沈芳，黃浩杰，周玉都，許敏，張湘涵

摘要：利用2017—2020年廊坊市大廠縣QWF-6000型微波輻射計和北京探空資料，對08時和20時2個時次共737組有效樣本垂直方向的氣溫、濕度進行對比檢驗。結(jié)果表明：（1）整層氣溫均方根誤差在5 ℃以內(nèi)，相對濕度均方根誤差為20%～30%，氣溫的相關(guān)系數(shù)明顯高于相對濕度，即前者的探測精度更高。（2）1 km以下08時和20時溫度和相對濕度的誤差差異顯著，08時誤差均小于20時，1 km以上氣溫誤差穩(wěn)定在3 ℃左右，相對濕度廓線隨高度先增大后減小。（3）夏秋季溫度誤差總體小于春季和冬季，但夏季貼地層誤差明顯大于其他季節(jié)，而相對濕度誤差在冬季更為穩(wěn)定。（4）晴天微波輻射計的探測精度明顯優(yōu)于云天和雨天，且隨著云量的增多，探測精度也逐漸下降。（5）降雨量級的差異對微波輻射計的探測精度產(chǎn)生不同影響，雨量越大，溫度和相對濕度的誤差越大；小雨時溫度的相關(guān)系數(shù)在貼地層以上為0.60～0.90，但整層相對濕度的相關(guān)系數(shù)普遍在0.50以下，中雨及以上的降雨出現(xiàn)時，08時和20時溫度的相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)出顯著差異，而相對濕度的相關(guān)系數(shù)在大雨及以上時波動最大，表現(xiàn)出極不穩(wěn)定的探測性能。

關(guān)鍵詞：微波輻射計；探空；溫度廓線；相對濕度廓線

中圖分類號：P413.2? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：2096-3599（2023）04-0001-00

DOI：10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2023.04.010

Evaluation and analysis of retrieval products of atmospheric temperature and humidity profiles from ground-based microwave radiometer in Langfang

SHEN Fang， HUANG Haojie， ZHOU Yudu， XU Min， ZHANG Xianghan

（Langfang Meteorological Bureau， Langfang 065099， China）

Abstract： Using the QWF-6000 microwave radiometer data of Dachang County， Langfang City and the radiosonde data of Beijing from 2017 to 2020， the temperature and humidity in the vertical direction of 737 groups of effective samples at 08：00 and 20：00 are compared and tested. The results are shown below. （1） The root mean square error of temperature in the whole layer is within 5 ℃， and the root mean square error of relative humidity is 20%–30%. The correlation coefficient of temperature is significantly higher than that of relative humidity， that is， the detection accuracy of the former is higher. （2） The error of temperature and relative humidity at 08：00 and 20：00 below 1 km is significantly different. The error of 08：00 is less than that of 20：00 and the error of temperature above 1 km is stable at about 3 ℃. The relative humidity profile first increases and then decreases with height. （3） The temperature error in summer and autumn is generally smaller than that in spring and winter， but the error in the ground layer in summer is significantly greater than that in other seasons， and the error of relative humidity is more stable in winter. （4） The detection accuracy of the microwave radiometer in sunny days is obviously better than that in cloudy and rainy days， and with the increase of cloud cover， the detection accuracy also gradually decreases. （5） The difference of rainfall magnitude has different effects on the detection accuracy of microwave radiometer， and the greater the rainfall， the greater the error of temperature and relative humidity. The correlation coefficient of temperature during light rain ranges from 0.60 to 0.90 above the ground layer， but the correlation coefficient of relative humidity in the whole layer is generally below 0.5; when moderate rain or above occurs， the correlation coefficient of temperature at 08：00 and 20：00 shows significant differences， while the correlation coefficient of relative humidity shows the biggest fluctuation in heavy rain or above， showing extremely unstable detection performance.

Keywords： microwave radiometer; radiosonde; temperature profile; relative humidity profile

引言

目前，我國天氣預(yù)報業(yè)務(wù)中最常用的高空氣象資料主要來源于探空氣球觀測的數(shù)據(jù)，但該數(shù)據(jù)每日僅08時和20時觀測兩次，且根據(jù)高空氣象觀測網(wǎng)布局，各站之間間距通常在300 km左右，其時間和空間的密度很難滿足天氣預(yù)報，尤其是對中小尺度天氣系統(tǒng)監(jiān)測和預(yù)警的需求。近年來，多普勒天氣雷達的廣泛布設(shè)提供了降水時段的風(fēng)場信息，結(jié)合風(fēng)廓線雷達的應(yīng)用可彌補垂直方向上對高精度風(fēng)場信息的需求，而微波輻射計多站點布設(shè)則增加了溫濕廓線的垂直觀測資料，使業(yè)務(wù)中能夠獲得較完整的高時空分辨率高空資料[1-4]。

地基微波輻射計是一種無源微波被動遙感設(shè)備，可以用來接收來自其天線視場內(nèi)物體自身所輻射、散射或反射的微波輻射，并把這些輻射轉(zhuǎn)化為等效黑體溫度。地基微波輻射計能夠全天候、全天時工作，常用于觀測短時間內(nèi)生成和消散的中小尺度天氣[5-9]，近年來，國內(nèi)外研發(fā)出了多種型號的地基微波輻射計。其中，國外以美國Radiometrics公司的MP-3000型微波輻射計和德國RPG公司的RPG-HATPRO型微波輻射計為代表；國內(nèi)為中國電子科技集團公司第二十二研究所研發(fā)的QWF系列微波輻射計和西安電子工程研究所研制的MWP967KV型地基多通道微波輻射計，在數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和精度方面已經(jīng)達到較高的水平。MP-3000型微波輻射計在臺風(fēng)預(yù)報[10]、中小尺度天氣監(jiān)測[11-13]、人工影響天氣以及霧霾的立體監(jiān)測[14]等方面的應(yīng)用，一定程度上提高了上述災(zāi)害性天氣的探測精度和短時、臨近預(yù)報準(zhǔn)確率。隨著更多國產(chǎn)微波輻射計加入自動化觀測體系，陸續(xù)有許多學(xué)者開展了微波輻射計的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制研究，劉萱等[15]檢驗了微波輻射計不同季節(jié)溫度和相對濕度廓線的精確度，結(jié)果表明微波輻射計在青島地區(qū)溫度廓線均方根誤差在夏季最小、冬季最大，而相對濕度在冬季最小、秋季最大；喬賀等[16]對國內(nèi)6種微波輻射計進行觀測實驗，證明了溫度的觀測精度要高于濕度。海阿靜等[17]和陳濤等[18]的研究表明QWF-6000和MP-3000型微波輻射計工作性能優(yōu)良，測量的大氣溫濕垂直分布比較可靠，可以有效彌補氣球探空時空分辨率低的不足。

廊坊市大廠縣的QWF-6000型地基微波輻射計于2017年11月投入業(yè)務(wù)運行，此后在重要天氣過程分析中雖多次得到應(yīng)用，但一直未對長期時間序列資料的精準(zhǔn)度做過檢驗，因此本文將從總體概況、不同季節(jié)、不同晴雨狀況等角度，對該微波輻射計反演的溫濕廓線數(shù)據(jù)與鄰近的北京探空資料進行對比檢驗，定量給出該資料的精準(zhǔn)度和可用性，為微波輻射計資料在業(yè)務(wù)中的深入應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 資料及方法

1.1 資料說明

選取2017年11月—2020年11月共3 a大廠縣微波輻射計溫濕廓線資料與北京54511高空氣象觀測站的溫濕資料進行對比檢驗。2站的海拔高度分別為18.1 m和54.7 m，地理位置比較接近，因此將觀測0 m的數(shù)據(jù)統(tǒng)一作為起始高度基本合理；兩站之間直線距離僅為43 km（圖1），且大廠縣氣象站位于北京高空站的東偏北方向，地勢平坦并處于其下風(fēng)向，因此將北京作為對比檢驗的臨近探空站是最優(yōu)選擇。大廠縣QWF-6000型微波輻射計具有16個并行通道（同一時刻同時進行觀測），逐分鐘通過測量大氣輻射亮溫反演出大氣垂直分層溫濕等參數(shù)，微波輻射計全天候無間斷觀測，垂直分辨率為2 000 m以下每層間隔100 m，2 000 m以上每層間隔250 m，共53層。取微波輻射計每日07：55—08：05、19：55—20：05探測的溫濕量進行時間平均，與北京探空站08時、20時探空數(shù)據(jù)進行對比，對0～10 km共53層高度的溫度和相對濕度進行對比檢驗。微波輻射計定期校準(zhǔn)并正常運行，在選定時段內(nèi)共篩選出有效樣本737組。

1.2 分析方法

1.2.1 高度轉(zhuǎn)換

微波輻射計反演數(shù)據(jù)中采用的幾何高度，而探空數(shù)據(jù)中使用的是位勢高度，需要將高度轉(zhuǎn)換并修正為同一高度，本文將位勢高度轉(zhuǎn)換為幾何高度[16]，計算公式如下：

，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

其中，? ? ? ? ? ? ? ? ? ，

。

式（1）中：Z是幾何高度，單位為m；H是位勢高度，單位為gpm；是地理緯度，單位為rad；是處的海平面地球半徑的標(biāo)定值，單位為m；是處海平面重力加速度，單位為m/s2；是標(biāo)準(zhǔn)重力加速度，取固定值為9.806 65 m/s2。

1.2.2 相對濕度轉(zhuǎn)換

微波輻射計反演數(shù)據(jù)為溫度廓線和相對濕度廓線，而探空數(shù)據(jù)中采用的是溫度、露點溫度數(shù)據(jù)，為了統(tǒng)一表示不同高度上的濕度特征，本文將用探空數(shù)據(jù)中不同高度的溫度和露點溫度計算出對應(yīng)的飽和水汽壓，再計算出不同高度的相對濕度，具體計算公式如下[19]。

，? ? ? ? ? （2）

式（2）為水的飽和水汽壓計算公式。其中：為飽和水汽壓，單位為hPa；為臨界壓強220 640 hPa；為系數(shù)（C1=-7.859 517 83，C2=1.844 082 59，C3=-11.786 649 7，C4=22.680 741 1，C5=-15.961 871 9，C6=1.801 225 02）。

，? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式（3）為冰的飽和水汽壓的計算公式。其中：，為飽和水汽壓，單位為hPa；為冰點溫度下的飽和水汽壓6.116 57 hPa；為系數(shù)（）。

VRH ，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式（4）為相對濕度的計算公式。其中：VRH表示相對濕度；表示露點溫度下的飽和水汽壓，單位為hPa；表示當(dāng)前溫度下的飽和水汽壓，單位為hPa。

1.2.3 平均絕對誤差

將探空資料作為真實值，微波輻射計資料作為觀測值，計算平均絕對誤差，各層平均絕對誤差計算如下：

VMAE。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

式（5）中，VMAE為同一高度處的平均絕對誤差，為觀測時間，和分別為第時次同一高度探空和微波輻射計的觀測資料，n為總觀測次數(shù)。

1.2.4 均方根誤差

對微波輻射計資料和探空資料各高度上溫度、相對濕度進行均方根誤差的統(tǒng)計分析，衡量2種數(shù)據(jù)之間的偏差，各層均方根誤差計算如下：

VRMSE? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

式（6）中，VRMSE為同一高度處的均方根誤差，為觀測時間，和分別為第時次同一高度探空和微波輻射計的觀測資料，n為總觀測次數(shù)。

1.2.5 相關(guān)系數(shù)

除了對均方根誤差的統(tǒng)計，還進行了相關(guān)系數(shù)的統(tǒng)計分析，用來衡量2種數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系及研究變量之間線性相關(guān)程度，各層相關(guān)系數(shù)計算如下：

（7）

式（7）中，R為同一高度處的相關(guān)系數(shù)，i為觀測時間，和分別為第時次同一高度探空和微波輻射計的觀測資料，和分別為同一高度探空和微波輻射計總觀測的平均值，n為總觀測次數(shù)。

2 結(jié)果分析

2.1 微波輻射計溫濕度探測性能評估

為了了解微波輻射計總體的探測精度情況，對737組有效樣本進行了整層對比檢驗，結(jié)果見表1。與探空資料相比，溫度的平均絕對誤差為3.45 ℃，均方根誤差為5.02 ℃，相關(guān)系數(shù)高達0.97，而相對濕度的平均絕對誤差為23.11%，均方根誤差則為28.77%，相關(guān)系數(shù)顯著低于溫度，僅為0.31?？梢?，在微波輻射計對整層大氣的探測中，溫度的測量精度顯著優(yōu)于相對濕度。

為進一步掌握微波輻射計在各高度，以及不同觀測時次的精度表現(xiàn)，圖2給出了08時和20時溫度和相對濕度平均絕對誤差的垂直分布。溫度平均絕對誤差在貼地層08時優(yōu)于20時，2個時次其余各層均維持在3.5 ℃左右（圖2a）；相對濕度平均絕對誤差整體維持在14%～28%，在近地面層20時（19%）明顯大于08時（15%），在4 km處達到最大值，4 km以下08時較20時波動幅度大，而4 km以上08時明顯小于20時，說明08時在中高層精度要優(yōu)于20時（圖2b）?？傮w來看，溫度的相關(guān)系數(shù)明顯高于相對濕度，即前者的探測精度更高，且各高度層誤差波動幅度相對較小，說明大廠微波輻射計對于溫度的探測更為精。

由08時和20時溫度和相對濕度均方根誤差和相關(guān)系數(shù)的垂直分布（圖3）可見：貼地層大氣溫度的探測誤差大于高空大氣，尤以20時的觀測表現(xiàn)最明顯，0.1 km以上微波輻射計探測的穩(wěn)定性明顯增強，2個時次觀測的均方根誤差始終維持在5 ℃左右（圖3a）；同樣，20時溫度的相關(guān)系數(shù)值也在貼地處出現(xiàn)最低值0.65，但08時觀測相關(guān)系數(shù)則可達到0.90，隨著高度的上升，探測精度穩(wěn)定在0.80附近（圖3b）。與溫度相比，微波輻射計在各高度層的相對濕度廓線探測精度較低，2個時次的均方根誤差大致都呈現(xiàn)從低層到高層先增大后減小的趨勢特點（圖3c）；在6 km以下，08時和20時相對濕度的相關(guān)系數(shù)變化趨勢相同，即貼地層最大達到0.75左右，向上至2 km迅速減小至0.20，隨著高度的繼續(xù)增加，相關(guān)系數(shù)呈現(xiàn)出增減交替的變化，但總體仍為減小趨勢，6 km以上相關(guān)系數(shù)的波動幅度均趨緩，但2個時次的變化趨勢截然相反（圖3d）?？傮w而言，微波輻射計對溫度的探測精度明顯高于濕度，喬賀等[16]、海阿靜等[17]也得出了同樣的結(jié)論。整層溫度均方根誤差在近地面層穩(wěn)定為5 ℃左右，相對濕度均方根誤差為20%～35%，在5 km高度均方根誤差值達到最大，這是由于水汽主要集中在大氣低層，5 km以上相對濕度值較小，相對的誤差也小；溫度誤差隨高度的變幅較相對濕度更小，而兩者的相關(guān)系數(shù)均為正值，相對濕度的相關(guān)系數(shù)在地表層處最大，為0.80。由4 km高度往上，相對濕度的相關(guān)系數(shù)越來越小，到高層甚至接近于0，這是因為微波輻射計隨著垂直方向探測距離增大，精度變差。除20時貼地層溫度誤差較大外，其余高度和觀測時次，對溫度的探測都表現(xiàn)出較好性能，但相對濕度低層和高層誤差相對較小，中層誤差較大，相關(guān)系數(shù)隨高度減小。

2.2 不同季節(jié)溫濕廓線性能分析

廊坊處于大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，影響不同季節(jié)的天氣系統(tǒng)有著較大差異，導(dǎo)致氣候特征也不盡相同。為了進一步深入研究微波輻射計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將樣本按照季節(jié)分為4組，即春季227組、夏季120組、秋季199組、冬季191組，以分析微波輻射計在不同季節(jié)的探測精度。

劉萱等[15]的研究結(jié)果表明QWF-6000微波輻射計在青島地區(qū)溫度廓線均方根誤差存在著一定的季節(jié)差異。對大廠微波輻射計的溫度反演資料（圖4）進行檢驗后發(fā)現(xiàn)，夏季貼地層大氣溫度的探測誤差明顯高于其他季度，且各季節(jié)20時的誤差均大于08時，均方根誤差達到10 ℃以上（圖4d），0.1 km 以上微波輻射計探測的穩(wěn)定性明顯增強，其中秋季和冬季的2個時次觀測的溫度均方根誤差明顯低于春季（圖4a、g、j）。初步分析夏季近地面誤差較大的原因為大廠夏季降水遠(yuǎn)多于其他季節(jié)，而降水過程多、雨量大均會對微波輻射計的探測精度產(chǎn)生較大影響，故而表現(xiàn)出上述特點。

由不同季節(jié)08時和20時溫度的平均絕對誤差垂直分布（圖4b、e、h、k）可以看出，對貼地層大氣溫度的探測夏季誤差明顯高于其他季節(jié)。春季（圖4b），2個時次低層和高層的溫度誤差較小，中層誤差集中在5 ℃左右；夏季（圖4e），2個時次的中低層誤差最小，穩(wěn)定在2 ℃，高層隨高度的增加逐漸增大；秋季（圖4h），20時貼地層誤差較08時大，貼地層以上2個時次誤差隨高度的增加略有增大；冬季（圖4k），2個時次在2～4 km處誤差較其他各層偏大。

由不同季節(jié)08時和20時溫度的相關(guān)系數(shù)垂直分布（圖4c、f、i、l）發(fā)現(xiàn)，秋季相關(guān)系數(shù)較其他季節(jié)隨高度變化幅度小，各層的相關(guān)性相對較高，春、冬季在2～8 km相關(guān)系數(shù)穩(wěn)定在0.6附近，夏季溫度的相關(guān)系數(shù)在6 km以下波動幅度較大，20時的相關(guān)系數(shù)明顯高于08時，6 km以上相關(guān)系數(shù)穩(wěn)定在0.6左右。總體來看，08時和20時各季節(jié)趨勢基本相同，數(shù)值相對接近。

由不同季節(jié)相對濕度的評價指標(biāo)檢驗結(jié)果（圖5）來看，各季節(jié)相對濕度均方根誤差隨高度呈先增后減趨勢。其中冬季波動較小，誤差穩(wěn)定在20～30 ℃（圖5j）；而春、夏、秋季0～1 km誤差較小，秋季在4 km附近誤差接近40 ℃（圖5a、d、g）。

通過不同季節(jié)08時和20時相對濕度平均絕對誤差的垂直分布，可以看出：春季（圖5b），2個時次相對濕度的誤差在4 km以下20時明顯優(yōu)于08時，而在4 km以上08時誤差比20時??；夏、秋季（圖5e、h），2個時次貼地層08時誤差小于20時，誤差在中低層波動幅度較大，高層誤差逐漸減??；冬季（圖5k），低層20時誤差明顯小于08時，2個時次誤差隨高度逐漸增大，在4 km以上誤差逐漸減小，08時明顯優(yōu)于20時。

由不同季節(jié)08時和20時相對濕度相關(guān)系數(shù)的垂直分布（圖5c、f、i、l）來看，各季節(jié)在1 km以上相關(guān)系數(shù)均小于0.5，其中春季在2 km以上基本維持在0附近，其他季節(jié)保持在0.1～0.3，而春、秋、冬季在1 km以下相關(guān)系數(shù)逐漸接近1.0，相關(guān)性較高。

總體來看，不同季節(jié)在溫度方面秋季08時整層均方根誤差相對最小，為2 ℃，相關(guān)性最好，夏季08時均方根誤差僅次于秋季，但相關(guān)性最差為0.1；春季20時均方根誤差相對最大，相關(guān)性略強于夏季。相對濕度方面，冬季20時均方根誤差整體最小，且波動幅度最小，相關(guān)性最好；春季20時均方根誤差幅度最大，為12～35 ℃，且相關(guān)性在3 km以上均小于0，為負(fù)相關(guān)；秋季2個時次均方根誤差在中層最大，達40%以上。

2.3不同天氣條件下溫濕廓線分析

晴空、云天、雨天等不同天氣條件會對微波輻射計精度檢驗的觀測結(jié)果產(chǎn)生直接影響，并進一步影響短時臨近預(yù)報的準(zhǔn)確率[1]。將0～10 km相對濕度小于85%作為晴空判據(jù)[20]，氣象記錄降雨量P≥0.1 mm記為雨天，其余為云天，對不同天氣條件下微波輻射計的精度進行分析。應(yīng)用探空資料，將全部樣本分為晴天340組、云天307組、雨天90組。

圖6為不同天氣條件下08時和20時溫度的評價指標(biāo)垂直分布，3種條件均存在貼地層和頂層誤差波動的情況。由均方根誤差（圖6a、d、g）可以看出，晴天溫度整體均方根誤差較小，08時在無降水時誤差要小于20時。由平均絕對誤差（圖6b、e、h）發(fā)現(xiàn)，晴天整體誤差要小于云天和雨天，但云天整層誤差波動幅度較小，雨天誤差相對較大。由相關(guān)系數(shù)（圖6c、f、i）來看，晴天08時相關(guān)性最好，雨天08時相關(guān)性最差，同是3種條件在低層的相關(guān)性明顯要高于中高層。

圖7為不同天氣條件下08時和20時相對濕度的評價指標(biāo)垂直分布，3種條件均存在中層誤差要大于低層和高層，尤其是云天和雨天誤差更明顯。由均方根誤差（圖7a、d、g）可以看出，晴天相對濕度整體均方根誤差較??；雨天2～6 km誤差最大達45%，6 km以上08時誤差小于20時。由平均絕對誤差（圖7b、e、h）發(fā)現(xiàn)，晴天整層誤差波動幅度最小，且均在25%以下；而云天和雨天1 km以下誤差相對較小，4 km處誤差達30%以上。由相關(guān)系數(shù)（圖7c、f、i）來看，3種條件1 km以下相關(guān)性均較好，1～2 km相關(guān)性迅速轉(zhuǎn)差，在6 km以上甚至為負(fù)相關(guān)。

綜上所述，晴天溫度和相對濕度整體誤差較小，相關(guān)性較高，晴天微波輻射計的探測精度明顯優(yōu)于云天和雨天。而在3種天氣條件下，溫度均存在貼地層和頂層誤差波動的情況。相對濕度在云天和雨天中層誤差較大，低層和高層誤差相對小，08時和20時探測精度與天氣條件關(guān)系不明顯。

2.4不同降雨量級下溫濕廓線分析

為了探究降雨對微波輻射計精度的影響，將上文中雨天的數(shù)據(jù)按照降雨量級分為小雨、中雨、大雨及以上4種情況（表2），分別計算不同降雨量級對微波輻射計精度的影響。

由不同降雨量級下08時和20時溫度的評價指標(biāo)垂直分布（圖8），可以發(fā)現(xiàn)：不同降雨量誤差均小于10.0 ℃。小雨時，貼地層均方根誤差達到最大值，之后穩(wěn)定在5.0～8.0 ℃（圖8a）；中雨時，貼地層誤差最小，3 km以上20時誤差明顯大于08時（圖8d）；大雨及以上時，20時貼地層均方根誤差達到最大值11.1 ℃，之后2個時次在5.0 ℃之內(nèi)波動（圖8g）。

對不同降雨量級下08時和20時溫度的平均絕對誤差垂直分布（圖8b、e、h）進行分析發(fā)現(xiàn)，貼地層誤差均有不同幅度的波動，貼地層以上無雨時誤差最穩(wěn)定，為2.0 ℃。

通過對不同降雨量級下08時和20時溫度的相關(guān)系數(shù)垂直分布進行分析，可以看出：小雨時，20時貼地層相關(guān)系數(shù)達最低值0.25，4 km附近08時相關(guān)系數(shù)減小至0.65，相關(guān)系數(shù)在貼地層以上為0.60～0.90（圖8c），整層相對濕度的相關(guān)系數(shù)普遍在0.50以下；中雨時，2個時次均在貼地層相關(guān)系數(shù)達最大，為0.99，3 km以下逐漸減小，3 km以上08時穩(wěn)定在0.90左右，而20時繼續(xù)減?。▓D8f）；大雨及以上時，20時在貼地層相關(guān)系數(shù)達最小，為-0.58，08時3 km以下相關(guān)系數(shù)接近1.00，3 km以上在0.60附近，20時正好與08時趨勢相反（圖8i）。

通過不同降雨量級下08時和20時相對濕度的評價指標(biāo)垂直分布（圖9）可知：小雨時，均方根誤差08時較20時精確度更高，整體幅度在12%～44%（圖9a）；中雨時，均方根誤差08時在3 km以下逐漸增加，在6 km以上逐漸減小，而20時在2 km處突然增加，之后波動在32%～46%（圖9d）；大雨及以上時，08時均方根誤差在2 km以下逐漸增加，2 km以上波動幅度較大（圖9g）。

由不同降雨量級下08時和20時相對濕度平均絕對誤差的垂直分布（圖9b、e、h）發(fā)現(xiàn)，小雨和中雨均表現(xiàn)出誤差隨高度先增大后減小的趨勢，而大雨及以上誤差波動幅度較大。通過不同降雨量級下08時和20時相對濕度相關(guān)系數(shù)的垂直分布可以看出：小雨時，2 km以下2個時次相關(guān)系數(shù)逐漸減小，2 km以上08時相關(guān)性好于20時（圖9c）；中雨時，2 km以下20時相關(guān)系數(shù)逐漸下降，最大值達0.90，而08時先增大后減小，最大值為0.78，2 km以上2個時次均波動在-0.60～0.35（圖9f）；大雨及以上時，2個時次的相關(guān)系數(shù)整層波動幅度較大，整體相關(guān)性較差（圖9i）。

綜合來看，溫度在不同降雨量級下，小雨時08時整體均方根誤差最大，普遍接近10 ℃；中雨時3 km以下均方根誤差最小，精確度最高；大雨及以上時貼地層均方根誤差較大且相關(guān)性較差。相對濕度在不同降雨量級下，小雨和中雨時均方根誤差波動幅度基本一致，小雨時相關(guān)性優(yōu)于中雨；大雨及以上時均方根誤差波動較大，相關(guān)性較差。

經(jīng)過以上對微波輻射計溫濕度精度的檢驗對比可以看出，溫度、濕度廓線的均方根誤差和相關(guān)系數(shù)在貼地層精度普遍較差。通過對大廠站的周邊環(huán)境考察發(fā)現(xiàn)，這主要是受大廠觀測站周邊探測環(huán)境和人類活動的影響，使得微波輻射計在第一層0 m的反演數(shù)據(jù)與探空數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差。

3 結(jié)論

通過對國產(chǎn)QWF-6000型微波輻射計08時和20時2個時次垂直方向的溫度、濕度進行對比檢驗，分別研究了不同季節(jié)、不同天氣條件、不同降雨量級對微波輻射計精確度的影響，對微波輻射計溫度、相對濕度的探測精度給出了定量評估。得到的主要結(jié)論如下：

（1）對比整體觀測資料發(fā)現(xiàn)，微波輻射計在對整層大氣的探測中，溫度的探測精度和穩(wěn)定性顯著優(yōu)于相對濕度，整層溫度均方根誤差在5 ℃以內(nèi)，相對濕度均方根誤差為20%～30%，且溫度誤差隨高度的變幅較相對濕度更小，兩者相關(guān)系數(shù)均為正值。

（2）溫度在1 km以下的誤差差異顯著，08時誤差均小于20時，但1 km以上08時和20時的溫度誤差都趨于穩(wěn)定，誤差值在3 ℃左右；相對濕度誤差廓線表現(xiàn)出隨高度先增大后減小的特點，4 km以下20時誤差較小，4 km之上08時更優(yōu)。

（3）不同季節(jié)下，夏秋季的溫度誤差總體小于春季和冬季，但夏季貼地層誤差明顯大于其他季節(jié)，且20時的均方根誤差達到20 ℃，而相對濕度誤差在冬季更為穩(wěn)定。

（4）不同天氣條件下，微波輻射計反演溫度與探空觀測值都具有較高的相關(guān)性，晴天微波輻射計的探測精度明顯優(yōu)于云天和雨天，隨著云量的增多探測精度越差，而08時和20時探測精度與天氣條件關(guān)系不明顯。

（5）不同降雨量級下，雨量越大，溫度和相對濕度的誤差越大；小雨時溫度的相關(guān)系數(shù)在貼地層以上為0.60～0.90，但整層相對濕度的相關(guān)系數(shù)普遍在0.50以下，中雨及以上的降雨出現(xiàn)時，08時和20時溫度的相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)出顯著差異，而相對濕度的相關(guān)系數(shù)在大雨及以上時波動最大，表現(xiàn)出極不穩(wěn)定的探測性能。降雨量級的差異，對微波輻射計的探測精度會產(chǎn)生不同影響。

總體而言，QFW-6000型微波輻射計對溫度的探測精度更高，在業(yè)務(wù)中的可用性強于相對濕度，而不同季節(jié)、不同時次，受不同天氣條件影響，溫度和相對濕度的誤差和相關(guān)性又表現(xiàn)出更為復(fù)雜的變化特征，只有掌握了這些特性，才能更加科學(xué)合理地將這一新型探測資料應(yīng)用于天氣預(yù)報和分析中。此外，除了云量、降水等天氣條件外，風(fēng)向風(fēng)速等因素或許也是影響微波輻射計探測精度的因素之一，這也為后續(xù)檢驗和研究工作的開展提供了方向。

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