试论多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用

来源:用户上传      作者:

　　[摘 要]干旱是常见的气象灾害，极有可能对国民经济建设和社会发展造成不利影响，本文研究多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用，分析建设多普勒天气雷达站的重要性，探究多普勒天气雷达和人工增雨技术的应用原理，从作业要求、监测并预警极端天气、估测降水量、跟踪目标云四方面入手进行总结，以供参考。
　　[关键词]天气雷达;催化火箭;目标云
　　[中图分类号]P426.51 [文献标识码]A
　　从近几年的情况来看，中国范围内的一些地区出现的极端天气打破历史记录，严重威胁区域内群众的生命财产安全。借助人工影响的作用，增加空中降雨量，能有效减轻气象灾害的影响，也能实现有力防御，为此要充分发挥人工影响天气的作用，并坚持做到科学指挥和作业，维护社会正常经济效益。
　　1 分析建设多普勒天气雷达站的重要性
　　雷电是现代社会一大常见的自然公害，大气瞬间放电的自然现象就是雷电，也是一种自然界中常见的气候。雷暴云会在天空积累，当积累到一定程度，就会在某个空间释放能量，生成较大面积的电场，使得该地区出现雷电天气。产生的雷电会给击中的物体带来极大的破坏力。一般情况下雷电发生的范围和强度都比较大，产生的频率也非常高，一旦应对不当会对当地居民产生不同程度的影响。比如在发达地区，雷电的到来损坏了当地的电子设备。现如今，科学技术发展迅速，自动控制、高频微电子、微波技术的研发进程在不断加快，使得区域内的防雷效果不断增强。多普勒天气雷达系统在高效技术的支持作用下，整体的技术水平获得明显提高，使得地区内的雷电所产生的影响明显弱化。不仅如此，多普勒天气雷达站人员的安全也有了更完善的保障，优化系统预警灾害性天气的能力。天气预报工作的质量水平获得明显提高，为相关部门做好防灾抗灾工作提供了有力基础，保证社会群众获得的气象信息更加准确。
　　2 应用原理分析
　　2.1 多普勒天气雷达的应用原理
　　能完成降水探测工作的标准地基观测系统是天气雷达，监测强对流天气，包括暴雨、龙卷风、冰雹和大风。天气雷达是一种地基遥感探测预警工具，新一代的多普勒天气雷达识别强对流天气系统的能力更强，能实现对暴雨、冰雹、龙卷风天气的有效监测，给出强对流天气的发生和发展，对于大范围降水实现定量估测，给出描述降水、降水云体的风场结构。在当前的发展阶段中，多普勒是世界范围内的先进天气监测设备，国内已广泛部署，并大范围应用。新一代的多普勒天气雷达技术水平非常高，能准确预测短时临近天气情况。新一代天气雷达于2016年由中国气象局和乌兰察布市政府联合投资，建设位置在乌兰察布市集宁区卧龙山，现已正式投入使用。
　　2.2 人工增雨技术的应用原理
　　人工增雨作业的进行需要在云中播撒催化剂，在这些催化剂的作用下，就会生成大雨滴和冰晶，会有更多的云水转化为雨水。相应范围内的大气会发生上升运动，云体增大的同时得到更多降雨。1946年现代人工增雨技术开始研究并应用，全国范围内展开人工影响天气的试验是在1958年，空中和地面是两种常用的人工增雨方式。比如某地实施人工增雨的目的是农业抗旱，具体的手段是在地面上打火箭弹。正式实施人工增雨作业，需选择合适的作业地点、云系、时机和部位，此外还需准确确定催化剂的使用剂量。就云层选择而言，在天气的扰动作用下，原本结构均匀稳定的层状云会形成降水云系，导致大范围的空气抬升。表现出的特点是有稳定的云层，会持续比较长的时间，有较为宽广的水平范围，云层内部的上升气流比较小，顶部呈平坦状态。
　　3 多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用
　　3.1 天气系统和云系与人工增雨作业要求相契合
　　归纳并分析雷达回波特征，以此为依据确定天气作业系统，保证与增雨作业相契合。催化火箭的工作要在有强对流回波发展趋势前完成，催化对象是对流云、中期的混合云、深厚层状云。人工增雨作业的进行要借助低云层的流云，结合火箭增雨和燃烧增雨烟条。
　　3.2 监测预警极端天气，有针对性地干预
　　应用多普勒天气雷达，识别极端天气，实现对强对流天气回波强度的科学判断，除此之外还要准确判断反射率因子场和气流的强度。综合分析产生回波的天气系统，预测未来回波的发展趋势。多普勒天气雷达运用多普勒信号处理技术，针对灾害性天气发出警报，警报信息的发出是随时的，另外警报信息还能为人工增雨作业提供科学依据。
　　3.3 对大范围降水实现定量估测
　　多普勒天气雷达系统能给出当地回波强度和降水量之间的比值、仪表阶段性雨水的分布信息，气象工作者以此为依据，进行科学有效的判断。当回波的强度处于5到18dBz这个范围内，就表明有可能发生不定量的降水情况。当回波的强度处在18到30dBz这个范围内，就代表有可能会发生强对流风暴。实际应用中还需要根据各个地区的降水情况进行全面综合性的分析。
　　3.4 识别并跟踪目标云
　　总结实践情况，不难发现，流云有着持续时间短、移动速度快、覆盖范围小的特点。难以确定跟踪捕捉的最佳时机，实际实施作业有较大难度。完成增雨作业，需要选择合适的天气系统，也要选择合适的云层条件，多普勒雷达回波跟踪显示系统能提供强大的技术支持。多普勒雷达的数据资料会在一张雷达图上显示所有探测到的回波强度。由于包含的信息量较大，显示效果过于杂乱无章。如果单凭人的肉眼很难准确分辨各种强度。比如在某地区运用多普勒雷达回波跟踪显示系统分析雷达回波的数据资料。从当前的应用情况来看，应用多普勒雷达探测系统检测的回波强度是小于100公里范围内，以用户要求的层次、强度范围为标准，生成BMP图片。系统生成的图片会清晰显示特定强度雷达回波所在的位置。在此条件下，工作人员就能准确了解回波的强度，监视和跟踪对流天气的效果会明显得到优化，图片是连续播放的，以此确定回波移动的方向合和速度，预测回波的演变趋势。展开增雨作业，需确定适合作业云团所在的位置，并确定移动的方向。作业人员应当迅速前往合适的地点，按照正确的流程展开增雨作业，大大提高增雨作业进行的效率。夏季比较容易出现强回波，系统跟踪强回波，并实时监视其移动路径和发展趋势，回波的移动路径覆盖乡、镇地区，预先通知这些地区的居民。
　　4 多普勒天气雷达应用优点探究
　　对增雨作业实现科学指导，使得作业效益获得提升。对农业、林业、工业的经营活动提供帮助，提高经济效益，为广大社会老百姓谋福祉。多普勒天气雷达系统小巧靈活，存储整个系统只需要2M容量，系统对电脑的硬件没有特殊要求，属绿色软件，拷贝之后就能使用。系统的运行基本不可能遇到任何障碍，动能包含可移植性、后续开发兼容性、安全性。
　　5 总结
　　综上所述，跟踪多普勒雷达强回波跟踪显示系统在人工增雨作业中的应用，发现总体上应用效果良好，与没有雷达之前相比，人工增雨的效果明显得到优化。在实际的作业中要注意有两种情况不宜展开增雨作业，分别是层状云系云层变薄和对流比较旺盛，但是云层中水汽含量低。
　　[参考文献]
　　[1] 李成鹏，田云平.多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用[J].农业与技术，2019（09）.
　　[2] 闫文辉，黄兴友，刘燕斐.基于多普勒天气雷达的低空多普勒速度的切变识别算法研究[J].热带气象学报，2019（02）.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15050375.htm