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多类型天气下各观测仪器边界层高度反演方法研究

测风激光雷达,边界层高度,ERA5,逆温法,气块法

主题3 技术、台站、交叉 > 专题3.7 多尺度综合观测站网建设与应用

大气边界层高度（BLH）是表征地气交换、污染输送及边界层结构演变的关键参数。本文基于2023年秋冬季北京南郊气象观测站多普勒测风激光雷达（DWL）、微波辐射计（MWR）、探空及ERA5再分析资料，开展多源遥感边界层高度反演研究。利用DWL载噪比和垂直速度方差，分别采用Haar小波协方差变换法和方差法反演物质边界层与动力边界层高度；基于MWR温湿廓线计算虚位温，采用气块法反演热力边界层高度，并在夜间稳定边界层条件下结合逆温法进行优化；同时基于探空资料采用改进位温梯度法和总体理查森数法反演BLH，并结合ERA5进行多源交叉验证。结果表明，各方法总体一致性较好，其中小波变换法与方差法一致性最佳，相关系数为0.62，平均偏差为31.5 m；气块法相较DWL两类方法存在约0.4～0.6 km的系统正偏差。典型天气个例分析表明，小波变换法对气溶胶梯度敏感，但在多云和雾霾条件下易受云滴和气溶胶湿增长影响导致方法失效；方差法能够较好表征湍流混合演变，但阈值需随天气条件调整；气块法对热力结构响应稳定，对对流边界层演变具有较好适用性。研究结果表明，多源方法在表征边界层物质、动力和热力特征方面具有较强互补性，可为复杂天气条件下BLH反演及多源遥感协同应用提供参考。