探析新一代多普勒天氣雷達在人影作業中的應用

摘要：多普勒天氣雷達是一種基于多普勒效應的新型天氣探測雷達系統，能夠精確測量散射體相對于雷達的速度，在一定的條件下能反映出多種大氣流動情況和其他極端天氣狀況。通過闡述新一代多普勒天氣雷達的工作原理，闡述了該系統在人工影響天氣中的不同應用。

關鍵詞：多普勒天氣雷達;人影作業;應用

引言

隨著現代氣象科學觀測技術的進步和發展，多普勒天氣監測雷達在當代我國氣象領域得到了廣泛的研究和應用。該天氣監測雷達不僅能準確地實時反映出臺風和降水聚集區域的平均風速、風向和各種大氣層的溫度變化等等情況，而且同時還能有效地準確測量和計算出各種氣象雷達反射效應因子的反射強度值及其大小。新一代多普勒天氣監測雷達的廣泛應用給當代我國的危險性氣象監測和預警工作開展帶來了極大的便利，在對極端危險性天氣的預警中也是發揮了重要的作用。

一、新一代多普勒雷達的工作原理

多普勒天氣雷達探測系統是目前世界上最先進的強對流氣象遙感探測技術和設備，在許多發達國家和地區得到了深入的研究和應用。新一代多普勒雷達系統是當前探測強對流和降水的主要傳感器和地面氣象觀測遙感預警系統，也是當前監測和分析氣象預警強對流災害性天氣的主要地面氣象遙感探測和預警的設備和工具之一。新一代多普勒雷達進一步增強了對各種災害性天氣和系統特別是強對流災害性天氣的自動識別和預警的能力，能夠有效地監測暴雨、冰雹、龍卷風等強對流災害性天氣的形成和發生，定量地估測大范圍的降水，獲得準確的降水和降水數據以及云體的準確風場和結構。因此，我們就需要對新一代的多普勒天氣雷達的主要工作原理和重要性進行了深入的技術研究和應用分析，使得人們對其主要工作和原理的重要性有了更清晰的理解和認識。

1.1通過氣象目標對雷達電磁波的散射和吸收

粒子可以通過吸收和散射電磁波，這也是電磁波的兩種基本的形式。利用雷達探測大氣的電磁波基礎數據是由于氣象探測目標對于雷達電磁波的吸收和氣象目標散射的計算所得。如果吸收電磁波的雷達波束在多普勒大氣系統的傳播途中同時遇到了云滴、雨滴和其他空氣中懸浮的粒子和影響空氣中水分子在整個大氣系統中的方向進行傳播，作為吸收和入射的雷達電磁波波束其中的粒子有一部分會因為上述的電磁波粒子而被反射到不同的角度和地方，稱為散射。一部分吸收和散射的雷達天線電磁波波束首先會被粒子的輻射吸收，最后根據反射到雷達的角度和方向自動返回被反射到雷達電磁波接收。

1.2電磁波在大氣中的折射

在接近真空的環境中由于電磁波的傳播和折射路徑基本上是一條直線，而在大氣中由于各類氣體分子及云霧和雨滴的大量存在，使得放射性的電磁波在干燥的大氣中會出現折射的現象。電磁波對大氣的折射主要是包括五種，大氣折射、超折射、臨界折射、負折射和大氣無折射，這五種大氣折射與多普勒天氣雷達波束的折射高度、寬度以及雷達的俯仰角等各種因素的影響有關。每一種大氣折射都是由于具有不同的標準電磁波折射波長，多普勒的天氣雷達接收站能夠通過對上述五種大氣折射的數據進行分析，通過對多普勒雷達接收站所收集和觀測到的大氣折射后數據對電磁波的波束進一步的計算和分析整理，得出相應的氣象資料已經提交醒相應的雷達和人工設備進行干預。

1.3電磁波在大氣中的衰減

電磁波的傳播能量衰減隨大氣傳播的路徑逐漸縮短而減弱，這種現象被研究者稱之為電磁波在大氣中的衰減。通常電磁波的衰減與多普勒電磁波發射波束的路徑長度衰減成反比，波束的長度越長，衰減的程度越小。其他氣體分子電磁波的大部分能量則被吸收和散射。由于電磁波的能量衰減和散射能夠在很大的程度上減小氣象雷達系統中的氣體分子回波和散射功率，從而致使氣象雷達中投射回波的數據不準確，新一代多普勒天氣雷達系統能夠很好地利用氣體分子電磁波的這一主要特點通過分析各類惡劣天氣所折射的氣體分子電磁波和散射波束以及氣體分子電磁波的能量衰減功率情況，得出了氣象雷達雷達目標的準確位置和數據。

1.4多普勒效應

多普勒效應一聲波的形式體現，比如一輛火車在高速行駛的情況下，其聲音的頻率會隨著聲波的壓縮而不斷增加，然而當火車基本停止時，其聲音的頻率又會隨著聲波的不斷膨脹而不斷減少，這種現象就被稱之為多普勒效應。也就是說，一個聲音以20m/s的速度，在較近或者較遠的距離聽會產生大約800HZ的多普勒頻率移動。

因此，多普勒天氣雷達與其他普通雷達最大的不同就在于多普勒天氣雷達不僅能夠準確提供氣象目標的發射因子，還能提供氣象目標的徑向速度和譜寬數值，這些數據在預警極端天氣中的應用十分重要。

二、新一代多普勒雷達在人影作業中的應用

新一代多普勒雷達憑借較高的科學技術，能夠對天氣情況進行準確的預測，并且在大多數國家的天氣監測中都能得到廣泛的應用。所以，我們還要對新一代多普勒天氣雷達在人影作業中的應用進行探究。

2.1 能夠對災害性天氣進行監測和預警

新一代多普勒天氣監測雷達在對各種氣象異常情況進行分析和觀測時，能夠清晰地向觀測者提供各種有關大氣層發射因子z、譜寬w和徑向速度v的信息和圖像，在這些清晰的圖像里涵蓋了詳細的各種對流極端天氣的信息，氣象工作者和人員可以通過綜合利用上述的圖像，更加準確、及時的對各類極端強對流天氣異常情況進行了監測和預警。強對流極端天氣最重要的觀測數據之一就是對回波擾動強度的準確判斷，新一代多普勒天氣監測雷達圖像中的譜寬和徑向速度也非常能有效的準確判斷各類極端強對流天氣中有關大氣層的異常情況，這主要是因為強對流極端天氣的異常出現和其發展往往與氣流的擾動強度、輻散和大氣層的旋轉等多種因素的影響有關，這些都可以認為是我們識別各類極端強對流天氣的有力工具和依據。

2.2 多普勒天氣雷達對極端氣象的干預

多普勒天氣雷達采用的多普勒信號處理技術和自動產生災害性天氣警報的能力，有效地識別強對流天氣系統，并隨時發布警報，也可為人工增雨、消雹作業提供科學依據。

2.3 定量估測大范圍降水

氣象工作者根據多普勒天氣雷達當地回波的強度與降水量之間的比值，儀表階段性的雨水的分布， 一般的情況下，回波強度在5dBz-18dBz就有不定量的降水情況的發生，在18dBz-30dBz這一個 階段就會有強對流風暴產生。對于不同地域可以根據各個地區的降水情況進行綜合分析。

結語

如上所述，新一代的多普勒天氣監測雷達廣泛應用于氣象災害監測等工作中，天氣監測雷達能夠準確地預報天氣，還可以為人工影響的天氣和人工作業的監測提供非常可靠的天氣監測依據，近年來在研究和指導人工影響的降雨和對環境變化影響評價監測工作等天氣監測領域的應用中有著重要而不可替代的作用和地位，我們可以充分借鑒目前國際上先進的新一代多普勒天氣監測雷達的設備和技術，提高了我國的天氣雷達監測水平，更好、更快地對氣象災害性的天氣事件進行了監測和實時預警。

參考文獻

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作者簡介：李珂（1979-）男，漢族，河南永城人，本科學歷，工程師，從事天氣雷達機務保障研究工作。