滇西南一次人工增雨中C波段雷達回波演變分析

收稿日期：2024-01-11

基金項目：云南省氣象局科研項目“西雙版納地面火箭人工增雨作業條件研究”（YZ202222）。

作者簡介：李志（1985—），男，四川成都人，工程師，主要從事人工影響天氣和雷達應用工作。#通信作者：洪群艷，E-mail：380801193 @qq.com。

摘 要：人工增雨是人為補充某些形成降水的必要條件，增加自然云降水，開發利用空中云水資源的有效途徑。新一代天氣雷達能及時探測降水系統的內部結構和發展變化情況，是指導人工增雨作業的有效工具。通過篩選滇西南多年的人工增雨作業數據，選取2022年4月20日西雙版納州一次效果較好的兩點聯合人工增雨作業數據資料，分析作業前后組合反射率、垂直累計液態含水量、回波頂高3種新一代天氣雷達產品1 h內的演變特征，印證人工增雨作業效果，為今后的人工增雨作業提供數據參考。

關鍵詞：C波段天氣雷達；人工增雨；組合反射率；垂直累計液態含水量；回波頂高

中圖分類號：P481 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）04–0-03

此處使用的是安徽四創電子股份有限公司研制的C波段雙線偏振全相參脈沖多普勒天氣雷達，該雷達采用雙極化技術，能夠進一步探測氣象目標的線性退極化比、差分反射率因子、差分傳播相移、差分傳播相移率、相關系數等信息，反演降水粒子形狀、尺寸、指向角的分布情況，進行降水類型的分類和識別。借助該雷達，能夠較為全面地掌握當前天氣情況和未來發展趨勢，指導氣象部門安全、有效地開展人工增雨防雹作業。

1 資料選取和產品介紹

1.1 資料選取

通過分析多年的人工增雨作業數據，選取2022年4月20日勐海布朗山作業點和布朗山瞭望塔作業點一次有效的聯合人工增雨作業數據資料，分析作業后新一代天氣雷達組合反射率（CR）、垂直累計液態含水量（VIL）和回波頂高（TOPS）三種產品演變特征，為今后的人工增雨作業方案設計提供參考[1]。

1.2 產品介紹

1.2.1 組合反射率（CR）

該產品是反映監測范圍內降水云體中最大回波強度值水平分布的圖像產品，顯示結果是多層掃描反射率因子的組合最大值。它在強對流風暴形成分析中十分有效（表1）。

1.2.2 垂直累計液態含水量（VIL）

該產品是反映某一確定區域的垂直柱體內降水云體中垂直液態含水總量分布的圖像產品。假設所有反射率因子回波都是由液態水滴返回的，將反射率數據轉換成等價的液態水含量，然后對每個仰角的值進行垂直累加所得。VIL有助于判別強降水和強對流天氣，也可用于指示大冰雹的存在。相關研究表明，VIL是業務中使用次數最多的產品之一（表1）。

1.2.3 回波頂高（TOPS）

該產品是顯示海平面以上回波強度≥18.3 dBz時，對應的最高高度分布的圖像產品。對流的強弱在一定程度上與回波伸展的高度有關，因此該產品用來分析雷達探測范圍內不同地區對流發展與否、對流相對強弱的情況（表1）。

2 回波演變分析

2.1 回波強度分析

2022年4月20日14：00，勐海縣對流發展，對流云

團生成。如圖1所示，在CR圖上，回波整體呈塊狀結構，主體回波周圍伴隨小塊分散回波生成，強度較弱，

范圍較小。14：00～14：54，對流逐漸發展，回波整體以約35 km/h的速度向東南方移動，移動期間的回波范圍逐漸增大且強度增強，中心強度最高達到54 dBz，此時，目標作業點上空暫無對流云團。14：54，對流云團東南方有新風暴云團生成。初生階段，回波較弱，覆蓋面積較小，中心強度僅26 dBz，此時新風暴云團處于西雙版納州布置的人影作業點正西方位10 km左右。15：05，風暴云團回波增強且影響面積增大，最大強度達43 dBz。此時，風暴云團已移至西雙版納州布置的人影作業點射界范圍內。15：06、15：09，位于風暴云團附近的布朗山作業點和布朗山瞭望塔作業點開始增雨作業，共發射JFJ-3型增雨防雹火箭彈11枚。作業后，風暴云團強度迅速增強且影響范圍擴大，在15：11回波出現峰值，達52 dBz；15：28，30 dBz強度以上的回波面積達到最大。至15：51，風暴云團中心強度仍在40 dBz以上，此后風暴云團逐漸減弱消散。

2.2 垂直累計液態含水量（VIL）

如圖2所示，4月20日14：54，風暴云團生成。云團初生時VIL最大值小于0.5 kg/m2。15：00、15：05，云團的VIL最大值分別為1.5和4.5 kg/m2，此時可以有效開展人工增雨作業。15：06、15：09，增雨作業后風暴云團VIL值迅速增大。15：11，VIL達到峰值15 kg/m2，并在15：40前，云團VIL最大值基本保持在10 kg/m2左右。15：45之后開始逐漸降低，直至15：51，云團VIL值降至3 kg/m2以下[2]。

2.3 回波頂高（TOPS）

如圖3所示，4月20日14：54，風暴云團生成。初生階段云團頂高為5.2 km，之后15：00、15：05，云團頂高增至6.8、6.7 km，可以有效開展人工增雨作業。15：06、15：09，增雨作業后云團頂高迅速增高；15：11，頂高增至8 km。15：17，回波頂高達到峰值9.2 km。15：51前，云團頂高均保持在8 km以上，之后云團頂高降低，但依舊維持在7 km以上。

3 增雨作業效果評估

3.1 增雨作業統計檢驗方法的選取

選取區域對比分析方法作為2022年4月20日布朗山地面火箭人工增雨作業效果評估的統計檢驗方法最為合適[3]。區域對比分析法計算公式如下：

（1）相對增雨：目標區作業期實測雨量與對比區作業期實測雨量的比值減去1再乘以100%，單位為%，公式如下：

RAR=（1）

（2）絕對增雨：目標區作業期實測雨量與自然雨量期望值（自然雨量期望值指計算出的在假定不做人工增雨情況下的目標區雨量值，該方法中自然雨量期望值用對比區作業期實測雨量來近似代表）的差值，單位為mm，公式如下：

OAR=Y2-X2（2）

3.2 效果評估

根據區域對比分析法分析得出，2022年4月20日地面火箭人工增雨聯合作業增加有效降水54.697 5萬m3。

4 結論

在2022年4月20日云南西雙版納州勐海縣實施的地面火箭人工增雨作業中，利用C波段天氣雷達探測資料分析作業后雷達回波演變情況，得出如下結論：

（1）正確有效的人工增雨作業會使云體內部在短時間內發生變化，雷達CR、VIL、TOPS產品均能有效反映出該變化。

（2）人工增雨作業后，目標云體的回波強度和影響范圍將在短時間內增加，且將維持一段時間高值。垂直累計液態含水量會先迅速增大，形成降水后有所減小，后期若水汽充足時可能再次出現增大現象。回波頂高變化同垂直累計液態含水量的變化相似。

（3）根據降水效果評估和雷達產品特征分析，正確有效的人工增雨作業將使降水量在一定時間內增加。

參考文獻

[1] 汪俊，劉雅琳.X波段移動天氣雷達產品在人工增雨中的應用[J].高原山地氣象研究，2022，42（S1）：125-130.

[2] 付華波.多普勒雷達在人工增雨作業中的應用[J].中國高新科技，2022（14）：126-127.

[3] 鄧北勝.人工影響天氣技術與管理[M].北京：氣象出版社， 2011.