徐延欣

摘要：微波輻射計是一種被動式微波遙感設(shè)備，主要用于中小尺度天氣現(xiàn)象。主要介紹TP—WVP3000型、RPG-HATPRO型兩種地基微波輻射計工作原理和產(chǎn)品分析。TP—WVP3000型地基微波輻射計可以連續(xù)得到從地面到10km高度的溫度、水汽和液態(tài)水的垂直廓線。德國RPG-HATPRO地基微波輻射計采用多通道并行測量核心技術(shù)，通過無線電高空探測器測得的溫度、氣壓和濕度廓線，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)組，進(jìn)而得到大氣溫濕廓線。

關(guān)鍵詞：地基微波輻射計 ;TP—WVP3000;RPG-HATPRO

中圖分類號：TN911?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1.引言

微波輻射計是一種被動式微波遙感設(shè)備。目前中尺度天氣現(xiàn)象監(jiān)測中，探空氣球和天氣雷達(dá)是常用的手段。探空氣球會受到時間和空間的限制;雷達(dá)資料局限于降雨過程無降水時的欠缺。地基微波輻射計的出現(xiàn)，填補了上述各監(jiān)測手段的空白，是其有效的補充手段。

微波輻射具有獨立工作能力，幾乎能在各種環(huán)境條件工作，適用于自動天氣觀測，用于反演完整的大氣廓線。

目前，國際上新成熟的技術(shù)為并行多檢測器、多通道直接測量技術(shù)。采用K波段和V波段的水汽和氧氣通道觀測反演大氣的水汽和溫度信息。并行技術(shù)微波輻射計的各通道帶寬相互獨立，在積分時間充足的條件下，可采用邊界層多角度掃描，從而捕捉到邊界層1K的微小亮溫變化，明顯提高了邊界層溫度垂直分辨率。并行多通道也使得快速全天空掃描及方位-時間掃描得以實現(xiàn)，有助于監(jiān)測天空快速水汽變化和云天變化。

本文著重介紹TP—WVP3000型、RPG-HATPRO型[1-2]（溫度和濕度廓線儀）兩種地基微波輻射計，以及工作原理和產(chǎn)品分析[3-6]。

2.儀器工作原理

2.1TP—WVP3000型地基微波輻射計

TP—WVP3000型地基微波輻射計（圖1），是一種新型12通道微波輻射計，它可以連續(xù)得到從地面到10km高度的溫度、水汽和液態(tài)水的垂直廓線。其中，TP-WVP3000生成溫度、水汽以及低溶解度液體的廓線圖。

溫度廓線可以通過測量在60GHz氧的特征放射強度或亮度溫度而得到。通過從線的中心向下到線的兩側(cè)進(jìn)行掃描，設(shè)備可以得到高度信息。水汽廓線可以通過觀測壓力擴大水汽線的放射強度和形狀得到。水汽的輻射在高處是一條窄的線，而在低處壓力擴大。

2.2德國RPG-HATPRO型地基微波輻射計

德國RPG-HATPRO是世界上最先進(jìn)、最具代表性的新一代微波輻射計（圖2）。RPG-HATPRO采用多通道并行測量核心技術(shù)，引領(lǐng)著全球微波輻射計的發(fā)展方向和未來。

通過無線電高空探測器測得的溫度、氣壓和濕度廓線可以得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)組。選取95%的相對濕度接線作為云層存在界限，可以得到隔熱的云層液態(tài)水廓線，并且利用MWMOD對無線電探測數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并通過隨機產(chǎn)生的干擾排除實際的干擾，從而得到實際的亮溫度。進(jìn)而得到大氣溫濕廓線。

3. 探測產(chǎn)品分析

圖3—6是1TP—WVP3000型地基微波輻射計、RPG-HATPRO型地基微波輻射計的大氣廓線產(chǎn)品，反演地面至不同高度的垂直方向上大氣溫度、相對濕度和液態(tài)水廓線等要素。

圖3是RPG-HATPRO型地基微波輻射計測得，從地面到10km高度垂直方向上的大氣溫度、相對濕度和液態(tài)水廓線、24小時內(nèi)的降雨情況。根據(jù)溫度廓線，大氣溫度隨高度的增加而降低。8km以下，從0時到6時溫度有下降趨勢，在6時有氣溫明顯升高到6時30分左右出現(xiàn)峰值，此后下降到7時溫度與之前相差不大，之后溫度趨于穩(wěn)定，并有略微的上升趨勢，地面最高溫出現(xiàn)在0時。在9km高度處，除在6時30分左右出現(xiàn)峰值外，其它時次也有明顯的波動。據(jù)液態(tài)水廓線可知，在2km高度以上，大氣中基本上不存在以液態(tài)形式存在的水。

圖4是TP—WVP3000型地基微波輻射計測得，2008年5月13日12-16時從地面到1.0km高度垂直方向上的溫度廓線。由圖，大氣溫度隨高度的增加而降低。圖中0.2-0.6km高度上，溫度隨高度增加而升高，說明出現(xiàn)了逆溫現(xiàn)象。

圖5是TP—WVP3000型地基微波輻射計測得，2008年5月13日12-16時從地面到1.0km高度垂直方向上的水汽密度廓線[2]。由圖，水汽密度隨高度增加而降低。其中，0.2-0.4km高度上，水汽密度出現(xiàn)劇烈變化，達(dá)到2.0g/m，在13時20分左右出現(xiàn)極大值。

圖6是RPG-HATPRO型地基微波輻射計測得，2008年5月13日12-16時從地面到1.0km高度垂直方向上液態(tài)水廓線。由圖，液態(tài)水含量隨高度升高而下降。其中，在0.1km以上，液態(tài)水含量有劇烈變化，在13時及15時20分左右達(dá)到極大值。

4. 結(jié)語

微波輻射計是一種被動式微波遙感設(shè)備，主要用于中小尺度天氣現(xiàn)象。地基微波輻射計的出現(xiàn)，填補了探空氣球和天氣雷達(dá)等各監(jiān)測手段的空白，是其有效的補充手段。

常用的TP—WVP3000型地基微波輻射計，可以連續(xù)得到從地面到10km高度的溫度、水汽和液態(tài)水的垂直廓線，具體可以探測到垂直方向不同高度上大氣溫度的變化，以及探測垂直方向水汽密度隨高度的變化。德國RPG-HATPRO微波輻射計通過無線電高空探測器測得的溫度、氣壓和濕度廓線可以得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)組，判斷大氣溫度隨高度的變化，同時根據(jù)據(jù)液態(tài)水廓線，可以得到在某一高度上，判斷大氣中是否存在液態(tài)形式存在的水。

目前，國際上運用先進(jìn)的并行多檢測器、多通道直接測量技術(shù)，通過微波輻射等自動天氣觀測，反演完整的大氣廓線，這對于現(xiàn)代氣象觀測工作具有實用意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李建強，李新生，董文曉，等.RPG—HATPRO微波輻射計反演的溫度和濕度數(shù)據(jù)適用性分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2017，3（6）：89—95.

[2] 劉紅燕.三年地基微波輻射計觀測溫度擴線的精度分析[J].氣象學(xué)報，2011，69（4）：719—728.

[3] 郭麗君;郭學(xué)良;;利用地基多通道微波輻射計遙感反演華北持續(xù)性大霧天氣溫、濕度廓線的檢驗研究[J];氣象學(xué)報;2015年02期.

[4] 張文剛;徐桂榮;顏國跑;李南;黃治勇;馮光柳;;微波輻射計與探空儀測值對比分析[J];氣象科技;2014年05期.

[5] 劉亞亞;毛節(jié)泰;劉鈞;李峰;;地基微波輻射計遙感大氣廓線的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演方法研究[J];高原氣象;2010年06期.

[6] 鄭婧;許愛華;應(yīng)冬梅;劉芳;;江西夏季雷電天氣熱力條件及不穩(wěn)定指數(shù)對比分析[J];氣象與減災(zāi)研究;2009年02期.