中国气象局新一代天气雷达系统具有大功率和较高的灵敏度，不仅可以探测降水天气系统，也可以探测晴空大气。本文针对实际探测中发现的晴空回波现象，利用新一代多普勒天气雷达研究了边界层晴空回波的机理、探测与分析，旨在为深入研究城市边界层的三维结构、为更好地认识边界层湍流分布特征提供有益的信息。本研究工作希望为国家自然科学基金重点项目(40333027)“城市边界层三维结构研究”做一些基于多普勒天气雷达视角的探索。本文的主要研究结论如下： 1、中国气象局新一代S波段(波长10.7cm)多普勒雷达基于降水模式探测到的层状晴空回波处于大气边界层内，主要散射机制是湍团尺度为λ/2的湍流引起的散射。边界层晴空回波的出现，说明了边界层中存在着较强的大气温、压、湿的不均匀结构，由温度、气压和水汽的梯度引起了湍流过程。 2、引述了湍流介质中电磁波散射公式导出过程的主要步骤，并给出了全国新一代雷达网的晴空回波分布特点与实例。 3、以南京地区2005年6月23日的雷达回波演变为例。反射率回波强度与回波面积从夜间2：00到凌晨6：00再到上午11：00，经历了由少—多—少的变化。径向风场则经历了强—弱—强的变化。 4、地面温度与晴空回波面积大致呈负相关。夜间2：00-6：00，温度下降，回波增多，而日出后正相反，近地面温度增加而回波面积减少。露点温度与地面温度的变化趋势正相反。 5、通过晴空回波的折射指数与温度、湿度和气压的关系，利用实际的气象观测资料，对比了折射指数、地面温度、露点温度、水汽压和气压与回波面积强度的相关关系，观测事实验证了晴空回波的演变与各气象要素的变化之间有很好的相关性。 6、边界层晴空回波与湍流混合特性之间的关系是： (1)风场、温度场和湍流交换是在外部因素影响下相互联系共同变化的； (2)晴空回波与风速的关系：风速越大，湍流交换越强，气象要素的梯度趋于均匀化，使折射指数减小，回波减弱。 (3)晴空回波与湍流特性的关系：夜间大气的温、湿梯度使湍流出现，但湍流未充分混合又使温湿梯度维持，造成折射指数的梯度△N增加，进而出现晴空回波；而白天升温后湍流的增强使近地层大气充分混合，温湿梯度减弱导致折射指数梯度△N减小，所以回波减弱消失。 7、介绍了VVP方法反演风场的原理，简述了利用改进的VVP方法．分步VVP方法的思路，并利用这个方法反演了晴空回波的散度、涡度和风场矢量。 8、通过分析晴空回波的反射率因子、径向速度基本特征以及反演的散度场、涡度场和风场矢量发现：多普勒雷达的基本探测信息和反演结果均能体现晴空湍流的强度场和风场特性，特别是对风场反演结果分析发现：这些结果与径向速度场的分析相吻合，反演结果比原始径向速度图的分析更加细致，也能表现出风场的基本特征，有助于理解边界层晴空回波的演变，进而加深对边界层晴空湍流演变过程的理解，这是国内外文献中过去研究较少的，也是本研究获得的新的观测事实和创新性成果。 总之，利用高灵敏度的新一代多普勒天气雷达探测边界层晴空回波是研究大气边界层结构的新尝试。本研究工作的结果有助于正确理解层状晴空回波的散射机制，深入认识大气要素、湍流混合与大气边界层晴空回波之间的关系。