Page 224 - 《高原气象》2025年第6期
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高 原 气 象 44 卷
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水， 主要种植冬小麦、 玉米、 胡麻及马铃薯等作物。 文中涉及的地图是基于中华人民共和国自然
2023 年夏季加强观测期每天 05:00（北京时， 下 资源部地图技术审查中心标准地图服务系统下载
同） -23:00， 每 3 h施放一次探空， 共进行了 71次观 的审图号为 GS（2020）4619 号的中国地图制作， 底
测， 获得有效大气温、 湿廓线资料69次。 图无修改。
图1 研究区概况
Fig. 1 Overview of the study area
2. 2 数据质量控制 多项式拟合， 对信号进行平滑， 该方法可较好保留
2. 2. 1 探空数据 信号的局部结构特征， 也是识别峰值和其他重要
本研究基于探空温、 湿、 压资料， 计算各探测 信号特征时的常用方法。本研究采用三种平滑方
高度的位温和比湿。计算公式如下： 案： （1）时间平滑窗口为 12 min（即 45 个格点）， 垂
( P ) 0.286 直平滑窗口分别为 90 m（即 9 个格点， 以下类似）、
1000
θ = (T + 273.15) × （1） 130 m、 150 m 和 360 m 的中央平滑方案； （2）时间
式中： θ为位温（单位： K）； T为温度（单位： ℃）。 窗口为 12 min， 垂直平滑窗口随高度变化［这里采
17.27 × T
e = 6.105 × RH × exp ( 237.7 + T) （2） 用 Caicedo（2017）中的设定］的中央平滑方案； （3）
采用 K=3（K 为多项式的阶数）的 SG 平滑方案， 时
0.622e 间/垂直窗口格点数分别取 45/9， 25/9， 25/25。结果
q = （3）
P - 0.378e 表明， 不同平滑方案均能很好地抑制环境噪声影响
式中： e 为水汽压（单位： hPa）； RH 为相对湿度（单 （图 2）， 其中 12 min/130 m 和 SG 25/25 方案既能有
-1
位： %）； q为比湿（单位： g·g ）。 效抑制噪声的影响， 又能很好地保留后向散射随高
本文利用上升阶段的探空资料， 剔除显著异常 度的变化信息［图 2（b）， （f）］。各类平滑方案下不
值， 并采用线性插值将数据插值到 10 m， 最后进行 同算法的反演结果对比详见 3. 2 节。此外， 当气溶
9 点垂直平滑得到垂直分辨率为 10 m 的温、 湿廓线 胶信号较低时， 环境和仪器噪声占主导， 会使后向
资料（Li et al， 2018）。 散射呈负值， 且随高度增加， 噪声影响增强。故本
2. 2. 2 后向散射数据 研究将平滑后连续两个高度层后向散射强度低于 0
CL51 提供时间分辨率为 16 s、 垂直分辨率为 的高度以上的数据剔除。
10 m 的后向散射廓线， 由于环境因素等影响， 通常 2. 3 边界层高度的确定
将原始数据平滑后， 再用于边界层垂直结构等的分 基于探空资料确定边界层高度， 其基本原理是
析。首先剔除异常值（与前后 4 min 平均值之差超 识别边界层与自由大气之间温、 湿、 风等的突变
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-1
-1
过 2000×10 km ·sr ）， 再进行时间和垂直平滑处 （Seibert， 2000； Emeis et al， 2008）。其中， 基于位
理。中央平滑是数据预处理中的常用方法， 其简单 温 和 虚 位 温 廓 线 的 方 法 应 用 最 为 广 泛（Seibert，
易操作且计算效率高， 能有效消除高频噪声， 而 2000； Hayden et al， 1997）。本研究利用位温廓线，
Savitzky_Golay 滤波器平滑（以下简称 SG）（Savitz‐ 采用气块法（Holzworth， 1964）、 位温梯度法、 Liu-
ky and Golay， 1964）通过对给定窗口内的数据进行 Liang 法（Liu and Liang， 2010）以及 Heffter 法（Heff‐
