試論多普勒天氣雷達資料在人工增雨中的應(yīng)用

劉堯 張大為 孫琳琳 趙楠

[摘 要]干旱是常見的氣象災(zāi)害，極有可能對國民經(jīng)濟建設(shè)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(yīng)用，分析建設(shè)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(shù)的應(yīng)用原理，從作業(yè)要求、監(jiān)測并預(yù)警極端天氣、估測降水量、跟蹤目標(biāo)云四方面入手進行總結(jié)，以供參考。

[關(guān)鍵詞]天氣雷達;催化火箭;目標(biāo)云

[中圖分類號]P426.51 [文獻標(biāo)識碼]A

從近幾年的情況來看，中國范圍內(nèi)的一些地區(qū)出現(xiàn)的極端天氣打破歷史記錄，嚴重威脅區(qū)域內(nèi)群眾的生命財產(chǎn)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(zāi)害的影響，也能實現(xiàn)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(xué)指揮和作業(yè)，維護社會正常經(jīng)濟效益。

1 分析建設(shè)多普勒天氣雷達站的重要性

雷電是現(xiàn)代社會一大常見的自然公害，大氣瞬間放電的自然現(xiàn)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(dāng)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(xiàn)雷電天氣。產(chǎn)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(chǎn)生的頻率也非常高，一旦應(yīng)對不當(dāng)會對當(dāng)?shù)鼐用癞a(chǎn)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(dāng)?shù)氐碾娮釉O(shè)備。現(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，自動控制、高頻微電子、微波技術(shù)的研發(fā)進程在不斷加快，使得區(qū)域內(nèi)的防雷效果不斷增強。多普勒天氣雷達系統(tǒng)在高效技術(shù)的支持作用下，整體的技術(shù)水平獲得明顯提高，使得地區(qū)內(nèi)的雷電所產(chǎn)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(yù)警災(zāi)害性天氣的能力。天氣預(yù)報工作的質(zhì)量水平獲得明顯提高，為相關(guān)部門做好防災(zāi)抗災(zāi)工作提供了有力基礎(chǔ)，保證社會群眾獲得的氣象信息更加準(zhǔn)確。

2 應(yīng)用原理分析

2.1 多普勒天氣雷達的應(yīng)用原理

能完成降水探測工作的標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)、冰雹和大風(fēng)。天氣雷達是一種地基遙感探測預(yù)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(xiàn)對暴雨、冰雹、龍卷風(fēng)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(xiàn)定量估測，給出描述降水、降水云體的風(fēng)場結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前的發(fā)展階段中，多普勒是世界范圍內(nèi)的先進天氣監(jiān)測設(shè)備，國內(nèi)已廣泛部署，并大范圍應(yīng)用。新一代的多普勒天氣雷達技術(shù)水平非常高，能準(zhǔn)確預(yù)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(shè)位置在烏蘭察布市集寧區(qū)臥龍山，現(xiàn)已正式投入使用。

2.2 人工增雨技術(shù)的應(yīng)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(zhuǎn)化為雨水。相應(yīng)范圍內(nèi)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(xiàn)代人工增雨技術(shù)開始研究并應(yīng)用，全國范圍內(nèi)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(nóng)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(zhǔn)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(jié)構(gòu)均勻穩(wěn)定的層狀云會形成降水云系，導(dǎo)致大范圍的空氣抬升。表現(xiàn)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(nèi)部的上升氣流比較小，頂部呈平坦?fàn)顟B(tài)。

3 多普勒天氣雷達資料在人工增雨中的應(yīng)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(jù)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(jié)合火箭增雨和燃燒增雨煙條。

3.2 監(jiān)測預(yù)警極端天氣，有針對性地干預(yù)

應(yīng)用多普勒天氣雷達，識別極端天氣，實現(xiàn)對強對流天氣回波強度的科學(xué)判斷，除此之外還要準(zhǔn)確判斷反射率因子場和氣流的強度。綜合分析產(chǎn)生回波的天氣系統(tǒng)，預(yù)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(shù)，針對災(zāi)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(xué)依據(jù)。

3.3 對大范圍降水實現(xiàn)定量估測

多普勒天氣雷達系統(tǒng)能給出當(dāng)?shù)鼗夭◤姸群徒邓恐g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(jù)，進行科學(xué)有效的判斷。當(dāng)回波的強度處于5到18dBz這個范圍內(nèi)，就表明有可能發(fā)生不定量的降水情況。當(dāng)回波的強度處在18到30dBz這個范圍內(nèi)，就代表有可能會發(fā)生強對流風(fēng)暴。實際應(yīng)用中還需要根據(jù)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(biāo)云

總結(jié)實踐情況，不難發(fā)現(xiàn)，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(shù)支持。多普勒雷達的數(shù)據(jù)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(zhǔn)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(shù)據(jù)資料。從當(dāng)前的應(yīng)用情況來看，應(yīng)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(nèi)，以用戶要求的層次、強度范圍為標(biāo)準(zhǔn)，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(zhǔn)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(yù)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(yīng)當(dāng)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(xiàn)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(yù)先通知這些地區(qū)的居民。

4 多普勒天氣雷達應(yīng)用優(yōu)點探究

對增雨作業(yè)實現(xiàn)科學(xué)指導(dǎo)，使得作業(yè)效益獲得提升。對農(nóng)業(yè)、林業(yè)、工業(yè)的經(jīng)營活動提供幫助，提高經(jīng)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(jié)

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(yīng)用，發(fā)現(xiàn)總體上應(yīng)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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