多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用

多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用

孙涛

延安市气象局 716000

摘要：多普勒天气雷达不仅能够提供雷达反射因子强度值，而且还提供反映降水云区的风向、风速和流场结构，提供风随高度的变化，通过分析可以确定辐合、辐散的位置，确定上升气流和下沉气流的位置，确定雹胚生成和降雹的位置。多普勒天气雷达的使用，将会进一步改进和提高观测能力。本文通过解释多普勒天气雷达的工作原理，阐明该系统在人工影响天气中的不同应用。

关键词：多普勒天气雷达；气象监测；人工影响天气

多普勒天气雷达是以多普勒效益为基础，并且能够将散射体相对于雷达的速度进行精确刚定的新型气象监测雷达系统，这种雷达系统能够在一定的条件下反映出多种大气流动情况和其他极端天气状况，新一代多普勒天气雷达能够提供的实时大气监测信息，可为开展人工影响天气作业、开发空中水资源、防灾抗灾等提供及时有效的监测信息。目前，我国在人工影响天气的研究和业务应用中，除了少数地区使用多普勒天气雷达外，大部分地区主要使用数字化常规天气雷达或一般的常规天气雷达。这种雷达在人工增雨和人工防雹作业中有其局限性。随着国民经济的发展，我国将逐步地用多普勒雷达代替常规天气雷达，这就为多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用提供了条件。与常规气象雷达相比，多普勒天气雷达在监测降水、定量估算降水量等方面具有较大优势，既能提供丰富的探测信息，对降水风暴的结构和识别更为明确和清晰，其多种产品还可直接或间接应用于人工影响天气作业中。

1多普勒雷达工作原理

多普勒雷达是目前世界上最先进的天气监测设备，并且已经在很多国家得到深人应用，因此，下面我们就多普勒雷达的工作原理进行深人分析和研究，以便能够使人们对其工作原理有着更为清楚的认识。

1.1通过气象目标对雷达电磁波的散射和吸收

粒子能够对电磁波进行吸收和散射，这也是粒子对电磁波的两大基本形式。雷达探测大气的基础是由气象目标对雷达电磁波的吸收和散射所得。如果电磁波的波束在大气传播途中遇到包括云滴、雨滴以及其他悬浮粒子和空气分子，作为人射的电磁波波束中的有一部分会因为上述的粒子反射到不同地方，这类现象称之为散射。一部分散射的电磁波波束会被粒子吸收，最终按照雷达的方向返回被雷达天线接收，多普勒天气雷达能够通过接收到的电磁波束中自带的振幅和位相等数据，得出气象目标的平均速度以及发射率因子和速度谱宽等基本数据，进而推断并计算出相对应的气象情况和其他内部结构特征。

1.2电磁波在大气中的折射

在真空环境下电磁波的传播路径是直线，而在大气中由于各类气体分子及云雨滴的存在，使得电磁波在大气中会出现折射现象。大气折射主要包括标准折射、超折射、临界折射、负折射以及无折射，这五种折射均与雷达波束的高度、宽度以及仰角等因素有关。每一种折射都有不同的回波强度和径向速度，这些回波强度反映出不同的电磁波波长，多普勒天气雷达能够通过对上述五种折射的分析，通过对雷达接收站所收集到的折射后电磁波波束进一步的计算和整理，得出相应的气象资料以进行相应的人工干预。

1.3多普勒效应

多普勒效应以声波的形式体现，比如一辆火车在高速行驶的情况下，其声音的频率会随着声波的压缩而不断增加，然而当火车接近停止时，其声音的频率则会由于声波的膨胀而不断减少，这种现象称之为多普勒效应。换言之，一个声音以20m/s的速度，在较近或较远的距离听会产生大约800HZ的多普勒频率移动。多普勒天气雷达所发射的电磁波相比声波的频率高，并且是以光速的形式进行传播，通常该雷达不是直接对多普勒频移测量，而是通过往返脉冲对之间的差值得到气象目标的径向速度。正因如此，多普勒天气雷达与其他普通雷达最大的不同之处，在于多普勒天气雷达不仅能够准确提供气象目标的发射率因子，还能提供气象目标的径向速度和谱宽数值，这些数据在预警极端天气时是十分必要的。

2多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用

多普勒天气雷达凭借自身较高的科学技术，能够对天气情况进行准确的预测，并且已经在很多国家的天气监测中得到广泛应用，因此，下面我们就多普勒天气雷达在人工影响天气中的重要应用进行深人分析和研究，以便使人们能对其有着更为详细、深人的了解。

2.1人工增雨

常规天气雷达只能提供反映宏观反射因子Z强度值，这种强度值的水平和垂直分布，对于人工增雨作业时间和位置的选择是有一定参考价值的。多普勒天气雷达不仅能提供反射因子Z强度值，而且能提供降水系统内的流场信息。因此，多普勒天气雷达在人工增雨飞行播撒作业中，由于考虑了降水的动力结构，会更加合理和更科学地进行作业。

2.2遥测并监视云带和降水

对云带和降水进行遥测监视，以便了解其物理结构和特征，作为选定作业区域、对象、有效方法以及开展试验与具体实施作业的依据。

2.3提供详细风场信息

多普勒天气雷达不仅能够及时的通过径向速度获得风向以及风力的分布图，详细辨别强对流大气，而且能够得出精确的风场信息(即廓线图)。风廓线雷达通过向高空放射不同方向的电磁波波束，这些电磁波波束在大气中被折射后被重新收集到风廓线雷达所得出的图形，称之为廓线图。风廓线雷达利用多普勒效益探测大气中的风向和风速信息，具有全自动和探测时空分辨率高的两大优势，通过风廓线雷达得到的廓线图能够准确分析出不同高度中不同的风向和风力大小，对检测大风灾害有着十分重要的作用。

2.4实时指挥作业

通过对实时雷达观测资料的分析，引导和指挥人工增雨催化作业。如根据实时雷达资料选择有利的催化部位和高度，按回波移向、移速，结合降水实况判断天气系统的发展变化，采取有针对性的催化作业措施。

3结语

综上所述，多普勒天气雷达在气象监测等工作中被普遍运用，该天气雷达既能够准确预报天气情况，还能为人工影响天气作业提供十分可靠的依据，近年来对指导人工降雨和环境评介等多个领域都有着不可替代的地位，我们可以学习借鉴国际中先进的多普勒天气雷达技术，不断提升我国雷达水平，更好、更快的对灾害性天气监测预警。

参考文献:

[1]陈进强.单部多普勒天气雷达在业务上的应用.见:中国气象科学研究院中尺度气象研究所主编.中尺度气象文集.北京:气象出版社.1993.329-332

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[4]陈进强.单部久普勒天气雷达在业务上的应用[J].气象科学，2012(09).