基于多普勒雷達(dá)的火箭增雨作業(yè)效果分析

王周翔，劉野軍，崔紅，汪曉梅，孫海燕

（1.吉林省人工影響天氣辦公室；2.中國(guó)氣象局吉林省人民政府人工影響天氣聯(lián)合開放實(shí)驗(yàn)室；3.吉林省氣象服務(wù)中心，吉林長(zhǎng)春130062）

基于多普勒雷達(dá)的火箭增雨作業(yè)效果分析

王周翔1,2，劉野軍3，崔紅1,2，汪曉梅1,2，孫海燕1,2

（1.吉林省人工影響天氣辦公室；2.中國(guó)氣象局吉林省人民政府人工影響天氣聯(lián)合開放實(shí)驗(yàn)室；3.吉林省氣象服務(wù)中心，吉林長(zhǎng)春130062）

本文選取了2009年8月17日～19日吉林省一次降水過程，針對(duì)白山地區(qū)火箭增雨作業(yè)的效果進(jìn)行分析。利用白山多普勒雷達(dá)，結(jié)合自動(dòng)雨量站數(shù)據(jù)進(jìn)行人工增雨效果物理檢驗(yàn)分析，對(duì)比作業(yè)前后雷達(dá)回波特征變化及地面降水變化情況，得出此次火箭增雨作業(yè)有效。

火箭增雨；多普勒雷達(dá)；效果分析

人工影響天氣包括增雨雪、防雹、消雨、消霧、防霜等工作。開展人工增雨和防雹作業(yè)，科學(xué)利用空中云水資源，預(yù)防或減輕干旱冰雹災(zāi)害，對(duì)于緩解我國(guó)水資源緊缺狀況和防災(zāi)減災(zāi)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。人工增雨效果檢驗(yàn)是人工增雨工作中的必要環(huán)節(jié)，但由于存在作業(yè)影響區(qū)的確定、作業(yè)區(qū)自然降水情況的估測(cè)等不確定因素，也使人工增雨效果檢驗(yàn)成為人工增雨工作中的一個(gè)世界性科學(xué)難題。國(guó)內(nèi)外許多工作者開展了人工增雨效果檢驗(yàn)的研究工作，取得了顯著的研究成果。目前，人工增雨效果檢驗(yàn)大致分為三類：統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)、模式檢驗(yàn)和物理檢驗(yàn)。人工增雨效果物理檢驗(yàn)是利用探測(cè)設(shè)備觀測(cè)作業(yè)前后云中情況及地面降水情況，進(jìn)行對(duì)比，以說明作業(yè)效果。人工增雨效果物理檢驗(yàn)方法彌補(bǔ)了統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法的研究周期長(zhǎng)等不足，且隨著各種高新探測(cè)設(shè)備的不斷發(fā)展，物理檢驗(yàn)方法發(fā)展很快。本文利用物理檢驗(yàn)方法，從雷達(dá)回波特征變化、地面降水變化等方面，對(duì)2009年8月17～19日白山地區(qū)的一次火箭增雨作業(yè)效果進(jìn)行了分析。

1 作業(yè)及地面降水情況

2009年8月17～19日，吉林省受高空槽影響，全省范圍內(nèi)自西向東經(jīng)歷了一次中雨過程。19日8：00～20：00，吉林省從高層到低層溫度露點(diǎn)差基本都在4℃以內(nèi)，水汽條件非常好，有利于組織人工增雨作業(yè)，白山地區(qū)于19日13～16時(shí)開展了地面火箭人工增雨作業(yè)。通過對(duì)自動(dòng)雨量站數(shù)據(jù)分析，作業(yè)前，12～13時(shí)作業(yè)區(qū)地面平均降水量為1.47毫米。作業(yè)期間，13～14時(shí)作業(yè)區(qū)地面平均降水量為1.87毫米，14～15時(shí)作業(yè)區(qū)地面平均降水量為4.67毫米，15～16時(shí)作業(yè)區(qū)地面平均降水量為5.08毫米（見表1）。作業(yè)后地面小時(shí)雨量逐漸增加，明顯大于作業(yè)前。

表1 作業(yè)前后作業(yè)區(qū)域小時(shí)雨量

2 作業(yè)前后雷達(dá)回波特征變化分析

圖1 作業(yè)前后不同時(shí)刻PPI雷達(dá)回波圖(a)13∶02(b)14∶00(c)15∶03(d)16∶01

圖2 作業(yè)前后不同時(shí)刻RHI雷達(dá)回波圖(a)13∶02(b)14∶00(c)15∶03(d)16∶01

在多普勒雷達(dá)平面位置顯示（PP I）圖像上，作業(yè)前作業(yè)區(qū)雷達(dá)回波較分散，強(qiáng)度20～25d B z，有一些面積較小、強(qiáng)度不強(qiáng)的塊狀回波（圖1a）；開始作業(yè)后，作業(yè)區(qū)雷達(dá)回波發(fā)展成片狀，無塊狀回波，強(qiáng)度稍有增加，降水回波區(qū)（15d B z以上回波區(qū)）面積增大（圖1b）。從15∶03和16∶01的圖像上也可看出，作業(yè)區(qū)降水回波區(qū)面積較作業(yè)前增大（圖1c,1d）。

多普勒雷達(dá)距離高度顯示（R H I）圖像上，作業(yè)前回波頂高5千米左右（圖2a），作業(yè)開始后，回波頂高有所增加，達(dá)到6～7千米（圖2b、2c、2d）。降水強(qiáng)回波區(qū)高度2～3千米，且面積較小，降水回波未及地，地面幾乎無降水（圖2a）。作業(yè)開始后，14∶00的R H I圖像上，10d B z以下回波區(qū)厚度較作業(yè)前增加，降水回波區(qū)面積較作業(yè)前增大且及地，地面開始出現(xiàn)降水（圖2b）。15∶03的R H I圖像上，10d B z以下回波區(qū)厚度較14∶00的減小，降水回波及地，且面積繼續(xù)增大，地面降水增大（圖2c）。16∶01的R H I圖像上，10d b z以下回波區(qū)厚度繼續(xù)減小，降水回波面積繼續(xù)增大，地面降水繼續(xù)增大（圖2d）。對(duì)比前面的地面降水變化分析可以看出，作業(yè)前后降水回波變化與地面降水變化一致。

相關(guān)研究表明，強(qiáng)度小于10d B z的雷達(dá)回波層為冰晶層。作業(yè)前冰晶層較薄（圖2a），火箭作業(yè)播撒A g I催化劑后產(chǎn)生大量冰晶，云中冰晶顯著增加，冰晶層明顯加厚（圖2b、2c）。大量冰晶消耗云中過冷水，長(zhǎng)大形成降水粒子，導(dǎo)致地面降水的增加，隨著時(shí)間變化，冰晶逐漸消耗，冰晶層變?。▓D2d），地面降水逐漸增加。

3結(jié)語

通過對(duì)2009年8月17～19日白山地區(qū)的火箭增雨作業(yè)效果進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：火箭作業(yè)后，作業(yè)區(qū)地面降水量明顯增加；分析PP I圖像得到作業(yè)后回波強(qiáng)度增加，降水回波面積增大。分析PP I圖像得到作業(yè)前云中冰晶層較薄，由于火箭作業(yè)播撒A g I，云中產(chǎn)生大量冰晶，作業(yè)初期冰晶層明顯增厚，隨著云系發(fā)展冰晶消耗云中過冷水，冰晶減少冰晶層逐漸變薄，降水回波面積逐漸增大，地面降水逐漸增加；綜合地面降水和雷達(dá)回波變化分析，此次火箭增雨作業(yè)有效。

[1]房彬,王吉宏,楊文霞.人工增雨效果檢驗(yàn)進(jìn)展.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)[J]. 2010,38(13)∶6756-6758.

[2]陳寶君,李愛華,吳林林,孫永濤.暖底對(duì)流云催化的微物理和動(dòng)力效應(yīng)的數(shù)值模擬.大氣科學(xué)[J].2016,40 (02)∶271-288.

P481

A

10.14025/j.cnki.jlny.2017.13.052

王周翔，碩士，工程師，研究方向：人工影響天氣、氣象。