多普勒雷達資料在西藏地區增雨作業中的應用

索朗旺堆 扎西頓珠 小格桑卓瑪 益西卓瑪 侯正俊

摘 要 利用日喀則市2017年和2018年汛期（6—9月）83次降水（≥3 mm）天氣過程的多普勒雷達資料進行統計分析，給出反射率因子、組合反射率及幾種常見的雷達回波零速度線特征呈“S”型、反“S”型和“弓”型分布特征時對人工增雨作業潛力分析和作業條件判別的幾項判據指標，作為西藏日喀則市的人工增雨作業的決策判別指標。

關鍵詞 人工增雨;判別指標;西藏日喀則

中圖分類號：P415.2 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.18.087

隨著經濟社會的發展，多普勒雷達已經在全國各地廣泛運用。多普勒雷達不僅能精確反映出降水地區的風速、風向、云層的厚度以及移動方向的變化，同時還能準確反映云中反射因子的強度值[1]。目前，隨著西藏氣象現代化建設的進一步推進，新一代多普勒天氣雷達在西藏的氣象業務應用中，發揮著舉足輕重的作用。由于西藏地區的人工影響天氣（以下簡稱“人影”）雷達應用起步較晚，大部分人影作業也以防雹作業為主，時至今日還未形成多普勒天氣雷達在人影增雨作業中的有效應用。近年來，隨著各地方政府加大對人工影響天氣工作的重視，在科學合理開發空中云水資源的前提下，人工增雨在生態保護、改善城市空氣、草場森林滅火、保護糧食安全、水庫河流蓄水等國家重大戰略部署方面發揮著舉足輕重的作用。

基于此，以日喀則市為例，選取2017年和2018年汛期的多普勒雷達資料，統計分析得出適用于日喀則市的人影增雨作業指揮中的潛力分析和時機選擇的判別指標。判別指標的確定應用將極大的提升日喀則市的人影增雨作業指揮中的準確性、科學性、有效性。該判別指標也將在今后的人影增雨作業當中進行應用并不斷加以修改、訂正。

1 資料來源及統計分析

1.1 資料來源

日喀則市氣象局多普勒雷達，利用2017年和2018年6—9月83次降水天氣過程中的多普勒雷達回波資料進行統計和分析。

1.2 資料背景及統計分析

2017年和2018年6—9月日喀則市降水天數共有86天，日最大降水量達50.2 mm。通過對不同降水云系的分析，發現日喀則的穩定性云系降水天數為71 d（83%），對流性云系降水天數為9 d（10%），混合型降水天數為6 d（7%）。這表明，日喀則市夏季降水云系以穩定性降水為主，對流性及混合型云系降水偏少，其主要原因為日喀則處于年初河與雅魯藏布江交匯的河谷地帶，周邊山體高度偏低，不易形成局地對流云。

對日喀則市小時平均降水變化分析，發現降水量日變化呈較為明顯的單峰型（圖1），且存在小幅度的變化，最低降水量出現在7：00，降水量為0.022 mm，最高降水量出現在21：00，降水量為0.941 mm，降水主要集中在午后至夜間。為提高日喀則市人工增雨效果，對83次降水過程的雷達回波體掃資料進行統計分析，在降水初步形成時與降水量達到最大時的反射率因子、組合反射率、徑向速度、云頂高度、云底高度、風廓線資料數據進行著重分析，得出相應指標。

2 多普勒雷達參數的變化特征

2.1 反射率因子和組合反射率特征及判別指標

從雷達數據資料中統計分析得知，在83次降水過程中，穩定性降水條件下的雷達反射率變化不大，其中2018年8月5日23：00—6日7：00的穩定性系統降水過程中，降水前的雷達的組合反射率為27.5 dBZ，最大時也僅為37.5 dBZ。相反，對流性云系及混合性降水條件下，雷達反射率變化較為明顯，其中2017年6月20日17：00—19：00的對流性降水過程中，組合反射率由起初的27.5 dBZ持續上升，最高達到52.5 dBZ（圖2）。

通過對83次降水過程中降水前后的雷達反射率因子及組合反射率進行統計分析，得出日喀則市2017年及2018年汛期降水過程中，降水初步形成時組合反射率平均值在25.7 5dBZ左右，降水強度增強時最大組合反射率平均值在37.74 dBZ左右。由此可初步建立適用于日喀則市的增雨判定指標：當雷達的組合反射率達到25.75～37.74 dBZ時，降水云系處于旺盛發展階段，此時進行人工增雨作業能使火箭彈的催化效果達到最佳。

2.2 徑向速度特征分析

多普勒雷達的徑向速度產品對分析降水云系的增雨潛力、作業區的選擇、系統的變化趨勢等宏觀特征有著重要意義，從徑向速度中可以了解到云系的移動方向及速度，結合風場信息（風廓線及風場反演）產品就能更加精確的了解云團內部的氣流變化，以便做出精準的判斷。

2.2.1 “S”型和反“S”型零速度線特征

雷達資料分析發現，在71 d的穩定性降水過程中多次出現“S”型、反“S”型零速度線特征。

2017年8月9日0：00—6：00的降水天氣過程中，出現徑向速度場中的零速度線通過雷達站并且呈現對稱的“S”型的分布特征（圖3），經過對幾次明顯的零速度線通過雷達站并且呈現對稱的“S”型的徑向速度特征進行總結分析得出，當“S”型零速度線特征出現時，此時雷達站附近上空風向隨高度為順時針旋轉，為暖平流，表明雷達站上空存在上升的暖濕氣流，云系將進一步增強發展[2]。此時，相對應的雷達回波強度也隨時間變化出現了加強，地面的降水量也將出現加強的趨勢，降水云系正處于發展加強階段，隨后的地面觀測資料也表明降水有所增加，根據分析得出此時的云系具備較好的增雨作業條件，可擇機進行人工增雨作業。

2018年7月14日的降水天氣過程中，徑向速度場中的零速度線通過雷達站時呈現反“S”型分布特征（圖4），雷達站附近上空風向隨高度為逆時針旋轉，為冷平流，表明雷達站上空存在下沉氣流，云系將持續減弱消亡[2]。相對應的雷達回波強度也隨時間變化出現了減弱，地面的降水量也出現了減小的趨勢，降水云系處于減弱消散階段，根據分析得出此時的云系不再具備良好的增雨作業條件，可根據實際情況停止作業。

2.2.2 “弓”型零速度線及風廓線變化特征

從資料中分析所知，在83次降水天氣過程中共出現7次“弓”型零速度線經過雷達站的個例，且均出現在大范圍穩定性降水中。出現經過雷達站的“弓”型零速度線分布特征對人工影響天氣作業指揮具有截然不同的兩種意義。

1）2018年7月21日15：00—22日6：00出現了持續15 h的大范圍穩定性降水，此次降水過程總計降水量達20 mm。

此次降水天氣過程中速度場出現“弓”型零速度線經過雷達站（圖5），分析徑向速度圖的變化，再結合風廓線產品（圖6）及風場反演產品，得出此時“弓”型零速度線為輻合流場，即雷達站附近的風場隨高度為順時針變化，易形成暖平流，存在上升暖濕氣流，站點周圍垂直上升運動較強，動力條件充沛，此時大氣層結的動力條件和熱力條件不穩定，有利于動力上升運動進一步加強，降水云系在熱力、動力條件下將得到進一步發展旺盛，此時，降水云系具備良好的增雨潛力，可作為開展增雨作業的判定指標[3]。

2）2017年7月3日的降水天氣過程中，也出現“弓”型零速度線經過雷達站（圖7），分析徑向速度變化及風廓線產品（圖8），表明此時流場呈輻散趨勢，雷達站附近低層的風向變化呈逆時針變化，低空出現冷平流，而高層風向則隨高度呈順時針變化，易形成暖平流，且冷暖平流隨時間逐漸加強，表明此時大氣層結趨于穩定，水汽條件及動力上升條件減弱，之后的雷達回波圖也顯示，降水云系在此之后逐漸減弱消亡。在大范圍系統性降水過程中若出現輻散型“弓”型零速度線經過雷達站特征變化時，表明此時降水云系不再具備良好的增雨潛力，可作為結束增雨作業的一項判定指標[3]。

3 結論與討論

本研究初步建立起適用于日喀則市的多普勒雷達在人工影響天氣增雨作業的實時決策指揮應用，通過對雷達反射率因子、組合反射率、徑向速度、風廓線、二維風場反演等產品的綜合分析，得出相關判定指標。

1）雷達的組合反射率達到25.75～37.74 dBZ時，降水云系處于旺盛發展階段，此時進行人工增雨作業能使火箭彈的催化效果達到最佳。

2）出現“S”型零速度線通過雷達站特征時，云系具備較好的增雨作業條件，可擇機進行人工增雨作業。

3）出現反“S”型零速度線通過雷達站特征時，云系不再具備良好的增雨作業條件，可根據實際情況停止作業。

4）輻合“弓”型零速度線經過雷達站時，降水云系具備良好的增雨潛力，可作為開展增雨作業的判定指標。

5）輻散“弓”型零速度線經過雷達站時，降水云系不再具備良好的增雨潛力，可作為結束增雨作業的判定指標。

不足之處在于，本研究中選取的資料較少，雷達的組合反射率指標在接下來的工作應用中有待進一步的檢驗訂正。

參考文獻：

[1] 劉玉潔.多普勒天氣雷達在人工影響天氣中的應用[J].農業與技術，2015，35（21）：134-135.

[2] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文.天氣學原理和方法[M].北京：氣象出版社，1979.

[3] 李紅斌，何玉科，姚展予，等.多普勒雷達速度場特征在人工增雨作業中的判據指標應用[J].氣象，2008，34（6）：104-105.

（責任編輯：趙中正）