多普勒雷达在人工增雨作业中的应用

付华波

（无棣县气象局，山东 滨州 251900）

众所周知，全球气候呈增暖态势。在这种背景下，我国各个地区干旱、高温热浪、森林火灾等自然灾害出现几率越来越高，给人们的日常生产生活带来了极大考验。近年来，为更好地防灾减灾，各个地区高度重视人工增雨作业的开展，该类方式成为气象部防灾减灾的主要方式，其在涵养水源、农业抗旱减灾、防范森林火灾、空气质量优化等方面具有较好的成效。而多普勒雷达作为一种现代化气象探测仪器，在我国各个地区气象监测以及预警工作中应用特别广泛。气象观测人员可通过该雷达实时、准确地掌握大面积降水以及风场的时空分布资料，尤其针对降雨天气来说，可有效反映降水云系的强度和发生规律。因此，加强多普勒雷达在人工增雨作业中的应用十分必要。借助于新一代多普勒雷达探测的对流云降水雷达回波以及其他有关监测资料，能够更加全面地获悉天气情况以及未来发生发展趋势，为人工增雨作业的安全、有效的开展提供可靠指导。

1 新一代多普勒天气雷达运行原理

常规气象雷达的探测原理主要借助于云雨目标物对气象雷达所发射电磁波的散射回波来获取其垂直结构、空间位置以及强弱分布等信息。而新一代多普勒雷达不仅具备常规气象雷达的功能，还能够借助物理学上的多普勒效应对降水粒子的径向运动速度进行测定，从而对降水云体的移动速度、垂直气流速度以及风场结构特征等情况进行预测。如图1所示，根据滨州多普勒天气雷达0.5°仰角径向速度，多普勒雷达能够对强降水、龙卷、冰雹等气象灾害的产生进行有效评估；此外，它还具备优良的定量测量回波强度的性能，能够对大范围降水进行定量估测；多普勒雷达不仅可以向气象人员提供各类实时图像信息，还能够对各类气象灾害现象的自动识别及追踪产品，为实施人工增雨作业给予较好的条件。

图1 滨州多普勒天气雷达0.5°仰角径向速度

2 新一代多普勒天气雷达在人工增雨作业中的应用分析

2.1 加强天气系统演变情况的监测

借助于新一代多普勒雷达对大气环境进行探测，往往能够在运行当日获悉云系的主要结构以及特征。假如新一代天气雷达监测图中可以发现大面积的降水回波以及强对流单体回波，那么一般此时天气系统的演变对人工增雨作业的实施非常适宜，应尽快将具体的情况反馈给相关领导，之后将天气监测情况向各人工增雨作业点进行通报，并且要继续利用天气雷达严密观测气候变化，获取更加全面的气候动态资料，做好随时实施人工增雨作业的准备。结合人工影响天气作业经验发现，冷锋、低槽、气旋低涡以及地面辐合线等天气系统条件均适宜于人工增雨的实施。

2.2 判断最适宜的人工增雨作业时间

依据气象雷达产品中雷达回波演变特征、移动速度、方向以及具体降水情况，可以预测天气形势演变趋势，凭借这些资料能够从大体上判断最适宜的人工增雨作业时间。通过对雷达径向速度场的数据进行分析发现，在高空辐散、低空辐合的天气状态下，比较适宜于降水的形成以及发展；借助雷达回波的位置以及覆盖区域可大体上确定人工增雨火箭的发射点以及高度等实施情况；在确定作业时间的情况下，能够制定科学有效的作业方案，从而开展高精准性的人工增雨催化作业。

2.3 计算人工增雨作业催化剂用量

当前，在人工增雨之前可以利用雷达图像对人工增雨作业区域体积以及含水量进行估算；人工增雨作业火箭射程、催化云量均较高。火箭AgI 火焰剂的核化速率以及成核率也较大，这主要是静态以及动态共同引起的。在人工增雨作业过程中，若对流云需要满足动态催化的作用，人工冰核的浓度一般需要达300～500/L，借助于新一代多普勒雷达产品垂直累积液态水含量（VIL）可以获取工作区的水含量。一般来说，由30dBz 回波强度来替代用弹量计算强对流风暴顶的高度强度阈值，降水回波顶部的高度阈值由18dBz 回波强度代替用弹量的计算，一般垂直液态水大值区正好对应回波强度大值区，阈值不一样的垂直液态水面积反映的是降水回波的强度存在差异，假如强对流风暴回波为35kg/m2、降水回波阈值是15kg/m2时，那么通过对流云回波高度以及面积能了解对流云量，即需要实施的人工增雨作业区的体积。通过分析VIL 值、雷达回波强度等资料可以大体判断催化效果。因为核化作用在云播后30s 内出现，所以有必要对催化剂的量进行估算。应先了解引晶层体积，然后根据单位体积所需的冰晶个数、催化剂、实测作业区含水量、引晶层体积和在云的温度下成核率来掌握人工增雨作业所需的催化剂总量。

2.4 新一代多普勒天气雷达在人工增雨效果评估中的应用

当前，我国各个地区在开展人工增雨作业前、作业过程中、作业结束各个阶段，均需借助新一代多普勒雷达对积云云团的回波变化情况进行探测，让雷达回波数据更具完整性、连续性和准确性。一般来说，人工增雨作业效果和回波顶高度、VIL、基本放射率等雷达产品联系密切。通常情况下，当回波顶部高度不超过4km 时，仅仅会出现少量的中小雨天气，大部分状态为无降水现象或出现小雨天气现象；若回波顶部高度达到6km 或以上时，增雨作业之后通常会出现小雨到中雨天气。若回波顶部达到8km 或以上时会发生中到大雨亦或大雨天气；若回波顶部高大于10km，则会发生大雨天气现象。增雨作业效果还同VIL 具有紧密联系，一般当VIL不超过1kg/m2时，作业后为小雨或小雨、中雨天气，有些情况下还会无降水天气；如果VIL 值处于1～10kg/m2区间，则人工增雨作业后小雨、小到中雨、中雨降雨天气均有发生的几率；假如VIL 值大于10kg/m2实施人工增雨，作业后通常为中雨及以上级别的雨水天气；若VIL 值不超过20kg/m2时，增雨作业几乎均发生大雨、中至大雨天气；尤其是当其VIL 值大于30kg/m2时，会出现倾盆大雨。而由雷达基本反射率条件来看，雷达基本反射率值若不大于20dBz，一般意味着人工增雨作业后没有降水天气或会出现小雨、中雨天气；假如基本反射率值在20～30dBz 区间内，往往人工增雨作业实施后会出现小雨或小至中雨；假如基本反射率值不低于30dBz 时，则往往会出现中雨或中至大雨；假如基本反射率值不低于50dBz，则可能会出现中至大雨亦或大雨天气。由此不难发现，基本反射率一般越大，增雨作业之后的降水强度也愈大。

3 结语

综上所述，新一代多普勒雷达的功能强大，相对于普通雷达而言，具有实时性强、分辨率高以及探测精准等优势。气象观测人员可通过该雷达实时、准确地掌握大面积降水以及风场的时空分布资料，尤其针对降雨天气来说，可有效反映降水云系的强度和发生规律，为人工增雨作业点、作业时间的确定、催化剂量的估算、作业效果的评估工作给予指导，对于我国空中水资源的开发利用、增强人工增雨作业能力意义重大。