多普勒雷達(dá)資料在西藏地區(qū)增雨作業(yè)中的應(yīng)用

索朗旺堆 扎西頓珠 小格桑卓瑪 益西卓瑪 侯正俊

摘 要 利用日喀則市2017年和2018年汛期（6—9月）83次降水（≥3 mm）天氣過程的多普勒雷達(dá)資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，給出反射率因子、組合反射率及幾種常見的雷達(dá)回波零速度線特征呈“S”型、反“S”型和“弓”型分布特征時對人工增雨作業(yè)潛力分析和作業(yè)條件判別的幾項判據(jù)指標(biāo)，作為西藏日喀則市的人工增雨作業(yè)的決策判別指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 人工增雨;判別指標(biāo);西藏日喀則

中圖分類號：P415.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.18.087

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，多普勒雷達(dá)已經(jīng)在全國各地廣泛運用。多普勒雷達(dá)不僅能精確反映出降水地區(qū)的風(fēng)速、風(fēng)向、云層的厚度以及移動方向的變化，同時還能準(zhǔn)確反映云中反射因子的強(qiáng)度值[1]。目前，隨著西藏氣象現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，新一代多普勒天氣雷達(dá)在西藏的氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用中，發(fā)揮著舉足輕重的作用。由于西藏地區(qū)的人工影響天氣（以下簡稱“人影”）雷達(dá)應(yīng)用起步較晚，大部分人影作業(yè)也以防雹作業(yè)為主，時至今日還未形成多普勒天氣雷達(dá)在人影增雨作業(yè)中的有效應(yīng)用。近年來，隨著各地方政府加大對人工影響天氣工作的重視，在科學(xué)合理開發(fā)空中云水資源的前提下，人工增雨在生態(tài)保護(hù)、改善城市空氣、草場森林滅火、保護(hù)糧食安全、水庫河流蓄水等國家重大戰(zhàn)略部署方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。

基于此，以日喀則市為例，選取2017年和2018年汛期的多普勒雷達(dá)資料，統(tǒng)計分析得出適用于日喀則市的人影增雨作業(yè)指揮中的潛力分析和時機(jī)選擇的判別指標(biāo)。判別指標(biāo)的確定應(yīng)用將極大的提升日喀則市的人影增雨作業(yè)指揮中的準(zhǔn)確性、科學(xué)性、有效性。該判別指標(biāo)也將在今后的人影增雨作業(yè)當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用并不斷加以修改、訂正。

1 資料來源及統(tǒng)計分析

1.1 資料來源

日喀則市氣象局多普勒雷達(dá)，利用2017年和2018年6—9月83次降水天氣過程中的多普勒雷達(dá)回波資料進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

1.2 資料背景及統(tǒng)計分析

2017年和2018年6—9月日喀則市降水天數(shù)共有86天，日最大降水量達(dá)50.2 mm。通過對不同降水云系的分析，發(fā)現(xiàn)日喀則的穩(wěn)定性云系降水天數(shù)為71 d（83%），對流性云系降水天數(shù)為9 d（10%），混合型降水天數(shù)為6 d（7%）。這表明，日喀則市夏季降水云系以穩(wěn)定性降水為主，對流性及混合型云系降水偏少，其主要原因為日喀則處于年初河與雅魯藏布江交匯的河谷地帶，周邊山體高度偏低，不易形成局地對流云。

對日喀則市小時平均降水變化分析，發(fā)現(xiàn)降水量日變化呈較為明顯的單峰型（圖1），且存在小幅度的變化，最低降水量出現(xiàn)在7：00，降水量為0.022 mm，最高降水量出現(xiàn)在21：00，降水量為0.941 mm，降水主要集中在午后至夜間。為提高日喀則市人工增雨效果，對83次降水過程的雷達(dá)回波體掃資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，在降水初步形成時與降水量達(dá)到最大時的反射率因子、組合反射率、徑向速度、云頂高度、云底高度、風(fēng)廓線資料數(shù)據(jù)進(jìn)行著重分析，得出相應(yīng)指標(biāo)。

2 多普勒雷達(dá)參數(shù)的變化特征

2.1 反射率因子和組合反射率特征及判別指標(biāo)

從雷達(dá)數(shù)據(jù)資料中統(tǒng)計分析得知，在83次降水過程中，穩(wěn)定性降水條件下的雷達(dá)反射率變化不大，其中2018年8月5日23：00—6日7：00的穩(wěn)定性系統(tǒng)降水過程中，降水前的雷達(dá)的組合反射率為27.5 dBZ，最大時也僅為37.5 dBZ。相反，對流性云系及混合性降水條件下，雷達(dá)反射率變化較為明顯，其中2017年6月20日17：00—19：00的對流性降水過程中，組合反射率由起初的27.5 dBZ持續(xù)上升，最高達(dá)到52.5 dBZ（圖2）。

通過對83次降水過程中降水前后的雷達(dá)反射率因子及組合反射率進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出日喀則市2017年及2018年汛期降水過程中，降水初步形成時組合反射率平均值在25.7 5dBZ左右，降水強(qiáng)度增強(qiáng)時最大組合反射率平均值在37.74 dBZ左右。由此可初步建立適用于日喀則市的增雨判定指標(biāo)：當(dāng)雷達(dá)的組合反射率達(dá)到25.75～37.74 dBZ時，降水云系處于旺盛發(fā)展階段，此時進(jìn)行人工增雨作業(yè)能使火箭彈的催化效果達(dá)到最佳。

2.2 徑向速度特征分析

多普勒雷達(dá)的徑向速度產(chǎn)品對分析降水云系的增雨潛力、作業(yè)區(qū)的選擇、系統(tǒng)的變化趨勢等宏觀特征有著重要意義，從徑向速度中可以了解到云系的移動方向及速度，結(jié)合風(fēng)場信息（風(fēng)廓線及風(fēng)場反演）產(chǎn)品就能更加精確的了解云團(tuán)內(nèi)部的氣流變化，以便做出精準(zhǔn)的判斷。

2.2.1 “S”型和反“S”型零速度線特征

雷達(dá)資料分析發(fā)現(xiàn)，在71 d的穩(wěn)定性降水過程中多次出現(xiàn)“S”型、反“S”型零速度線特征。

2017年8月9日0：00—6：00的降水天氣過程中，出現(xiàn)徑向速度場中的零速度線通過雷達(dá)站并且呈現(xiàn)對稱的“S”型的分布特征（圖3），經(jīng)過對幾次明顯的零速度線通過雷達(dá)站并且呈現(xiàn)對稱的“S”型的徑向速度特征進(jìn)行總結(jié)分析得出，當(dāng)“S”型零速度線特征出現(xiàn)時，此時雷達(dá)站附近上空風(fēng)向隨高度為順時針旋轉(zhuǎn)，為暖平流，表明雷達(dá)站上空存在上升的暖濕氣流，云系將進(jìn)一步增強(qiáng)發(fā)展[2]。此時，相對應(yīng)的雷達(dá)回波強(qiáng)度也隨時間變化出現(xiàn)了加強(qiáng)，地面的降水量也將出現(xiàn)加強(qiáng)的趨勢，降水云系正處于發(fā)展加強(qiáng)階段，隨后的地面觀測資料也表明降水有所增加，根據(jù)分析得出此時的云系具備較好的增雨作業(yè)條件，可擇機(jī)進(jìn)行人工增雨作業(yè)。

2018年7月14日的降水天氣過程中，徑向速度場中的零速度線通過雷達(dá)站時呈現(xiàn)反“S”型分布特征（圖4），雷達(dá)站附近上空風(fēng)向隨高度為逆時針旋轉(zhuǎn)，為冷平流，表明雷達(dá)站上空存在下沉氣流，云系將持續(xù)減弱消亡[2]。相對應(yīng)的雷達(dá)回波強(qiáng)度也隨時間變化出現(xiàn)了減弱，地面的降水量也出現(xiàn)了減小的趨勢，降水云系處于減弱消散階段，根據(jù)分析得出此時的云系不再具備良好的增雨作業(yè)條件，可根據(jù)實際情況停止作業(yè)。

2.2.2 “弓”型零速度線及風(fēng)廓線變化特征

從資料中分析所知，在83次降水天氣過程中共出現(xiàn)7次“弓”型零速度線經(jīng)過雷達(dá)站的個例，且均出現(xiàn)在大范圍穩(wěn)定性降水中。出現(xiàn)經(jīng)過雷達(dá)站的“弓”型零速度線分布特征對人工影響天氣作業(yè)指揮具有截然不同的兩種意義。

1）2018年7月21日15：00—22日6：00出現(xiàn)了持續(xù)15 h的大范圍穩(wěn)定性降水，此次降水過程總計降水量達(dá)20 mm。

此次降水天氣過程中速度場出現(xiàn)“弓”型零速度線經(jīng)過雷達(dá)站（圖5），分析徑向速度圖的變化，再結(jié)合風(fēng)廓線產(chǎn)品（圖6）及風(fēng)場反演產(chǎn)品，得出此時“弓”型零速度線為輻合流場，即雷達(dá)站附近的風(fēng)場隨高度為順時針變化，易形成暖平流，存在上升暖濕氣流，站點周圍垂直上升運動較強(qiáng)，動力條件充沛，此時大氣層結(jié)的動力條件和熱力條件不穩(wěn)定，有利于動力上升運動進(jìn)一步加強(qiáng)，降水云系在熱力、動力條件下將得到進(jìn)一步發(fā)展旺盛，此時，降水云系具備良好的增雨潛力，可作為開展增雨作業(yè)的判定指標(biāo)[3]。

2）2017年7月3日的降水天氣過程中，也出現(xiàn)“弓”型零速度線經(jīng)過雷達(dá)站（圖7），分析徑向速度變化及風(fēng)廓線產(chǎn)品（圖8），表明此時流場呈輻散趨勢，雷達(dá)站附近低層的風(fēng)向變化呈逆時針變化，低空出現(xiàn)冷平流，而高層風(fēng)向則隨高度呈順時針變化，易形成暖平流，且冷暖平流隨時間逐漸加強(qiáng)，表明此時大氣層結(jié)趨于穩(wěn)定，水汽條件及動力上升條件減弱，之后的雷達(dá)回波圖也顯示，降水云系在此之后逐漸減弱消亡。在大范圍系統(tǒng)性降水過程中若出現(xiàn)輻散型“弓”型零速度線經(jīng)過雷達(dá)站特征變化時，表明此時降水云系不再具備良好的增雨潛力，可作為結(jié)束增雨作業(yè)的一項判定指標(biāo)[3]。

3 結(jié)論與討論

本研究初步建立起適用于日喀則市的多普勒雷達(dá)在人工影響天氣增雨作業(yè)的實時決策指揮應(yīng)用，通過對雷達(dá)反射率因子、組合反射率、徑向速度、風(fēng)廓線、二維風(fēng)場反演等產(chǎn)品的綜合分析，得出相關(guān)判定指標(biāo)。

1）雷達(dá)的組合反射率達(dá)到25.75～37.74 dBZ時，降水云系處于旺盛發(fā)展階段，此時進(jìn)行人工增雨作業(yè)能使火箭彈的催化效果達(dá)到最佳。

2）出現(xiàn)“S”型零速度線通過雷達(dá)站特征時，云系具備較好的增雨作業(yè)條件，可擇機(jī)進(jìn)行人工增雨作業(yè)。

3）出現(xiàn)反“S”型零速度線通過雷達(dá)站特征時，云系不再具備良好的增雨作業(yè)條件，可根據(jù)實際情況停止作業(yè)。

4）輻合“弓”型零速度線經(jīng)過雷達(dá)站時，降水云系具備良好的增雨潛力，可作為開展增雨作業(yè)的判定指標(biāo)。

5）輻散“弓”型零速度線經(jīng)過雷達(dá)站時，降水云系不再具備良好的增雨潛力，可作為結(jié)束增雨作業(yè)的判定指標(biāo)。

不足之處在于，本研究中選取的資料較少，雷達(dá)的組合反射率指標(biāo)在接下來的工作應(yīng)用中有待進(jìn)一步的檢驗訂正。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文.天氣學(xué)原理和方法[M].北京：氣象出版社，1979.

[3] 李紅斌，何玉科，姚展予，等.多普勒雷達(dá)速度場特征在人工增雨作業(yè)中的判據(jù)指標(biāo)應(yīng)用[J].氣象，2008，34（6）：104-105.

（責(zé)任編輯：趙中正）