蔡江疆

　　阿克達拉區(qū)域大氣本底站 836500

　　摘要：近年來，多普勒天氣雷達在天氣監(jiān)測和預(yù)警工作中得到廣泛應(yīng)用，利用它可以實時、準確地獲取大范圍降水和風場的時空分布信息，特別是對于降水天氣而言，能夠?qū)崟r反映降水云系的強度以及發(fā)生發(fā)展趨勢，在人工增雨作業(yè)中起到十分關(guān)鍵的作用。因此，本文重點探析多普勒雷達在人工增雨作業(yè)中的應(yīng)用，以供同行借鑒。

　　關(guān)鍵詞：多普勒雷達;人工增雨作業(yè);應(yīng)用

　　引言

　　隨著全球變暖，我國高溫、干旱、霧霾、森林火災(zāi)等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，給日常生活環(huán)境帶來不良影響。面臨這種嚴峻形勢，人工增雨作業(yè)在保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抗旱減災(zāi)、涵養(yǎng)水源、改善空氣質(zhì)量、森林草原火災(zāi)防范等方面起到極其重要的作用。而多普勒天氣雷達具備實時性強、高分辨率高、探測精準、功能強等特點，在天氣監(jiān)測和預(yù)警工作中得到廣泛應(yīng)用。利用多普勒天氣雷達對天氣進行探測，能夠?qū)崟r、準確地獲取大范圍降水和風場的時空分布信息。特別是對于降水天氣而言，能夠?qū)崟r反映降水云系的強度以及發(fā)生發(fā)展趨勢。所以選擇多普勒天氣雷達產(chǎn)量來開展人工增雨作業(yè)特別必要。通過多普勒天氣雷達探測的對流云降水雷達回波以及其他相關(guān)資料，可以更好地掌握天氣實況與未來演變趨勢，為人工增雨作業(yè)的高效高質(zhì)量開展提供科學(xué)依據(jù)指導(dǎo)。

　　1 多普勒天氣雷達工作原理

　　1.1散射與吸收雷達電磁波

　　多普勒天氣雷達探測大氣環(huán)境的重要前提是氣象目標對雷達電磁波的吸收以及散射。雷達能夠結(jié)合電磁束中的振幅以及相位數(shù)據(jù)獲得氣象目標的發(fā)射率因子以及速度譜寬度等信息，同時憑借這些數(shù)據(jù)計算獲取天氣條件。

　　1.2大氣中電磁波的衰減

　　一般在電磁波衰減的這一階段，雷達中的回波功率會下降，這關(guān)乎于雷達回波數(shù)據(jù)是否有效。多普勒雷達可以結(jié)合電磁波的特征、規(guī)律來分析各類天氣折射產(chǎn)生的電磁波以及電磁波衰減狀況。通過分析，最后便可以獲得精度更高的氣象目標數(shù)據(jù)[1]。

　　1.3大氣中電磁波的折射

　　在大氣折射的時候，各種折射的徑向速度值以及回波強度也有所差異。這些信息能夠反映不同電磁波波長的回波強度。多普勒雷達能夠?qū)�接收站所采集到的資料進行梳理和分類，最終得到對應(yīng)的氣象信息數(shù)據(jù)，為實施人工增雨作業(yè)給予較好的條件。

　　1.4多普勒效應(yīng)

　　多普勒效應(yīng)通常表現(xiàn)為聲波形式。 與聲波的頻率相比而言，多普勒氣象雷達發(fā)射的電磁波的頻率一般較高，同時憑借光速的形式進行傳輸。雷達未直接測量多普勒頻移，而是根據(jù)脈沖往返的差值了得到氣象目標的徑向速度[2]。多普勒雷達不僅提供了氣象目標的發(fā)射率因子，而且還得到氣象目標的譜寬值以及徑向速度數(shù)據(jù)，這些均能夠為人工增雨作業(yè)起到指導(dǎo)作用。

　　2多普勒雷達在人工增雨作業(yè)中的應(yīng)用分析

　　2.1密切監(jiān)測天氣系統(tǒng)的變化趨勢

　　利用多普勒天氣雷達對天氣進行探測，通�？梢栽谶\行當日掌握以及了解到云系的結(jié)構(gòu)和特征。若多普勒雷達監(jiān)測圖有強對流單體回波或者大范圍降水回波的時候，意味著這個時候天氣系統(tǒng)的變化對于人工增雨作業(yè)的開展比較有利，需要及時將這種情況上報給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，然后將氣候監(jiān)測情況通報給各個人工增雨作業(yè)點，同時加強多普勒天氣雷達監(jiān)測天氣變化，掌握氣候的變化態(tài)勢，做好隨時開展人工增雨作業(yè)的準備。一般而言，冷鋒、氣旋低渦、地面輻合線、低槽等天氣系統(tǒng)條件比較適合人工增雨的開展。

　　2.2選擇最佳的作業(yè)時間

　　結(jié)合實時雷達探測資料中雷達回波演變特征、移動方向、速度和實際降水狀態(tài)，能夠預(yù)測天氣形勢的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，通過這些信息可以大致判斷人工增雨作業(yè)的最佳時間。分析雷達徑向速度場的數(shù)據(jù)，在低層輻合高層幅散的氣候狀況下，對降水的形成和發(fā)展非常有利;憑借雷達回波的位置以及范圍能夠確定人工增雨火箭的發(fā)射位置和發(fā)射高度等情況[3];在判斷人工影響天氣作業(yè)的前提下，可以制定切實可行的運行方案，實施精準性較高的人工增雨催化作業(yè)。

　　2.3計算催化劑用量

　　通常情況下，我們必須使用雷達圖像來估算人工影響天氣作業(yè)區(qū)域的體積和含水量;現(xiàn)階段人工增雨作業(yè)火箭具有很高的射程以及催化云量。火箭AgI火焰劑具有很高的核化速率以及率成核率，這主要因為靜態(tài)與動態(tài)共同形成的。在人工增雨作業(yè)中，如果對流云要滿足動態(tài)催化作用，那么人工冰核的濃度往往可以達300-500/L，通過雷電產(chǎn)品垂直液態(tài)水(VIL)就能夠獲得工作區(qū)的水含量。強對流風暴頂?shù)母叨葟姸乳撝低ǔＳ?0dBz回波強度來替代用彈量計算，降水回波頂部的高度閾值由18dBz回波強度代替用彈量的計算，通常垂直液態(tài)水大值區(qū)就與回波強度大值區(qū)相對應(yīng)，閾值不同的垂直液態(tài)水面積也代表強度不一樣的降水回波面積，若強對流風暴回波是35kg/m2、降水回波閾值是15kg / m2的時候，代入對流云回波高度以及面積可以獲取對流云量，也就是作業(yè)區(qū)的體積。通過對云系中液態(tài)水含量以及雷達回波的強度進行分析，結(jié)合云系中的水分含量以及氣候條件下的上升氣流來獲取催化效果。由于核化作用可能在云播后三十秒內(nèi)出現(xiàn)，因此有必要估算催化劑的量。需要獲取引晶層體積，之后結(jié)合單位體積所需的冰晶個數(shù)、實測作業(yè)區(qū)含水量、催化劑、引晶層體積以及在云的溫度下成核率獲取用于人工增雨作業(yè)的催化劑總量。

　　3多普勒雷達對人工增雨效果的評估

　　當前，我國各個地區(qū)在實施人工增雨之前，作業(yè)期間、作業(yè)完成之后均需要利用多普勒天氣雷達探測積云云團回波變化狀況，從而使雷達回波數(shù)據(jù)更具連續(xù)性、完整性以及準確性。通常而言，人工增雨作業(yè)效果和雷達產(chǎn)品的垂直積分液態(tài)水含量(VIL)、基本放射率以及回波頂高度具有緊密聯(lián)系[4]。若基本反射率值<20dBz的時候，通常表明作業(yè)后無雨或有小雨至中雨;若基本反射率值處于20~30dBz之間的時候，一般作業(yè)后會有小雨天氣或者小到中雨天氣;若基本反射率值≥30dBz的時候，那么在中雨以上的次數(shù)較多;若≥50dBz的時候，那么往往會出現(xiàn)中到大雨或者大雨天氣。由上述可以看出，基本反射率通常愈大，人工增雨作業(yè)后的降水水平越高，人工增雨作業(yè)效果也與VIL之間聯(lián)系更為緊密，一般當VIL 不超過1kg/m2的時候，作業(yè)后為小雨或小雨、中雨天氣，有些情況下還無雨;如果VIL值處于1-10kg /m2范圍內(nèi)，那么人工增雨作業(yè)后小雨、小到中雨、中雨降雨天氣均可能出現(xiàn);若VIL值達到10kg /m2以上的時候人工增雨，人工增雨作業(yè)后主要為中雨及以上級別的降水天氣;如果VIL值不小于20kg / m2的時候，人工增雨作業(yè)指揮基本上全都出現(xiàn)大雨、中到大雨天氣;特別是當其VIL值達到30kg / m2的時候，會發(fā)生傾盆大雨。通過分析回波頂部高度了解到，當回波頂部高度小于4km時，只有少量的中小雨發(fā)生，且大部分為無雨或小雨。當回波頂部高度不小于6km的時候，人工增雨作業(yè)之后主要是小雨到中雨，同時中雨及以上的雨水水平呈上升趨勢。當回波頂部超過8km的時候會出現(xiàn)中到大雨或大雨天氣;當回波頂部超過10km的時候，將發(fā)生強降雨天氣。

　　4結(jié)語

　　綜上所述，多普勒天氣雷達功能具備實時性強，高分辨率高、探測精準、功能強等特點，并具有其他檢測手段無法比擬的優(yōu)勢，它可以較好地監(jiān)測到降水降水云系的強度以及發(fā)生發(fā)展趨勢，為人工增雨作業(yè)地點、作業(yè)時機的確定、催化劑量的計算、作業(yè)效果的評估提供科學(xué)指導(dǎo)，對于科學(xué)開發(fā)利用空中水資源，提升人工增雨作業(yè)效益具有重要作用。

　　參考文獻:

　　[1]廖曉坤淺談多普勒雷達在人工增雨作業(yè)中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)氣象研究，2018，(21)：204.

　　[2]李軍霞.將多普勒雷達充分應(yīng)用于人工增雨作業(yè)中[ J].山西氣象, 2006(01): 27- 28, 45.

　　[3]徐春陽,沈陽.充分發(fā)揮多普勒雷達在我區(qū)人工增雨作業(yè)中的作用[J].寧夏農(nóng)林科技, 2006(04).

　　[4]楊曉芳，汪文麗.多普勒雷達在人工增雨作業(yè)中的應(yīng)用分析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2012，32(8)：167.

　　作者簡介：蔡江疆(1970.02)男，漢族，江蘇省南通市人，大專學(xué)歷，技師，從事氣候變化工作。

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