结果的相关性为 0. 64。混合算法可很好地识别和反映边界层高度的日变化特
                     征， 当边界层较高时， 其反演结果波动较大， 通过时间平均能有效提升其连续性。利用本文给出的混合
                     算法可以得到连续性及分辨率高的边界层高度信息， 可作为边界层高度等基础数据的补充方案。
                     关键词： 边界层高度； 云高仪； 位温廓线； 后向散射廓线； 反演
                     文章编号： 1000-0534（2025）06-1630-15   中图分类号： P407.2   文献标识码： A
                     DOI： 10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2025. 00032
                     CSTR: 32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00032


              1  引言                                             靠近下垫面的一层大气（Stull， 1988）。它是地球各
                                                                圈层之间相互作用的关键区， 具有明显的日变化特
                  大气边界层通常是指直接受地表强迫影响， 且                         征。由于与地表直接接触， 湍流混合、 热对流、 大
             响应时间尺度在 1 h 内的一层大气， 即对流层中最                         气污染等物质和能量交换均在这一层实现（Seib‐


                 收稿日期： 2024⁃10⁃17； 定稿日期： 2025⁃03⁃10
                 资助项目： 国家自然科学基金项目（42375086， 42422504， 42305092）； 中国科学院大型仪器功能开发项目（2024g109）； 中国科学院青年
                        创新促进会优秀会员项目（Y2021111）
                 作者简介： 张翔（2000 -）， 男， 四川乐山人， 硕士研究生， 主要从事大气边界层研究. E-mail： zhangxiang22@mails.ucas.ac.cn
                 通信作者： 余晔（1973 -）， 女， 甘肃武威人， 研究员， 主要从事大气边界层与气候环境变化研究. E-mail： yyu@lzb.ac.cn
                 © Editorial Department of Plateau Meteorology （CC BY-NC-ND）
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