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2008年5—12月美国能源部组织的大气辐射测量项目(Atmospheric RadiationMeasurements:ARM)在中国寿县设立了移动观测站(Mobile Facility mission inChina:AMF-China),进行了为期约7个多月的观测。Vaisala RS92-SGP无线电探空仪每天施放四次,利用其观测数据设计了云层识别算法;并借助于在国内首次进行观测的地基95GHz云雷达(W-band ARM Cloud Radar:WACR)数据,分析了该站点上空的云层垂直分布特征。其中1-3层云层的比例分别为28.0%、25.8%和13.9%;低云、中云、高云和直展云系的比例分别为20.1%、19.3%、59.5%和1.1%。所有云层的平均云底高度、云顶高度和云层厚度分别为5912m,7639m和1727m。
无线电探空仪判定的云层垂直结构分别与地基观测仪器WACR、微脉冲激光雷达(Micro-Pulse Lidar:MPL)和Vaisala云高计进行了对比分析;利用三种地基探测仪器的云层合成产品(WCAR Value-Added Product:WVAP)评估和修正了无线电探空仪的云层判别算法:尽管无线电探空仪的观测频率小于WVAP,但是两者的云层识别结果吻合很好。
鉴于无线电探空仪良好的云层判别效果,将其应用到了观测时间序列更长的ARM South Great Plains Central Facility(SGP/CF)站点,分析时间段为2000年12月1日至2010年12月1日。首先利用基于地基35GHz云雷达(Millimeter MicrowaveCloud Radar:MMCR)开发的云层合成产品(Active Remote Sensing of Clouds:ARSCL)大样本量的评估了无线电探空仪的云层判别结果;而后结合无线电探空仪和ARSCL数据对比分析了SGP站点近10年来的云层垂直结构,包括年际变化、月际变化和季节变化等。两种云层数据产品均能很好的反映云层的垂直分布和时间变化特征。
ARM实验使用的是Vaisala系列的探空仪,目前国内各气象台站主要使用国产GTS1型探空仪。2009年8月7日至13日,中国科学院大气物理研究所在云南昆明进行了上对流层/下平流层区域(UTLS)水汽和臭氧的联合探空实验,其主要科学目标是研究亚洲季风期间UTLS的臭氧和水汽的分布特征。水汽探测仪器包括低温霜点湿度计(Cryogenic Frost-point Hygrometer:CFH)和Vaisala RS80无线电探空仪;为了评估国产探空仪的探测性能,使用GTS1探空仪进行了联合对比观测。鉴于CFH、RS80和GTS1不同的测量精度,分别对其设计了云层边界位置的判别算法。尽管局部存在差异,但是三者的结果均能较好的反映云层的垂直分布结构。10km以下,三种仪器判定的云层结果很相近;10km以上,RS80和GTS1基本能识别出CFH得到的云层,但是RS80和GTS1判定的云层偏多。