浅谈多普勒雷达在人工增雨作业中的应用
蔡江疆
阿克达拉区域大气本底站 836500
摘要：近年来，多普勒天气雷达在天气监测和预警工作中得到广泛应用，利用它可以实时、准确地获取大范围降水和风场的时空分布信息，特别是对于降水天气而言，能够实时反映降水云系的强度以及发生发展趋势，在人工增雨作业中起到十分关键的作用。因此，本文重点探析多普勒雷达在人工增雨作业中的应用，以供同行借鉴。
关键词：多普勒雷达;人工增雨作业;应用
引言
随着全球变暖，我国高温、干旱、雾霾、森林火灾等自然灾害频繁发生，给日常生活环境带来不良影响。面临这种严峻形势，人工增雨作业在保障农业生产抗旱减灾、涵养水源、改善空气质量、森林草原火灾防范等方面起到极其重要的作用。而多普勒天气雷达具备实时性强、高分辨率高、探测精准、功能强等特点，在天气监测和预警工作中得到广泛应用。利用多普勒天气雷达对天气进行探测，能够实时、准确地获取大范围降水和风场的时空分布信息。特别是对于降水天气而言，能够实时反映降水云系的强度以及发生发展趋势。所以选择多普勒天气雷达产量来开展人工增雨作业特别必要。通过多普勒天气雷达探测的对流云降水雷达回波以及其他相关资料，可以更好地掌握天气实况与未来演变趋势，为人工增雨作业的高效高质量开展提供科学依据指导。
1 多普勒天气雷达工作原理
1.1散射与吸收雷达电磁波
多普勒天气雷达探测大气环境的重要前提是气象目标对雷达电磁波的吸收以及散射。雷达能够结合电磁束中的振幅以及相位数据获得气象目标的发射率因子以及速度谱宽度等信息，同时凭借这些数据计算获取天气条件。
1.2大气中电磁波的衰减
一般在电磁波衰减的这一阶段，雷达中的回波功率会下降，这关乎于雷达回波数据是否有效。多普勒雷达可以结合电磁波的特征、规律来分析各类天气折射产生的电磁波以及电磁波衰减状况。通过分析，最后便可以获得精度更高的气象目标数据[1]。
1.3大气中电磁波的折射
在大气折射的时候，各种折射的径向速度值以及回波强度也有所差异。这些信息能够反映不同电磁波波长的回波强度。多普勒雷达能够对接收站所采集到的资料进行梳理和分类，最终得到对应的气象信息数据，为实施人工增雨作业给予较好的条件。
1.4多普勒效应
多普勒效应通常表现为声波形式。 与声波的频率相比而言，多普勒气象雷达发射的电磁波的频率一般较高，同时凭借光速的形式进行传输。雷达未直接测量多普勒频移，而是根据脉冲往返的差值了得到气象目标的径向速度[2]。多普勒雷达不仅提供了气象目标的发射率因子，而且还得到气象目标的谱宽值以及径向速度数据，这些均能够为人工增雨作业起到指导作用。
2多普勒雷达在人工增雨作业中的应用分析
2.1密切监测天气系统的变化趋势
利用多普勒天气雷达对天气进行探测，通常可以在运行当日掌握以及了解到云系的结构和特征。若多普勒雷达监测图有强对流单体回波或者大范围降水回波的时候，意味着这个时候天气系统的变化对于人工增雨作业的开展比较有利，需要及时将这种情况上报给相关领导，然后将气候监测情况通报给各个人工增雨作业点，同时加强多普勒天气雷达监测天气变化，掌握气候的变化态势，做好随时开展人工增雨作业的准备。一般而言，冷锋、气旋低涡、地面辐合线、低槽等天气系统条件比较适合人工增雨的开展。
2.2选择最佳的作业时间
结合实时雷达探测资料中雷达回波演变特征、移动方向、速度和实际降水状态，能够预测天气形势的发生发展规律，通过这些信息可以大致判断人工增雨作业的最佳时间。分析雷达径向速度场的数据，在低层辐合高层幅散的气候状况下，对降水的形成和发展非常有利;凭借雷达回波的位置以及范围能够确定人工增雨火箭的发射位置和发射高度等情况[3];在判断人工影响天气作业的前提下，可以制定切实可行的运行方案，实施精准性较高的人工增雨催化作业。
2.3计算催化剂用量
通常情况下，我们必须使用雷达图像来估算人工影响天气作业区域的体积和含水量;现阶段人工增雨作业火箭具有很高的射程以及催化云量。火箭AgI火焰剂具有很高的核化速率以及率成核率，这主要因为静态与动态共同形成的。在人工增雨作业中，如果对流云要满足动态催化作用，那么人工冰核的浓度往往可以达300-500/L，通过雷电产品垂直液态水(VIL)就能够获得工作区的水含量。强对流风暴顶的高度强度阈值通常由30dBz回波强度来替代用弹量计算，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，通常垂直液态水大值区就与回波强度大值区相对应，阈值不同的垂直液态水面积也代表强度不一样的降水回波面积，若强对流风暴回波是35kg/m2、降水回波阈值是15kg / m2的时候，代入对流云回波高度以及面积可以获取对流云量，也就是作业区的体积。通过对云系中液态水含量以及雷达回波的强度进行分析，结合云系中的水分含量以及气候条件下的上升气流来获取催化效果。由于核化作用可能在云播后三十秒内出现，因此有必要估算催化剂的量。需要获取引晶层体积，之后结合单位体积所需的冰晶个数、实测作业区含水量、催化剂、引晶层体积以及在云的温度下成核率获取用于人工增雨作业的催化剂总量。
3多普勒雷达对人工增雨效果的评估
当前，我国各个地区在实施人工增雨之前，作业期间、作业完成之后均需要利用多普勒天气雷达探测积云云团回波变化状况，从而使雷达回波数据更具连续性、完整性以及准确性。通常而言，人工增雨作业效果和雷达产品的垂直积分液态水含量(VIL)、基本放射率以及回波顶高度具有紧密联系[4]。若基本反射率值<20dBz的时候，通常表明作业后无雨或有小雨至中雨;若基本反射率值处于20~30dBz之间的时候，一般作业后会有小雨天气或者小到中雨天气;若基本反射率值≥30dBz的时候，那么在中雨以上的次数较多;若≥50dBz的时候，那么往往会出现中到大雨或者大雨天气。由上述可以看出，基本反射率通常愈大，人工增雨作业后的降水水平越高，人工增雨作业效果也与VIL之间联系更为紧密，一般当VIL 不超过1kg/m2的时候，作业后为小雨或小雨、中雨天气，有些情况下还无雨;如果VIL值处于1-10kg /m2范围内，那么人工增雨作业后小雨、小到中雨、中雨降雨天气均可能出现;若VIL值达到10kg /m2以上的时候人工增雨，人工增雨作业后主要为中雨及以上级别的降水天气;如果VIL值不小于20kg / m2的时候，人工增雨作业指挥基本上全都出现大雨、中到大雨天气;特别是当其VIL值达到30kg / m2的时候，会发生倾盆大雨。通过分析回波顶部高度了解到，当回波顶部高度小于4km时，只有少量的中小雨发生，且大部分为无雨或小雨。当回波顶部高度不小于6km的时候，人工增雨作业之后主要是小雨到中雨，同时中雨及以上的雨水水平呈上升趋势。当回波顶部超过8km的时候会出现中到大雨或大雨天气;当回波顶部超过10km的时候，将发生强降雨天气。
4结语
综上所述，多普勒天气雷达功能具备实时性强，高分辨率高、探测精准、功能强等特点，并具有其他检测手段无法比拟的优势，它可以较好地监测到降水降水云系的强度以及发生发展趋势，为人工增雨作业地点、作业时机的确定、催化剂量的计算、作业效果的评估提供科学指导，对于科学开发利用空中水资源，提升人工增雨作业效益具有重要作用。
参考文献:
[1]廖晓坤浅谈多普勒雷达在人工增雨作业中的应用[J].农业气象研究，2018，(21)：204.
[2]李军霞.将多普勒雷达充分应用于人工增雨作业中[ J].山西气象, 2006(01): 27- 28, 45.
[3]徐春阳,沈阳.充分发挥多普勒雷达在我区人工增雨作业中的作用[J].宁夏农林科技, 2006(04).
[4]杨晓芳，汪文丽.多普勒雷达在人工增雨作业中的应用分析[J].农业与技术，2012，32(8)：167.
作者简介：蔡江疆(1970.02)男，汉族，江苏省南通市人，大专学历，技师，从事气候变化工作。
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