新一代多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用

新一代多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用

吴雯雯

（四川省乐山五通桥区气象局，四川乐山614000）

摘要：随着社会经济的快速发展，社会大众和各个行业对防旱抗旱、防灾减灾的需求不断增强。新一代多普勒天气雷达的建成和投入使用，不仅为灾害性天气预警提供了及时丰富的观测信息，同时也为指导人工增雨作业提供了重要的监测指挥手段。基于此，本文重点分析新一代多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用。

关键词：多普勒天气雷达人工增雨应用

多普勒雷达对云、降水系统的探测

1.1常用于参照的回波参数

回波强度（Z）

回波强度可以主要使用反射率因子表示，主要以其对数形式dBZ来表示；回波强度表示单位体积内降水质点含量的大小。在强对流天气中，回波强度数值越大，说明云体内大质点含量越多，出现强降水或降雹天气的频率越大。

回波移动速度（V）

回波移动速度可以用V来表示，移动方向同高空气流运动方向基本保持一致。回波移动速度越大，说明降水质点在较长距离运动中的蒸发速度越强，即是回波强度很大，因回波移动速度较大，此时直径也会降低。因此，回波移动速度也是影响降水量的重要参数。回波移动速度越小，也就是当云团在某地停滞不前时，说明该区域内极易出现强降水天气。

垂直累积液态含水量（VIL）：

垂直累积液态含水量主要反应在降水云体中，在确定的底面积垂直柱体内液态水含量总量分布的图像产品。借助于垂直累积液态含水量可以对降水强度和降水能力进行判别，同时还能判断强对流天气产生的冰雹等灾害性天气。

1.2常见回波归类和应用

常见回波主要包括有片状回波、絮状回波和块状回波等。片状回波和絮状回波可以形成较大范围的降水，其对应的天气系统尺度是锋面和低涡。从PPI上可以看出，回波面积越大，边缘呈现毛发状，此时的回波直径往往在100km以上。结合RHI，回波可以分成多个层次的云系，但没有明显的对流柱。通常情况下，这种类型的回波高度在几千米以下，地面上往往会出现连续稳定的大面积降水天气，这种类型的云系对于人工增雨作业较为有利；块状回波对应的系统大都是中小尺度雷暴系统、局地对流或强对流天气，形成的降水较为集中，且雨势强度大，往往伴随有雷阵雨、雷暴、冰雹等灾害性天气，这类回波中也会有强大的风切变，对于人工增雨作业极为不利。

2、新一代多普勒雷达资料在人工增雨中的应用

2.1监测天气系统变化

通过遥测和监视云带与降水的变化，对人工增雨作业当天的云系结构和特征进行全面了解。若在多普勒雷达监测图中有大面积的降水回波或大尺度天气系统如锋面等出现时，说明这时的天气系统对于开展人工影响天气增雨作业提供了有利条件,工作人员应第一时间报告给上级领导部门，同时还要向各个作业点通报当前天气监测情况，并加强雷达监测跟踪天气变化情况，随时做好人工增雨作业准备工作。

2.2选择有利的作业时机

根据新一代多普勒天气雷达资料中的雷达回波发展方向、移动速度和降水实况，可以判断未来一段时间内区域天气发展情况，进而选择合适的人工增雨作业时机。使用科学有效的方式分析多普勒雷达径向速度场资料，在出现西南急流、高层辐散低层辐合等有利于降水的天气系统下，有利于降水天气的发展和维持；将雷达回波位置和范围结合起来，可以确定人工增雨火箭发射部位和发射高度；在确定人工增雨作业时机的基础上，应制定出科学合理的作业计划，有针对性的开展催化作业。

2.3计算催化剂用量

首先，结合新一代多普勒天气雷达图像估计人工增雨区域体积、含水量；若当前人工增雨作业中的火箭射程较高，催化层也较高，火箭中的碘化银焰剂核化速率高,且成核率高,是动力和静力催化下共同作用的结果。在开展人工增雨的过程，若要确保对流云达到动力催化的效果，应保证人工冰核浓度在300~500个/l之间，结合多普勒雷达资料中的垂直累积液态含水量产品就能很容易的获取到作业区内的含水量。将降水回波顶高度和强对流风暴顶高度强度阈值分别以18dBz、30dBz回波强度代替，进而计算用弹量，其中垂直累积液态含水量大值区就与回波强度大值区对应，不同阈值的垂直累积液态含水量面积代表了不同强度对流云回波面积，若降水回波和强对流风暴回波阈值分别为15kg/m2和35kg/m2时，在对应的公式中代入对流云回波高度和面积，就能将对流云体积计算出来，该数值就是作业区体积。对多普勒雷达回波强度和云系中的液态含水量大小进行分析，在播云后的30s内云系含水量和天气条件下的上升气流会发生核化作用，在估算催化剂用量时应重点放在引晶层体积，引晶层体积是播撒路径、烟团扩展水平宽度和垂直厚度三者之间相乘所得。结合单位体积内所需的冰晶个数、引晶层体积、实测作业区含水量和催化剂在云温下的成核率，将人工增雨作业催化剂总量计算出来。

2.4人工增雨催化效果评估

结合多普勒雷达资料可以探测每次人工增雨过程前、作业过程中和作业后的积云团回波变化情况，确保多普勒雷达回波资料图片的平显和高显下的连续、完整和准确性水平，同时还要保证其具有一定的代表性和比较性。通常情况下，人工增雨效果同多普勒雷达产品中的基本反射率、垂直液态含水量和回波顶高等密切相关；若基本反射率值≥35dBz，在人工增雨过后会有15mm每小时的降水天气出现；而基本反射率<20dBz时，在人工增雨作业后会有无雨或仅有少量降水天气出现，主要是作业条件和时机的共同影响。一般而言，实施人工增雨作业后若雷达低层反射率值不断下降，则增雨效果不明显，产生无效作业；基本发射率越大，说明云体降水粒子直径和数密度增大，人工增雨作业后降水强度和降水次数也会增多。人工增雨作业同垂直液态含水量之间的关系也较为密切，垂直液态含水量超过≥20kg/m2，在人工增雨作业后会有中到大雨或大雨天气过程，特别是垂直液态含水量在30kg/m2时会有强大降雨天气；垂直液态含水量≥10kg/m2作业完成后会有中雨及以上降雨天气出现；若垂直液态含水量在1~10kg/m2之间，在人工增雨作业后会有各级雨量出现；若垂直液态含水量<1kg/m2时，在人工增雨作业完成后，都是小雨、小到中雨、中雨天气较多，极个别作业后无降雨。通过分析回波顶高，若回波顶高超过10km会有大雨降水天气；超过8km则会有中到大雨或大雨天气出现；回波顶高超过6km时大都是小到中雨作业效果，且中雨以上级别呈现出增加趋势；回波顶高小于4km时，仅个别作业后出现小到中雨，多以无雨或小雨天气居多。

3结论

自新一代多普勒天气雷达在人工增雨中得到广泛应用以来，不仅可以监测人影作业天气系统，同时还能确定作业地点、作业时机和催化剂用量，实现了对人影高炮、火箭的高效指挥，是在有利条件下开展人工增雨作业的强有力保障，对于科学合理开发空中云水资源，提升气象防灾减灾能力具有重要意义。

参考文献

[1]周传喜,楚涤修,熊华南,等.多普勒雷达产品在人工增雨中的作用探讨[J].广西气象,2006,29(SII).

[2]张中波,邱财兴,唐林.多普勒天气雷达产品在人工增雨效果检验中的应用[J].气象科技,2011,39(6).

作者简介：吴雯雯（1986-），女，汉族，四川峨眉人，本科学历，助理工程师，从事综合气象业务工作。