多普勒天氣雷達在人工影響天氣中的應用

曹仁仲

摘 要：天氣變化與人們的生活息息相關，社會經濟的飛速發展使得人們對于天氣預報的服務要求也越來越高，在巨大的社會需求下，多普勒天氣雷達被研制出來。多普勒天氣雷達在實際應用中展現了極大的優勢，使其實現了大范圍推廣應用。多普勒天氣雷達能夠有效獲取降水地區的風向、風速以及其他氣象要素變化等內容。由此可見，研究多普勒天氣雷達對人工影響天氣中的應用具有一定意義。

關鍵詞：多普勒天氣雷達;人工影響天氣;電磁波

0 ? 引言

就當前社會各行業發展情況來看，其受天氣變化的影響很大，而隨著科學技術的飛速發展，人們可以通過有效地人工干預來影響天氣。在執行人工影響天氣前，必須了解有關天氣變化的基本信息，這樣才能保證人工影響天氣取得良好效果。多普勒天氣雷達之所以能被廣泛應用是因為其能夠有效獲得氣象信息，這為人工影響天氣提供了良好的信息基礎。本文也就此進行研究[1]。

1?多普勒雷達工作原理

縱觀整個世界，多普勒雷達已經成為當前最為先進的天氣監測設備，很多國家都應用多普勒雷達預測天氣狀況。

1.1 通過氣象目標對雷達電磁波的散射和吸收

電磁波是一種極其特殊的物理存在。自人類開始對大氣進行探測，所使用的都是雷達，而其主要原理就是利用粒子對雷達電磁波的吸收和散射了解粒子所處的位置。當電磁波從雷達中傳出后，其會在大氣中傳播，若在傳播途中遇到雨滴或云滴，其就會被懸浮在空氣中的懸浮粒子和空氣分子吸收或散射。所謂散射是指電磁波沒有被粒子所吸收，而因粒子反射到其他地方。當被發散出去的電磁波回歸到雷達時，多普勒天氣雷達就能夠收到電磁波術中自帶的振幅，通過其振幅我們就能夠了解和分析出云雨大概的位置，而后通過分析發射率因子和速度譜寬等基礎數據，分析具體的天氣情況和內部結構特征，以此判斷出未來一段時間某地區的天氣情況[2]。

1.2 電磁波在大氣中的衰減

電磁波在大氣中的傳播途徑會隨路徑的增長而逐漸減弱，據實際調查發現，電磁波衰減程度和電磁波束長成反比，也就是說，電磁波長度越短，那么其衰減程度就越小。通過實驗探究可知，電磁波之所以會在大氣傳播過程中減弱，是因為其會在經過云滴或雨滴時，被其氣體分子折射，其部分能量會被于雨滴和云滴氣體分子吸收，還有一部分能量會轉變成其他能量散發出去，剩余的部分可能被氣體粒子散射。除此之外，電磁波的衰減也很大程度上減少了雷達的回波功率，若電磁波衰減程度過重，很容易使回收到雷達的電磁波數據準確度降低。反觀多普勒天氣雷達，雖然其電磁波也會有同樣的遭遇，但其恰恰就利用了這一遭遇，詳細感知了天氣對電磁波波束的影響，而氣象觀察者就可以通過影響情況了解天氣情況，從而得出氣象目標的準確數據[3-5]。

1.3 電磁波在大氣中的折射

當處于真空環境時，電磁波傳播路徑為直線。然而，人們生活的環境充滿了介質，幾乎不存在真空狀態，而大氣則是由不同的氣體分子和與云組成，這使得電磁波必然會在傳播過程中出現折射的情況。因此，可以將電磁波折射情況總結為：負折射、臨界折射等，折射類型不同，雷達回收的波束高度，寬度都會有所區別。不同電磁波擁有不同的回波強度和徑向速度，以致其遇到云、雨滴和氣體粒子時發生的折射情況也不同，而我們能夠通過電磁波波長差異，將電磁波折射總結為以上幾種。在掌握其折射類型和發生折射的原因后，工作人員可以在雷達接收站將所有折射后的電磁波波束信息進行整理和計算，而后探求出資料中隱藏的氣象資料。

1.4 多普勒效應

多普勒雷達應用核心理念是多普勒效應。而多普勒效應的主要體現形式是聲波。舉例說明，若我們站在站臺，看見火車從遠處行駛而來，那么在較遠的地方，火車的聲音頻率就會隨聲波的壓縮而增強，當火車逐漸接近站臺并最終停止時，聲音的頻率又會因聲波的膨脹而逐漸降低，這種現象就稱作為多普勒效應。換一種方式來講，一種聲音從遠至近以每20米每秒的速度前行，人耳大約能接收到800赫茲的多普勒移動頻率。與這相比，多普勒天氣雷達所發射的電磁頻率要高得多，而且其傳播速度等同光速，這也使得雷達在日常工作中接收的并不是直接的多普勒頻移測量，而是往返沖脈間的差值，氣象站工作者則需根據其差值對氣象目標的徑向速度進行計算。普通天氣雷達和多普勒天氣雷達最大的區別，就在于發射率因子的差異，該種因子能夠讓我們利用多普勒天氣雷達了解到天氣目標的徑向速度，提前知曉極端天氣的出現，由此可見，多普勒天氣雷達對預警極端天氣有重要作用。

2? 多普勒天氣雷達在人工影響天氣中的應用

因多普勒天氣雷達具備較高的科學技術，加之其能夠實現對天氣情況的精準預測，以至于世界上很多國家都開始將該技術廣泛地應用在天氣預測中。

2.1 能夠對災害性天氣進行監測和預警

通過多普勒天氣雷達的電磁波回波情況，能清楚了解到不同地區的實際天氣狀況。各地區氣象工作者也可利用多普勒天氣雷達傳回的信息，對惡劣天氣進行精準監測和預警。在對強對流天氣進行預警時，最主要依靠的是回波強度，一旦雷達在徑向速度上發生改變，就能判斷極端天氣帶來的大氣層異動，而其極端天氣的預測能夠依據氣流的強度、散射等多種因素進行精準識別。

2.2 多普勒天氣雷達對極端氣象的干預

惡劣極端天氣對人類的生命財產都會造成極大威脅，為了盡可能減少這類損失，加強對天氣的提前預測是十分重要的。預測天氣的目標可利用多普勒天氣雷達完成，該雷達能實現對惡劣天氣的精準監測，氣象局了解到雷達回測結果后，會立馬向群眾發布氣象預警，讓所有人員提早防備，從而保證人員生命財產安全。龍卷風是一種較為常見的、具有極強破壞性的災害性天氣，風速可達到每秒120米，最高可達每秒210米。陸地上引發的龍卷風稱為陸龍卷，延伸到海上的龍卷風則被稱為水龍卷。應用多普勒天氣雷達，也能夠探知龍卷風類型。若雷達在監測過程中遇到強烈風暴和大規模氣體上升，則說明該地區可能生成冰雹天氣，而該天氣情況可從超級單體的回波情況中看出。其降落在氣旋周圍的鉤狀回波區域中，雷達能夠通過對回波數據收集，了解到冰雹的強度和持續時間，這也有助于人們了解到冰雹災害情實際情況，讓人們提早防范。強風天氣對于人們來說是一種地面直線型災害，該種災害最直接的體現是在地表產生大風，而大風的氣流會對地表，建筑物和人類產生危害，多普勒天氣雷達對于該種天氣狀況的輻射稱之為地面大風，其類型與龍卷風相似，但回波長度比龍卷風短，多普勒雷達可以根據其回波長度的情況明確對比二者差別，從而確定其天氣情況為何種類型。

2.3 定量估測大范圍降水

在多普勒天氣雷達建站初期，需要對其雷達參數進行反復校對和檢查，確保其在正常運行過程中回收的回波數據準確。利用多普勒天氣雷達，還能夠了解現階段或定期性的雨水分布圖，了解當地回波強度與降水量之間的比值。天氣工作者可以根據其雨水分布圖制作降雨圖，了解各地區的實際降水情況，若某地區降水量較少，則可以采取人工降雨的方式緩解當地的干旱情況，以此調整個地區的降水均衡。

2.4 提供詳細風場信息

人們可以利用多普勒天氣雷達了解徑向速度的風向和風力分布圖，從而辨別強對流大氣，明確風場信息。氣象工作者可通過雷達回收的電磁波，了解而且其在大氣中的折射情況，該情況需要工作人員將回收電磁波和已有數據信息對比，最后繪制所得圖形則被稱為風廓線圖，風廓線圖展現了大氣的風向和風速信息，其應用原理也是多普勒效應。

3?結語

隨著科學技術的飛速發展，人類研究出了多普勒天氣雷達，該種雷達能夠幫助人類監測天氣變化，了解天氣情況。經實踐證明，該種雷達的應用能夠為人們提供準確的天氣預報信息，各行各業可以依據相關天氣預報信息調整企業運轉情況和工程進度，這極大地減少了惡劣天氣對社會經濟發展的影響。近年來，為了確保各地的降雨水平均衡，環境發展良好，我們運用各種人工方法影響天氣，而多普勒天氣雷達為人工影響天氣提供了有效地技術支持，其在人工降雨和環境評價等多領域有著不可替代的重要地位。我國應該在原有雷達的基礎水平上，借鑒外國的多普勒天氣雷達技術，以此提升我國的天氣預警能力，從而為我國民眾更好地提供天氣預測服務。

[參考文獻]

[1]李傳柱.新一代多普勒天氣雷達在人工影響天氣中的應用[J].科技經濟導刊，2020（1）：114.

[2]趙夢玉.多普勒天氣雷達在人工影響天氣中的應用[J].農家參謀，2019（22）：167.

[3]傅超，鄭鐘堯，崔倩，等.多普勒天氣雷達在人工防雹中的應用研究[J].農業與技術，2019（13）：150-151.

[4]黃金全，李麗麗，文繼芬，等.風廓線雷達和多普勒天氣雷達在一次強對流天氣過程中的分析應用[J].中低緯山地氣象，2019（3）：34-40.

[5]楊立冰.新一代多普勒天氣雷達在人工影響天氣中的應用[J].內蒙古科技與經濟，2019（9）：59.

（編輯 姚 鑫）