用云高仪测量边界层高度

引言

    位于对流层底部的混合层受非均匀下垫面的影响，不仅会对辐射收支、气象场等产生影响，而且对污染物的沉降、输送及排出等都有重要作用，如对空气污染物的分布具有支配性作用[1]。因此，混合层高度是评价空气质量受城市污染源、长距离输送或沉降影响的关键参量，也是检验空气污染数值模拟效果的重要参量。

目前还没有直接测量混合层高度的方法，比较常用的技术有无线电探空，远程探测和参量化法〔2〕。在最新的远程探测法中，利用云高仪的气溶胶后向散射廓线图推断混合层高度是一种理想的方法。通常自由大气中气溶胶的浓度要比混合层中的气溶胶浓度低，因此，在后向散射的垂直廓线图中可以通过鉴别较强的梯度来推测混合层。确定混合层的高度有多种，如目测法〔3〕、梯度法〔4〕和i}值法〔5〕。

1分析方法比较及云高仪介绍

图1是一张典型的气溶胶后向散射廓线图。用目测法分析，后向散射信号从离地面近600m处急剧增加至约1200m，随后迅速减小，此转折点即可鉴别为混合层，这也是夹带层的底部;约1500 m处，信号停止减小，变化趋向于稳定，可将该点高度视为夹带层顶部，即1200 m一1500m构成整个夹带层;在约1500m以上相对较为稳定的后向散射信号是较为干净的自由层大气。目测法分析存在的缺点如下:由于后向散射系数和消光系数之间的关系很复杂，后向散射系数能否代表真实的大气状态仍需商酌;该方法有较强的主观性，视觉误差不可避免。所以，此法只可以用来大致估计混合层和夹带层。另外，由于回波信号起伏很大，因此，采用的廓线图一般都是经过平均处理的，这就有可能丢失一些瞬时的有用信息〔6〕。

    梯度法的理论基础是混合层相对不变的浓度一般高于混合层之上大气的浓度，因此，混合层到混合层之上就会看到一个变化，从混合层内相对较强的散射变为混合层上较小的散射。梯度方法就是通过选择后散射系数的负梯度最大值的地方作为混合层顶。但是因为有限差分导致噪声被放大，在实际过程中很难区分何时出现后向散射系数的最大值，为解决这一问题，通常选择时间或空间的一段连续区域进行平均，并对平均后的廓线图进行垂直平滑处理，但即使进行时空平均处理后，该方法仍有可能会把混合层之上的散射层或混合层之下的一些卷云当作混合层。

所谓的I7值法是以后向散射信号低于一个预先设定的阂值作为判断基准〔7〕，或者以后向散射信号超过清洁大气信号一定值为判断基准[87，这里不作具体阐述。