新型天气雷达在湘潭人影任务中的地位和作用分析

曾鹏　曹江沅　叶梓杰　李坦

摘 要 在全球气候逐渐变暖的大趋势下，很多地方的极端灾害性天气频繁发生，如长时间干旱高温、暴雨洪涝和大颗粒冰雹等，严重影响了人们的生存环境。由于地理条件原因，湖南省湘潭市既有湘江等洪水隐患，又处“衡邵干旱走廊”交界处，夏季易受持续干旱高温灾害的影响，对人工影响天气需求迫切。基于此，在分析新型天气雷达工作原理和用途的基础上，分析了新型天气雷达在湘潭人影任务中的地位，最后分析了新型天气雷达在人影任务中应发挥的关键作用，希望能够为地方防灾减灾和经济建设提供借鉴。

关键词 天气雷达；人影任务；地位；作用

中图分类号：P48 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.18.086

我国湘潭市气候状况总体偏差，夏季雨水集中在5月中旬—6月下旬，降水时间长、范围大，导致洪涝灾害严重[1]。而雨季过后气候转变很快，长时间干旱、高温天气紧接而来，这些气象灾害对当地的工农业生产影响巨大。2013年，湘潭市在夏秋季共有30 d的持续干旱、高温天气，对农业生产产生了严重影响，许多支流干涸，大半农田颗粒无收，当地人影部门配合地方政府利用新型天气雷达信息，抓住有限的作业条件，多次开展高效率人影作业，局部地区降下小雨，较好地缓解了灾情。

1 新型天气雷达的工作原理和用途

新型天气雷达是新一代多普勒天气雷达，是探测降水系统的主要手段，工作原理是发射脉冲形式的电磁波，遇到降水物质（雨滴、雪花和冰雹等）时，大部分能量会继续前进，小部分能量被降水物质向四面八方散射，其中向后散射的能量回到雷达天线，根据雷达所接收的回波特征判断降水系统的特征，以及降水类型、强度及危害程度，可提前监测强对流天气，开展气象预报预警等业务。新型天气雷达通过分析降水粒子对电磁波吸收和散射的过程，主要测量降水目标的回波强度，还测量降水目标沿雷达的径向运动速度和速度谱宽等特征，是监测与预警强对流天气（暴雨、冰雹、大风等）的主要技术手段之一，也可对降雨云等小尺度强天气现象进行有效监测和识别，指导当地人影作业部门适时开展作业[2]。

2 新型天气雷达在湘潭人影任务中的地位

新型天气雷达通过运用雷达技术和功能，可以对降雨云等小尺度强天气现象进行有效监测，识别距离在

150 km以上，然后精确跟踪其运动动态，并准确指导当地人影作业部门适时开展作业，将可能飘移的降雨云及时催化成液态雨， 通过分析雷达多次配合湘潭人影作业效果，防灾减灾取得了预期效果。

2.1 新型天气雷达在监测防灾减灾的人影任务中处于信息侦察员地位

新型天气雷达对灾害性天气具有较强的监测和预警能力，对台风、暴雨等大范围降水天气的监测距离在400 km以上，对雹云、中气旋等小尺度强天气现象的有效监测和识别距离在150 km以上。湘潭人影办开展人影作业任务期间，人影作业装备、人员全天处于待作业准备状态，而新型天气雷达能提前预报12 h以上天气信息，为当地人影作业指挥部门提供详实的天气信息，为人影作业人员提供了充足的准备时间，为人影作业决策提供了精准的信息资源。新型天气雷达很好地发挥了人影任务中信息侦察员的作用。

2.2 新型天气雷达在开展防灾减灾的人影任务中处于作业指挥员地位

新型天气雷达在汛期24 h连续运行，每6 min的雷达气象图清晰地反映了天气现象的变化规律，再配合多部组网雷达，将小尺度强天气现象运动特征和规律清晰地反映给天气预报员等业务工作人员。在实际人影作业中，人影作业指挥员与天气预报员密切配合，预报员及时分析预测天气现象的运动方向和速度，来指导人影作业队伍的行动，并为人影作业强度提供参考意见：精准人影作业需要精准的作业方向、高度、强度等信息，为精准化人影作业提供了精准指挥。新型天气雷达很好地发挥了人影作业指挥员的作用。

3 新型天气雷达在湘潭人影任务中的作用

新一代多普勒天气雷达，在人影任务中发挥了关键作用，主要对降水系统空间分布与结构进行探测，对降水系统运动状态进行跟踪警戒。雷达波长范围在1～10 cm，可应用在探测台风、暴雨以及冰雹等方面。随着科学技术的发展，天气雷达的探测技术功能也在不断升级完善。

3.1 在人工降雨中的作用

天气雷达使用在人工降雨的人影任务中，主要是对降水云体垂直方向含水量做测量工作，来预测强对流天气（如暴雨、雪、冰雹等）中含水物质用何种形态下落，人工降雨过程中常使用人影火箭（高炮）装置发射碘化银药剂。碘化银药剂穿越云层中布撒冰核，使云层中冰晶数量变多，冰晶在形成过程中释放大量热量，使云层内部与外部的热量不均匀，呈现出一种不稳定的状态，最终达到形成降雨的效果。新一代多普勒天气雷达具有探测范围大、精确度高以及长时间运行等特点，可对云层进行探测，来分析云层含水量，并对可作业降雨云的体积和水含量进行测算，来估算降雨量。新一代多普勒天气雷达利用雷达的基本反射率、平均径向速度和谱宽等基本要素，来测算反射回波的强度，还通过探测炮点周围云体回波强度，对回波强度进行分析推算，可建立回波强度和人影作业用弹的关系，参考参加作业炮点的装备、人员、弹药情况，可推算出用弹数量、发射位置以及仰角角度等相关参数。

将多普勒天气雷达应用在人工增雨的过程中，增雨效果和基本反射率有很大的关系，在基本反射率值增大后，人工降雨效果出现整体增加的趋势。在基本发射率值小于20 dBZ的时候，增雨作业之后会有无雨或者是小雨，而处于20～30 dBZ时，主要是以小雨和小到中雨为主要，占整体的95%，而在基本反射率值大于等于

30 dBZ的时候，中雨以上量级增雨效果次数会不断增加。

3.2 在人工防雹中的作用

人工防雹中使用天气雷达主要是对雷达回波进行分析，在雷达的垂直剖面图上，雷达回波垂直高度对流云运动强度具有直接的影响，超级单体云垂直发展越高，其回波顶高度越高，发展成冰雹的可能性越大。防雹任务实施要依据单体类型，针对一些新生单体进行初期催化效果最好，针对一些成熟单体则可以对雹源头部分进行过量催化作业。在对独立单体冰雹云进行作业的时候，可以选择在有回波出现的时候，弱单体雹云生命较短，在初始回波出现时，冰雹在云中产生只需要几分钟的时间，人工防雹任务要求快速作业，防雹任务需要时间快、位置准。作业时期应在冰雹云形成的初期阶段，通常为云中冰雹胚胎形成之前的1～3 S，如等雹胎生成较大时再开展人工防雹作业，则防雹的效率和效果很差。识别冰雹云强回波强度是60 dBz，在云中强回波区强度在50 dBz时的人工防雹效果最佳。因此，在人工防雹中，雷达的主要作用是对冰雹云进行探测，运用雷达回波测量冰雹的情况，及时开展防雹任务。

3.3 在人工消云减雨中的应用

新型天气雷达在人工消云减雨的应用主要对云层进行监测分析，来开展连续性的人工消云减雨作业，对云体发展进行抑制，通过移动云体抑制形成流云。人工消云，主要是用人工作业的方式使局部区域的云层消散，以达到减少降水量的效果。人工减雨是对局地上空降水云系上风方进行连续催化，使用多种有效的作业方式改变降水的状态和过程，来抑制云层和降雨的发展，并对降水的过程进行减缓和削弱，对局部地区的降水分布进行调配。在进行人工减雨的时候，主要采用提前降水或者在云内引发动力下沉。1）通过天气雷达监测大面积降雨系统的运动情况，确定飞机消云减雨任务航线，使用飞机进行人工播撒碘化银。2）通过天气雷达监测上游出現雷雨或者强对流云层时，采用从地面向空中发射火箭（高炮）进行减雨。新型天气雷达在完成人工消云减雨任务后能缩短云体的生命周期，降低回波强度，减少降水回波面积，能够更好地控制降雨。

4 结语

人影作业任务通过使用天气雷达，可以对云层云体进行精确监测，对含水量进行探测分析，来指挥开展有效的降雨、防雹以及减雨等人影任务，并对灾害性的极端天气进行预防和限制，来减轻气象灾害的损失，为地方防灾减灾和经济建设提供借鉴。

参考文献：

[1] 王周翔，刘野军，崔红，等.基于多普勒雷达的火箭增雨作业效果分析[J].吉林农业，2017（13）：103.

[2] 曹景一.基于多雷达产品的市县级人工防雹作业指挥系统[J].山东工业技术，2016（5）：237.

（责任编辑：赵中正）