新型天氣雷達在湘潭人影任務(wù)中的地位和作用分析

曾鵬　曹江沅　葉梓杰　李坦

摘 要 在全球氣候逐漸變暖的大趨勢下，很多地方的極端災(zāi)害性天氣頻繁發(fā)生，如長時間干旱高溫、暴雨洪澇和大顆粒冰雹等，嚴重影響了人們的生存環(huán)境。由于地理條件原因，湖南省湘潭市既有湘江等洪水隱患，又處“衡邵干旱走廊”交界處，夏季易受持續(xù)干旱高溫災(zāi)害的影響，對人工影響天氣需求迫切?；诖?，在分析新型天氣雷達工作原理和用途的基礎(chǔ)上，分析了新型天氣雷達在湘潭人影任務(wù)中的地位，最后分析了新型天氣雷達在人影任務(wù)中應(yīng)發(fā)揮的關(guān)鍵作用，希望能夠為地方防災(zāi)減災(zāi)和經(jīng)濟建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞 天氣雷達；人影任務(wù)；地位；作用

中圖分類號：P48 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.18.086

我國湘潭市氣候狀況總體偏差，夏季雨水集中在5月中旬—6月下旬，降水時間長、范圍大，導(dǎo)致洪澇災(zāi)害嚴重[1]。而雨季過后氣候轉(zhuǎn)變很快，長時間干旱、高溫天氣緊接而來，這些氣象災(zāi)害對當?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響巨大。2013年，湘潭市在夏秋季共有30 d的持續(xù)干旱、高溫天氣，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了嚴重影響，許多支流干涸，大半農(nóng)田顆粒無收，當?shù)厝擞安块T配合地方政府利用新型天氣雷達信息，抓住有限的作業(yè)條件，多次開展高效率人影作業(yè)，局部地區(qū)降下小雨，較好地緩解了災(zāi)情。

1 新型天氣雷達的工作原理和用途

新型天氣雷達是新一代多普勒天氣雷達，是探測降水系統(tǒng)的主要手段，工作原理是發(fā)射脈沖形式的電磁波，遇到降水物質(zhì)（雨滴、雪花和冰雹等）時，大部分能量會繼續(xù)前進，小部分能量被降水物質(zhì)向四面八方散射，其中向后散射的能量回到雷達天線，根據(jù)雷達所接收的回波特征判斷降水系統(tǒng)的特征，以及降水類型、強度及危害程度，可提前監(jiān)測強對流天氣，開展氣象預(yù)報預(yù)警等業(yè)務(wù)。新型天氣雷達通過分析降水粒子對電磁波吸收和散射的過程，主要測量降水目標的回波強度，還測量降水目標沿雷達的徑向運動速度和速度譜寬等特征，是監(jiān)測與預(yù)警強對流天氣（暴雨、冰雹、大風等）的主要技術(shù)手段之一，也可對降雨云等小尺度強天氣現(xiàn)象進行有效監(jiān)測和識別，指導(dǎo)當?shù)厝擞白鳂I(yè)部門適時開展作業(yè)[2]。

2 新型天氣雷達在湘潭人影任務(wù)中的地位

新型天氣雷達通過運用雷達技術(shù)和功能，可以對降雨云等小尺度強天氣現(xiàn)象進行有效監(jiān)測，識別距離在

150 km以上，然后精確跟蹤其運動動態(tài)，并準確指導(dǎo)當?shù)厝擞白鳂I(yè)部門適時開展作業(yè)，將可能飄移的降雨云及時催化成液態(tài)雨， 通過分析雷達多次配合湘潭人影作業(yè)效果，防災(zāi)減災(zāi)取得了預(yù)期效果。

2.1 新型天氣雷達在監(jiān)測防災(zāi)減災(zāi)的人影任務(wù)中處于信息偵察員地位

新型天氣雷達對災(zāi)害性天氣具有較強的監(jiān)測和預(yù)警能力，對臺風、暴雨等大范圍降水天氣的監(jiān)測距離在400 km以上，對雹云、中氣旋等小尺度強天氣現(xiàn)象的有效監(jiān)測和識別距離在150 km以上。湘潭人影辦開展人影作業(yè)任務(wù)期間，人影作業(yè)裝備、人員全天處于待作業(yè)準備狀態(tài)，而新型天氣雷達能提前預(yù)報12 h以上天氣信息，為當?shù)厝擞白鳂I(yè)指揮部門提供詳實的天氣信息，為人影作業(yè)人員提供了充足的準備時間，為人影作業(yè)決策提供了精準的信息資源。新型天氣雷達很好地發(fā)揮了人影任務(wù)中信息偵察員的作用。

2.2 新型天氣雷達在開展防災(zāi)減災(zāi)的人影任務(wù)中處于作業(yè)指揮員地位

新型天氣雷達在汛期24 h連續(xù)運行，每6 min的雷達氣象圖清晰地反映了天氣現(xiàn)象的變化規(guī)律，再配合多部組網(wǎng)雷達，將小尺度強天氣現(xiàn)象運動特征和規(guī)律清晰地反映給天氣預(yù)報員等業(yè)務(wù)工作人員。在實際人影作業(yè)中，人影作業(yè)指揮員與天氣預(yù)報員密切配合，預(yù)報員及時分析預(yù)測天氣現(xiàn)象的運動方向和速度，來指導(dǎo)人影作業(yè)隊伍的行動，并為人影作業(yè)強度提供參考意見：精準人影作業(yè)需要精準的作業(yè)方向、高度、強度等信息，為精準化人影作業(yè)提供了精準指揮。新型天氣雷達很好地發(fā)揮了人影作業(yè)指揮員的作用。

3 新型天氣雷達在湘潭人影任務(wù)中的作用

新一代多普勒天氣雷達，在人影任務(wù)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，主要對降水系統(tǒng)空間分布與結(jié)構(gòu)進行探測，對降水系統(tǒng)運動狀態(tài)進行跟蹤警戒。雷達波長范圍在1～10 cm，可應(yīng)用在探測臺風、暴雨以及冰雹等方面。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，天氣雷達的探測技術(shù)功能也在不斷升級完善。

3.1 在人工降雨中的作用

天氣雷達使用在人工降雨的人影任務(wù)中，主要是對降水云體垂直方向含水量做測量工作，來預(yù)測強對流天氣（如暴雨、雪、冰雹等）中含水物質(zhì)用何種形態(tài)下落，人工降雨過程中常使用人影火箭（高炮）裝置發(fā)射碘化銀藥劑。碘化銀藥劑穿越云層中布撒冰核，使云層中冰晶數(shù)量變多，冰晶在形成過程中釋放大量熱量，使云層內(nèi)部與外部的熱量不均勻，呈現(xiàn)出一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，最終達到形成降雨的效果。新一代多普勒天氣雷達具有探測范圍大、精確度高以及長時間運行等特點，可對云層進行探測，來分析云層含水量，并對可作業(yè)降雨云的體積和水含量進行測算，來估算降雨量。新一代多普勒天氣雷達利用雷達的基本反射率、平均徑向速度和譜寬等基本要素，來測算反射回波的強度，還通過探測炮點周圍云體回波強度，對回波強度進行分析推算，可建立回波強度和人影作業(yè)用彈的關(guān)系，參考參加作業(yè)炮點的裝備、人員、彈藥情況，可推算出用彈數(shù)量、發(fā)射位置以及仰角角度等相關(guān)參數(shù)。

將多普勒天氣雷達應(yīng)用在人工增雨的過程中，增雨效果和基本反射率有很大的關(guān)系，在基本反射率值增大后，人工降雨效果出現(xiàn)整體增加的趨勢。在基本發(fā)射率值小于20 dBZ的時候，增雨作業(yè)之后會有無雨或者是小雨，而處于20～30 dBZ時，主要是以小雨和小到中雨為主要，占整體的95%，而在基本反射率值大于等于

30 dBZ的時候，中雨以上量級增雨效果次數(shù)會不斷增加。

3.2 在人工防雹中的作用

人工防雹中使用天氣雷達主要是對雷達回波進行分析，在雷達的垂直剖面圖上，雷達回波垂直高度對流云運動強度具有直接的影響，超級單體云垂直發(fā)展越高，其回波頂高度越高，發(fā)展成冰雹的可能性越大。防雹任務(wù)實施要依據(jù)單體類型，針對一些新生單體進行初期催化效果最好，針對一些成熟單體則可以對雹源頭部分進行過量催化作業(yè)。在對獨立單體冰雹云進行作業(yè)的時候，可以選擇在有回波出現(xiàn)的時候，弱單體雹云生命較短，在初始回波出現(xiàn)時，冰雹在云中產(chǎn)生只需要幾分鐘的時間，人工防雹任務(wù)要求快速作業(yè)，防雹任務(wù)需要時間快、位置準。作業(yè)時期應(yīng)在冰雹云形成的初期階段，通常為云中冰雹胚胎形成之前的1～3 S，如等雹胎生成較大時再開展人工防雹作業(yè)，則防雹的效率和效果很差。識別冰雹云強回波強度是60 dBz，在云中強回波區(qū)強度在50 dBz時的人工防雹效果最佳。因此，在人工防雹中，雷達的主要作用是對冰雹云進行探測，運用雷達回波測量冰雹的情況，及時開展防雹任務(wù)。

3.3 在人工消云減雨中的應(yīng)用

新型天氣雷達在人工消云減雨的應(yīng)用主要對云層進行監(jiān)測分析，來開展連續(xù)性的人工消云減雨作業(yè)，對云體發(fā)展進行抑制，通過移動云體抑制形成流云。人工消云，主要是用人工作業(yè)的方式使局部區(qū)域的云層消散，以達到減少降水量的效果。人工減雨是對局地上空降水云系上風方進行連續(xù)催化，使用多種有效的作業(yè)方式改變降水的狀態(tài)和過程，來抑制云層和降雨的發(fā)展，并對降水的過程進行減緩和削弱，對局部地區(qū)的降水分布進行調(diào)配。在進行人工減雨的時候，主要采用提前降水或者在云內(nèi)引發(fā)動力下沉。1）通過天氣雷達監(jiān)測大面積降雨系統(tǒng)的運動情況，確定飛機消云減雨任務(wù)航線，使用飛機進行人工播撒碘化銀。2）通過天氣雷達監(jiān)測上游出現(xiàn)雷雨或者強對流云層時，采用從地面向空中發(fā)射火箭（高炮）進行減雨。新型天氣雷達在完成人工消云減雨任務(wù)后能縮短云體的生命周期，降低回波強度，減少降水回波面積，能夠更好地控制降雨。

4 結(jié)語

人影作業(yè)任務(wù)通過使用天氣雷達，可以對云層云體進行精確監(jiān)測，對含水量進行探測分析，來指揮開展有效的降雨、防雹以及減雨等人影任務(wù)，并對災(zāi)害性的極端天氣進行預(yù)防和限制，來減輕氣象災(zāi)害的損失，為地方防災(zāi)減災(zāi)和經(jīng)濟建設(shè)提供借鑒。

參考文獻：

[1] 王周翔，劉野軍，崔紅，等.基于多普勒雷達的火箭增雨作業(yè)效果分析[J].吉林農(nóng)業(yè)，2017（13）：103.

[2] 曹景一.基于多雷達產(chǎn)品的市縣級人工防雹作業(yè)指揮系統(tǒng)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（5）：237.

（責任編輯：趙中正）