探析新一代多普勒天氣雷達(dá)在人影作業(yè)中的應(yīng)用

摘要：多普勒天氣雷達(dá)是一種基于多普勒效應(yīng)的新型天氣探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)，能夠精確測(cè)量散射體相對(duì)于雷達(dá)的速度，在一定的條件下能反映出多種大氣流動(dòng)情況和其他極端天氣狀況。通過(guò)闡述新一代多普勒天氣雷達(dá)的工作原理，闡述了該系統(tǒng)在人工影響天氣中的不同應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：多普勒天氣雷達(dá);人影作業(yè);應(yīng)用

引言

隨著現(xiàn)代氣象科學(xué)觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，多普勒天氣監(jiān)測(cè)雷達(dá)在當(dāng)代我國(guó)氣象領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。該天氣監(jiān)測(cè)雷達(dá)不僅能準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)反映出臺(tái)風(fēng)和降水聚集區(qū)域的平均風(fēng)速、風(fēng)向和各種大氣層的溫度變化等等情況，而且同時(shí)還能有效地準(zhǔn)確測(cè)量和計(jì)算出各種氣象雷達(dá)反射效應(yīng)因子的反射強(qiáng)度值及其大小。新一代多普勒天氣監(jiān)測(cè)雷達(dá)的廣泛應(yīng)用給當(dāng)代我國(guó)的危險(xiǎn)性氣象監(jiān)測(cè)和預(yù)警工作開(kāi)展帶來(lái)了極大的便利，在對(duì)極端危險(xiǎn)性天氣的預(yù)警中也是發(fā)揮了重要的作用。

一、新一代多普勒雷達(dá)的工作原理

多普勒天氣雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的強(qiáng)對(duì)流氣象遙感探測(cè)技術(shù)和設(shè)備，在許多發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)得到了深入的研究和應(yīng)用。新一代多普勒雷達(dá)系統(tǒng)是當(dāng)前探測(cè)強(qiáng)對(duì)流和降水的主要傳感器和地面氣象觀測(cè)遙感預(yù)警系統(tǒng)，也是當(dāng)前監(jiān)測(cè)和分析氣象預(yù)警強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害性天氣的主要地面氣象遙感探測(cè)和預(yù)警的設(shè)備和工具之一。新一代多普勒雷達(dá)進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)各種災(zāi)害性天氣和系統(tǒng)特別是強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害性天氣的自動(dòng)識(shí)別和預(yù)警的能力，能夠有效地監(jiān)測(cè)暴雨、冰雹、龍卷風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害性天氣的形成和發(fā)生，定量地估測(cè)大范圍的降水，獲得準(zhǔn)確的降水和降水?dāng)?shù)據(jù)以及云體的準(zhǔn)確風(fēng)場(chǎng)和結(jié)構(gòu)。因此，我們就需要對(duì)新一代的多普勒天氣雷達(dá)的主要工作原理和重要性進(jìn)行了深入的技術(shù)研究和應(yīng)用分析，使得人們對(duì)其主要工作和原理的重要性有了更清晰的理解和認(rèn)識(shí)。

1.1通過(guò)氣象目標(biāo)對(duì)雷達(dá)電磁波的散射和吸收

粒子可以通過(guò)吸收和散射電磁波，這也是電磁波的兩種基本的形式。利用雷達(dá)探測(cè)大氣的電磁波基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是由于氣象探測(cè)目標(biāo)對(duì)于雷達(dá)電磁波的吸收和氣象目標(biāo)散射的計(jì)算所得。如果吸收電磁波的雷達(dá)波束在多普勒大氣系統(tǒng)的傳播途中同時(shí)遇到了云滴、雨滴和其他空氣中懸浮的粒子和影響空氣中水分子在整個(gè)大氣系統(tǒng)中的方向進(jìn)行傳播，作為吸收和入射的雷達(dá)電磁波波束其中的粒子有一部分會(huì)因?yàn)樯鲜龅碾姶挪Ｗ佣环瓷涞讲煌慕嵌群偷胤剑Q為散射。一部分吸收和散射的雷達(dá)天線電磁波波束首先會(huì)被粒子的輻射吸收，最后根據(jù)反射到雷達(dá)的角度和方向自動(dòng)返回被反射到雷達(dá)電磁波接收。

1.2電磁波在大氣中的折射

在接近真空的環(huán)境中由于電磁波的傳播和折射路徑基本上是一條直線，而在大氣中由于各類氣體分子及云霧和雨滴的大量存在，使得放射性的電磁波在干燥的大氣中會(huì)出現(xiàn)折射的現(xiàn)象。電磁波對(duì)大氣的折射主要是包括五種，大氣折射、超折射、臨界折射、負(fù)折射和大氣無(wú)折射，這五種大氣折射與多普勒天氣雷達(dá)波束的折射高度、寬度以及雷達(dá)的俯仰角等各種因素的影響有關(guān)。每一種大氣折射都是由于具有不同的標(biāo)準(zhǔn)電磁波折射波長(zhǎng)，多普勒的天氣雷達(dá)接收站能夠通過(guò)對(duì)上述五種大氣折射的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)多普勒雷達(dá)接收站所收集和觀測(cè)到的大氣折射后數(shù)據(jù)對(duì)電磁波的波束進(jìn)一步的計(jì)算和分析整理，得出相應(yīng)的氣象資料已經(jīng)提交醒相應(yīng)的雷達(dá)和人工設(shè)備進(jìn)行干預(yù)。

1.3電磁波在大氣中的衰減

電磁波的傳播能量衰減隨大氣傳播的路徑逐漸縮短而減弱，這種現(xiàn)象被研究者稱之為電磁波在大氣中的衰減。通常電磁波的衰減與多普勒電磁波發(fā)射波束的路徑長(zhǎng)度衰減成反比，波束的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，衰減的程度越小。其他氣體分子電磁波的大部分能量則被吸收和散射。由于電磁波的能量衰減和散射能夠在很大的程度上減小氣象雷達(dá)系統(tǒng)中的氣體分子回波和散射功率，從而致使氣象雷達(dá)中投射回波的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，新一代多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)能夠很好地利用氣體分子電磁波的這一主要特點(diǎn)通過(guò)分析各類惡劣天氣所折射的氣體分子電磁波和散射波束以及氣體分子電磁波的能量衰減功率情況，得出了氣象雷達(dá)雷達(dá)目標(biāo)的準(zhǔn)確位置和數(shù)據(jù)。

1.4多普勒效應(yīng)

多普勒效應(yīng)一聲波的形式體現(xiàn)，比如一輛火車在高速行駛的情況下，其聲音的頻率會(huì)隨著聲波的壓縮而不斷增加，然而當(dāng)火車基本停止時(shí)，其聲音的頻率又會(huì)隨著聲波的不斷膨脹而不斷減少，這種現(xiàn)象就被稱之為多普勒效應(yīng)。也就是說(shuō)，一個(gè)聲音以20m/s的速度，在較近或者較遠(yuǎn)的距離聽(tīng)會(huì)產(chǎn)生大約800HZ的多普勒頻率移動(dòng)。

因此，多普勒天氣雷達(dá)與其他普通雷達(dá)最大的不同就在于多普勒天氣雷達(dá)不僅能夠準(zhǔn)確提供氣象目標(biāo)的發(fā)射因子，還能提供氣象目標(biāo)的徑向速度和譜寬數(shù)值，這些數(shù)據(jù)在預(yù)警極端天氣中的應(yīng)用十分重要。

二、新一代多普勒雷達(dá)在人影作業(yè)中的應(yīng)用

新一代多普勒雷達(dá)憑借較高的科學(xué)技術(shù)，能夠?qū)μ鞖馇闆r進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，并且在大多數(shù)國(guó)家的天氣監(jiān)測(cè)中都能得到廣泛的應(yīng)用。所以，我們還要對(duì)新一代多普勒天氣雷達(dá)在人影作業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行探究。

2.1 能夠?qū)?zāi)害性天氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警

新一代多普勒天氣監(jiān)測(cè)雷達(dá)在對(duì)各種氣象異常情況進(jìn)行分析和觀測(cè)時(shí)，能夠清晰地向觀測(cè)者提供各種有關(guān)大氣層發(fā)射因子z、譜寬w和徑向速度v的信息和圖像，在這些清晰的圖像里涵蓋了詳細(xì)的各種對(duì)流極端天氣的信息，氣象工作者和人員可以通過(guò)綜合利用上述的圖像，更加準(zhǔn)確、及時(shí)的對(duì)各類極端強(qiáng)對(duì)流天氣異常情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和預(yù)警。強(qiáng)對(duì)流極端天氣最重要的觀測(cè)數(shù)據(jù)之一就是對(duì)回波擾動(dòng)強(qiáng)度的準(zhǔn)確判斷，新一代多普勒天氣監(jiān)測(cè)雷達(dá)圖像中的譜寬和徑向速度也非常能有效的準(zhǔn)確判斷各類極端強(qiáng)對(duì)流天氣中有關(guān)大氣層的異常情況，這主要是因?yàn)閺?qiáng)對(duì)流極端天氣的異常出現(xiàn)和其發(fā)展往往與氣流的擾動(dòng)強(qiáng)度、輻散和大氣層的旋轉(zhuǎn)等多種因素的影響有關(guān)，這些都可以認(rèn)為是我們識(shí)別各類極端強(qiáng)對(duì)流天氣的有力工具和依據(jù)。

2.2 多普勒天氣雷達(dá)對(duì)極端氣象的干預(yù)

多普勒天氣雷達(dá)采用的多普勒信號(hào)處理技術(shù)和自動(dòng)產(chǎn)生災(zāi)害性天氣警報(bào)的能力，有效地識(shí)別強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)，并隨時(shí)發(fā)布警報(bào)，也可為人工增雨、消雹作業(yè)提供科學(xué)依據(jù)。

2.3 定量估測(cè)大范圍降水

氣象工作者根據(jù)多普勒天氣雷達(dá)當(dāng)?shù)鼗夭ǖ膹?qiáng)度與降水量之間的比值，儀表階段性的雨水的分布， 一般的情況下，回波強(qiáng)度在5dBz-18dBz就有不定量的降水情況的發(fā)生，在18dBz-30dBz這一個(gè) 階段就會(huì)有強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴產(chǎn)生。對(duì)于不同地域可以根據(jù)各個(gè)地區(qū)的降水情況進(jìn)行綜合分析。

結(jié)語(yǔ)

如上所述，新一代的多普勒天氣監(jiān)測(cè)雷達(dá)廣泛應(yīng)用于氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)等工作中，天氣監(jiān)測(cè)雷達(dá)能夠準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)天氣，還可以為人工影響的天氣和人工作業(yè)的監(jiān)測(cè)提供非常可靠的天氣監(jiān)測(cè)依據(jù)，近年來(lái)在研究和指導(dǎo)人工影響的降雨和對(duì)環(huán)境變化影響評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)工作等天氣監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用中有著重要而不可替代的作用和地位，我們可以充分借鑒目前國(guó)際上先進(jìn)的新一代多普勒天氣監(jiān)測(cè)雷達(dá)的設(shè)備和技術(shù)，提高了我國(guó)的天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)水平，更好、更快地對(duì)氣象災(zāi)害性的天氣事件進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)預(yù)警。

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作者簡(jiǎn)介：李珂（1979-）男，漢族，河南永城人，本科學(xué)歷，工程師，從事天氣雷達(dá)機(jī)務(wù)保障研究工作。