試論多普勒天氣雷達資料在人工增雨中的應用

劉堯 張大為 孫琳琳 趙楠

[摘 要]干旱是常見的氣象災害，極有可能對國民經濟建設和社會發(fā)展造成不利影響，本文研究多普勒天氣雷達資料在人工增雨中的應用，分析建設多普勒天氣雷達站的重要性，探究多普勒天氣雷達和人工增雨技術的應用原理，從作業(yè)要求、監(jiān)測并預警極端天氣、估測降水量、跟蹤目標云四方面入手進行總結，以供參考。

[關鍵詞]天氣雷達;催化火箭;目標云

[中圖分類號]P426.51 [文獻標識碼]A

從近幾年的情況來看，中國范圍內的一些地區(qū)出現的極端天氣打破歷史記錄，嚴重威脅區(qū)域內群眾的生命財產安全。借助人工影響的作用，增加空中降雨量，能有效減輕氣象災害的影響，也能實現有力防御，為此要充分發(fā)揮人工影響天氣的作用，并堅持做到科學指揮和作業(yè)，維護社會正常經濟效益。

1 分析建設多普勒天氣雷達站的重要性

雷電是現代社會一大常見的自然公害，大氣瞬間放電的自然現象就是雷電，也是一種自然界中常見的氣候。雷暴云會在天空積累，當積累到一定程度，就會在某個空間釋放能量，生成較大面積的電場，使得該地區(qū)出現雷電天氣。產生的雷電會給擊中的物體帶來極大的破壞力。一般情況下雷電發(fā)生的范圍和強度都比較大，產生的頻率也非常高，一旦應對不當會對當地居民產生不同程度的影響。比如在發(fā)達地區(qū)，雷電的到來損壞了當地的電子設備。現如今，科學技術發(fā)展迅速，自動控制、高頻微電子、微波技術的研發(fā)進程在不斷加快，使得區(qū)域內的防雷效果不斷增強。多普勒天氣雷達系統(tǒng)在高效技術的支持作用下，整體的技術水平獲得明顯提高，使得地區(qū)內的雷電所產生的影響明顯弱化。不僅如此，多普勒天氣雷達站人員的安全也有了更完善的保障，優(yōu)化系統(tǒng)預警災害性天氣的能力。天氣預報工作的質量水平獲得明顯提高，為相關部門做好防災抗災工作提供了有力基礎，保證社會群眾獲得的氣象信息更加準確。

2 應用原理分析

2.1 多普勒天氣雷達的應用原理

能完成降水探測工作的標準地基觀測系統(tǒng)是天氣雷達，監(jiān)測強對流天氣，包括暴雨、龍卷風、冰雹和大風。天氣雷達是一種地基遙感探測預警工具，新一代的多普勒天氣雷達識別強對流天氣系統(tǒng)的能力更強，能實現對暴雨、冰雹、龍卷風天氣的有效監(jiān)測，給出強對流天氣的發(fā)生和發(fā)展，對于大范圍降水實現定量估測，給出描述降水、降水云體的風場結構。在當前的發(fā)展階段中，多普勒是世界范圍內的先進天氣監(jiān)測設備，國內已廣泛部署，并大范圍應用。新一代的多普勒天氣雷達技術水平非常高，能準確預測短時臨近天氣情況。新一代天氣雷達于2016年由中國氣象局和烏蘭察布市政府聯(lián)合投資，建設位置在烏蘭察布市集寧區(qū)臥龍山，現已正式投入使用。

2.2 人工增雨技術的應用原理

人工增雨作業(yè)的進行需要在云中播撒催化劑，在這些催化劑的作用下，就會生成大雨滴和冰晶，會有更多的云水轉化為雨水。相應范圍內的大氣會發(fā)生上升運動，云體增大的同時得到更多降雨。1946年現代人工增雨技術開始研究并應用，全國范圍內展開人工影響天氣的試驗是在1958年，空中和地面是兩種常用的人工增雨方式。比如某地實施人工增雨的目的是農業(yè)抗旱，具體的手段是在地面上打火箭彈。正式實施人工增雨作業(yè)，需選擇合適的作業(yè)地點、云系、時機和部位，此外還需準確確定催化劑的使用劑量。就云層選擇而言，在天氣的擾動作用下，原本結構均勻穩(wěn)定的層狀云會形成降水云系，導致大范圍的空氣抬升。表現出的特點是有穩(wěn)定的云層，會持續(xù)比較長的時間，有較為寬廣的水平范圍，云層內部的上升氣流比較小，頂部呈平坦狀態(tài)。

3 多普勒天氣雷達資料在人工增雨中的應用

3.1 天氣系統(tǒng)和云系與人工增雨作業(yè)要求相契合

歸納并分析雷達回波特征，以此為依據確定天氣作業(yè)系統(tǒng)，保證與增雨作業(yè)相契合。催化火箭的工作要在有強對流回波發(fā)展趨勢前完成，催化對象是對流云、中期的混合云、深厚層狀云。人工增雨作業(yè)的進行要借助低云層的流云，結合火箭增雨和燃燒增雨煙條。

3.2 監(jiān)測預警極端天氣，有針對性地干預

應用多普勒天氣雷達，識別極端天氣，實現對強對流天氣回波強度的科學判斷，除此之外還要準確判斷反射率因子場和氣流的強度。綜合分析產生回波的天氣系統(tǒng)，預測未來回波的發(fā)展趨勢。多普勒天氣雷達運用多普勒信號處理技術，針對災害性天氣發(fā)出警報，警報信息的發(fā)出是隨時的，另外警報信息還能為人工增雨作業(yè)提供科學依據。

3.3 對大范圍降水實現定量估測

多普勒天氣雷達系統(tǒng)能給出當地回波強度和降水量之間的比值、儀表階段性雨水的分布信息，氣象工作者以此為依據，進行科學有效的判斷。當回波的強度處于5到18dBz這個范圍內，就表明有可能發(fā)生不定量的降水情況。當回波的強度處在18到30dBz這個范圍內，就代表有可能會發(fā)生強對流風暴。實際應用中還需要根據各個地區(qū)的降水情況進行全面綜合性的分析。

3.4 識別并跟蹤目標云

總結實踐情況，不難發(fā)現，流云有著持續(xù)時間短、移動速度快、覆蓋范圍小的特點。難以確定跟蹤捕捉的最佳時機，實際實施作業(yè)有較大難度。完成增雨作業(yè)，需要選擇合適的天氣系統(tǒng)，也要選擇合適的云層條件，多普勒雷達回波跟蹤顯示系統(tǒng)能提供強大的技術支持。多普勒雷達的數據資料會在一張雷達圖上顯示所有探測到的回波強度。由于包含的信息量較大，顯示效果過于雜亂無章。如果單憑人的肉眼很難準確分辨各種強度。比如在某地區(qū)運用多普勒雷達回波跟蹤顯示系統(tǒng)分析雷達回波的數據資料。從當前的應用情況來看，應用多普勒雷達探測系統(tǒng)檢測的回波強度是小于100公里范圍內，以用戶要求的層次、強度范圍為標準，生成BMP圖片。系統(tǒng)生成的圖片會清晰顯示特定強度雷達回波所在的位置。在此條件下，工作人員就能準確了解回波的強度，監(jiān)視和跟蹤對流天氣的效果會明顯得到優(yōu)化，圖片是連續(xù)播放的，以此確定回波移動的方向合和速度，預測回波的演變趨勢。展開增雨作業(yè)，需確定適合作業(yè)云團所在的位置，并確定移動的方向。作業(yè)人員應當迅速前往合適的地點，按照正確的流程展開增雨作業(yè)，大大提高增雨作業(yè)進行的效率。夏季比較容易出現強回波，系統(tǒng)跟蹤強回波，并實時監(jiān)視其移動路徑和發(fā)展趨勢，回波的移動路徑覆蓋鄉(xiāng)、鎮(zhèn)地區(qū)，預先通知這些地區(qū)的居民。

4 多普勒天氣雷達應用優(yōu)點探究

對增雨作業(yè)實現科學指導，使得作業(yè)效益獲得提升。對農業(yè)、林業(yè)、工業(yè)的經營活動提供幫助，提高經濟效益，為廣大社會老百姓謀福祉。多普勒天氣雷達系統(tǒng)小巧靈活，存儲整個系統(tǒng)只需要2M容量，系統(tǒng)對電腦的硬件沒有特殊要求，屬綠色軟件，拷貝之后就能使用。系統(tǒng)的運行基本不可能遇到任何障礙，動能包含可移植性、后續(xù)開發(fā)兼容性、安全性。

5 總結

綜上所述，跟蹤多普勒雷達強回波跟蹤顯示系統(tǒng)在人工增雨作業(yè)中的應用，發(fā)現總體上應用效果良好，與沒有雷達之前相比，人工增雨的效果明顯得到優(yōu)化。在實際的作業(yè)中要注意有兩種情況不宜展開增雨作業(yè)，分別是層狀云系云層變薄和對流比較旺盛，但是云層中水汽含量低。

[參考文獻]

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