新一代天气雷达在人工增雨作业中的应用分析

新一代天气雷达在人工增雨作业中的应用分析

陈熹龙平

（贵州省黔南州气象局，贵州都匀558000）

摘要：本文重点分析新一代天气雷达在人工增雨作业中应用，以增强天气雷达产品在人工影响天气工作中利用率，推动气象防灾减灾顺利开展。

关键词：新一代天气雷达；人工增雨作业；应用；分析

引言

新一代天气雷达自身空间分辨率及探测灵敏度水平较高，受到各级气象部门广泛应用。目前，国内外越来越多专家和气象学者加大对新一代天气雷达产品应用研究，并取得诸多成果。自各级气象部门投入使用新一代天气雷达以来，获取大量监测资料，结合新一代天气雷达产品在人工增雨作业中积累了丰富经验。将雷达产品传输至人工增雨作业指挥系统中，作业指挥中心结合作业云方位、云厚、云高、移向速度、距离等观测信息及输入作业点位置，自动获取作业方位、距离及仰角，为科学开展人工增雨作业提供可靠保障。因此，本文着重对新一代雷达在人工增雨作业中应用分析，为提升气象部门人工影响天气及气象防灾减灾水平提供可靠气象服务保障。

1通过新一代天气雷达报警设置功能确定作业点警戒区

新一代天气雷达具备迭加电子地图功能，即在电脑显示终端（PUP）屏幕上能迭加显示半径为300KM的以雷达站为中心电子地图。凭借该功能，能对雷达地形图编辑。雷达探测范围内人工增雨点在地图上标记，编辑后地图以另一个名称保存。设置报警区域：在PUP界面菜单中选取报警设置，火箭作业点画一个半径为6000m圆，高炮作业点绘制一个半径为5000m圆，借助鼠标把圆内网格点为红色，红色区域便为雷达自动报警区域，即作业警戒区域。人工增雨作业开展期间，使用编辑地图代替并迭加在雷达产品图上。设置观察的回报产品强度报警阈值为20db。当雷达观察到强度＞20db回波进到警戒区时，会自动报警并可第一时间自动通知人工增雨作业指挥系统，指挥人员将按照指挥系统工作提示信息及时通知作业现场准备作业。

2利用新一代天气雷达资料确定作业云区

2.1春季作业

在人工增雨作业中，为使碘化银成冰核作用得到有效发挥，凭借科学作业方式，把碘化银播撒至云中-4～-15℃，可取得理想作业效果。春季0℃层很低，黔南州为300-4500m,火箭易把碘化银播撒至0℃层以上，但因春季属层状云降水，云层较薄，易形成过云顶作业。具体作业中应结合观测降水云层厚度,选定云体中上部当成作业云区。分析层状云降水雷达回波,0℃层亮带为一个很有价值参数,结合天气雷达探测仰角α及亮带产生斜距L,易获取0℃层亮带产生高度H。

H=h+L×sinα+L2cos2α/17000

其中，h表示雷达天线海拔高度,后1项属地球曲率订正项，这里还应考虑作业点和雷达站海拔高度差。

2.2秋季作业

秋季0℃层较高,黔南州平均高一般为5500～6000m,在5000m水平距离内，火箭仍能够在0℃层以上散播碘化银。因为秋季大都为对流云，云体发展非常高，尤其积雨云期，高仰角发射往往不会打到云外。若云体不厚，则有必要采用雷达观测提供云顶高度，以确保在云层中上部作业。若作业云与作业点间距超过5000m，则火箭将无法把碘化银撒在0℃层以上。此时应考虑云中上升气流作用。借助云中上升气流把将碘化银引至0℃层以上。

秋季,当对流降水云团发生多次对流降水时，对流降水云团通常在上升气流区，后面是沉降气流区。在雷达回波图上，上升气流区域云顶较高，所以采取回波顶高产品，易确定对流旺盛区。对于层状云降水回波，回波结构相对均匀，顶部平坦，底部靠近地面，无显著上升气流区，0℃层能通过0℃层亮带确定。针对块状对流云团，还很难获悉雷达回波上亮带高度。可通过采取垂剖面图中前悬架回波中心轴线粗略对0℃层确定。

3用新一代天气雷达资料确定作业方位角、仰角

3.1作业方位角

作业方位角应该结合降水云团来向确定,在确定作业点基础上，选取进入作业区云团最高位置，在雷达屏幕上对方位角α及径向距离R直接读取,炮点所处区域方位角β及径向距离r,由图能获取作业方位角θ及作业距离L。如图1中A属雷达站位置,B为炮点位置,C属作业云体位置。结合三角形角边关系得出:

L2=R2+r2-2Rrcos(β+α)

φ=arcos(L2+r2-R2)/(2Lr))

θ=180+φ+β

作业云及作业炮点在别的方位均能够按照这类方法计算，由上述方法计算获取发射方位角θ是以正北为0度计算。在实际作业过程中若被横向风所影响,应结合风情对方位角参数修正，相关理论及实践均表明，风向和发射方向交角越接近垂直,爆炸点偏离愈远,则风速愈大,偏离愈远。

图1作业点、雷达站、作业云三者关系

3.2作业仰角

采取新一代天气雷达资料可确定降水云高、云厚和云中0℃层高度、云体移动速度、方向及移动速度等。结合作业云-4℃～-15℃高度Hy,(雷达图上发展高度超过6000m回波体中上部),或对流云上升气流区最大可作业的高Hy，炮点海拔高度Hp,考虑到炮弹自由落体运动,便能获取作业仰角ψ。

从H=Hy-Hp=V02sin2ψ/(2g)能够推出:ψ=arcsin(sqr(2gH/V02)

V0表示火箭发射初速度,通常处于300～400m/s,g表示重力加速度，H表示炮弹发射最大相对高度，也就是碘化银播撒点高度和火箭炮区域高度差。通过上式可知,炮弹发射高度同水平距离无关，由发射初速度及发射仰角确定，发射角和水平距离呈反比；水平距离固定,高度和发射角呈正比。事实上，因火箭燃烧播撒时间固定,发射初速度无法调整，如此仅考虑作业高度及仰角还不行，还应考虑可作业云水平宽度。通常0℃层较低，发射仰角较小，作业点水平距离大；0℃层高度高,发射仰角大,则作业点水平距离小。因而，在人工增雨作业时还应考虑云体水平宽度及云高、云宽，确保作业至云中有效位置。

4利用雷达回波确定择作业时间

结合对雷达回波演变情况分析，选取回波强度＞20db，回波强度正增加，回波顶及水平范围正发展时刻开展人工增雨作业，效果会更好。若回波为减弱期，云体变薄，水汽条件变差，对流云受下沉气流所控制。此时，碘化银难以送至0℃层以上，且不能实现人工增雨效果。雷达图上，若在作业区内有两个回波合并，则合并开始时进行人工增雨作业，此时会取得较好效果。

5作业效果检验

因为新一代天气雷达连续观测，回波演变清晰，可通过作业前后雷达回波强度变化检验人工增雨效果。人工增雨结束后，回波顶部高增加，或回波强度增加，亦或回波覆盖范围变大，作业可视为有效。相反，若人工增雨后，回波顶高、回波强度及回波覆盖范围均未产生显著变化，或如果它们变得更弱或更低，说明人工增雨作业未产生效果。

参考文献

[1]王永亮,田广元,房彬.新一代天气雷达在人工增雨作业中的应用[A].中国气象学会2006年年会“人工影响天气作业技术专题研讨会”分会场论文集，2006，10.

[2]白先达，陈博杰，张瑞波.新一代天气雷达在人工增雨作业中的应用[J].广西气象，2005（3）.