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(shì)下，很多地方的極端災(zāi)害性天氣頻繁發(fā)生，如長(zhǎng)時(shí)間干旱高溫、暴雨洪澇和大顆粒冰雹等，嚴(yán)重影響了人們的生存環(huán)境。由于地理?xiàng)l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(duì)人工影響天氣需求迫切。基于此，在分析新型天氣雷達(dá)工作原理和用途的基礎(chǔ)上，分析了新型天氣雷達(dá)在湘潭人影任務(wù)中的地位，最后分析了新型天氣雷達(dá)在人影任務(wù)中應(yīng)發(fā)揮的關(guān)鍵作用，希望能夠?yàn)榈胤椒罏?zāi)減災(zāi)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞 天氣雷達(dá)；人影任務(wù)；地位；作用

中圖分類號(hào)：P48 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.18.086

我國(guó)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(shí)間長(zhǎng)、范圍大，導(dǎo)致洪澇災(zāi)害嚴(yán)重[1]。而雨季過后氣候轉(zhuǎn)變很快，長(zhǎng)時(shí)間干旱、高溫天氣緊接而來，這些氣象災(zāi)害對(duì)當(dāng)?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(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，許多支流干涸，大半農(nóng)田顆粒無收，當(dāng)?shù)厝擞安块T配合地方政府利用新型天氣雷達(dá)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(dá)的工作原理和用途

新型天氣雷達(dá)是新一代多普勒天氣雷達(dá)，是探測(cè)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(shí)，大部分能量會(huì)繼續(xù)前進(jìn)，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(dá)天線，根據(jù)雷達(dá)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(qiáng)度及危害程度，可提前監(jiān)測(cè)強(qiáng)對(duì)流天氣，開展氣象預(yù)報(bào)預(yù)警等業(yè)務(wù)。新型天氣雷達(dá)通過分析降水粒子對(duì)電磁波吸收和散射的過程，主要測(cè)量降水目標(biāo)的回波強(qiáng)度，還測(cè)量降水目標(biāo)沿雷達(dá)的徑向運(yùn)動(dòng)速度和速度譜寬等特征，是監(jiān)測(cè)與預(yù)警強(qiáng)對(duì)流天氣（暴雨、冰雹、大風(fēng)等）的主要技術(shù)手段之一，也可對(duì)降雨云等小尺度強(qiáng)天氣現(xiàn)象進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和識(shí)別，指導(dǎo)當(dāng)?shù)厝擞白鳂I(yè)部門適時(shí)開展作業(yè)[2]。

2 新型天氣雷達(dá)在湘潭人影任務(wù)中的地位

新型天氣雷達(dá)通過運(yùn)用雷達(dá)技術(shù)和功能，可以對(duì)降雨云等小尺度強(qiáng)天氣現(xiàn)象進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，識(shí)別距離在

150 km以上，然后精確跟蹤其運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)，并準(zhǔn)確指導(dǎo)當(dāng)?shù)厝擞白鳂I(yè)部門適時(shí)開展作業(yè)，將可能飄移的降雨云及時(shí)催化成液態(tài)雨， 通過分析雷達(dá)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(dá)在監(jiān)測(cè)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(dá)對(duì)災(zāi)害性天氣具有較強(qiáng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力，對(duì)臺(tái)風(fēng)、暴雨等大范圍降水天氣的監(jiān)測(cè)距離在400 km以上，對(duì)雹云、中氣旋等小尺度強(qiáng)天氣現(xiàn)象的有效監(jiān)測(cè)和識(shí)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(zhǔn)備狀態(tài)，而新型天氣雷達(dá)能提前預(yù)報(bào)12 h以上天氣信息，為當(dāng)?shù)厝擞白鳂I(yè)指揮部門提供詳實(shí)的天氣信息，為人影作業(yè)人員提供了充足的準(zhǔn)備時(shí)間，為人影作業(yè)決策提供了精準(zhǔn)的信息資源。新型天氣雷達(dá)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(dá)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(dá)在汛期24 h連續(xù)運(yùn)行，每6 min的雷達(dá)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(dá)，將小尺度強(qiáng)天氣現(xiàn)象運(yùn)動(dòng)特征和規(guī)律清晰地反映給天氣預(yù)報(bào)員等業(yè)務(wù)工作人員。在實(shí)際人影作業(yè)中，人影作業(yè)指揮員與天氣預(yù)報(bào)員密切配合，預(yù)報(bào)員及時(shí)分析預(yù)測(cè)天氣現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)方向和速度，來指導(dǎo)人影作業(yè)隊(duì)伍的行動(dòng)，并為人影作業(yè)強(qiáng)度提供參考意見：精準(zhǔn)人影作業(yè)需要精準(zhǔn)的作業(yè)方向、高度、強(qiáng)度等信息，為精準(zhǔn)化人影作業(yè)提供了精準(zhǔn)指揮。新型天氣雷達(dá)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(dá)在湘潭人影任務(wù)中的作用

新一代多普勒天氣雷達(dá)，在人影任務(wù)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，主要對(duì)降水系統(tǒng)空間分布與結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，對(duì)降水系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行跟蹤警戒。雷達(dá)波長(zhǎng)范圍在1～10 cm，可應(yīng)用在探測(cè)臺(tái)風(fēng)、暴雨以及冰雹等方面。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，天氣雷達(dá)的探測(cè)技術(shù)功能也在不斷升級(jí)完善。

3.1 在人工降雨中的作用

天氣雷達(dá)使用在人工降雨的人影任務(wù)中，主要是對(duì)降水云體垂直方向含水量做測(cè)量工作，來預(yù)測(cè)強(qiáng)對(duì)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(dá)到形成降雨的效果。新一代多普勒天氣雷達(dá)具有探測(cè)范圍大、精確度高以及長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行等特點(diǎn)，可對(duì)云層進(jìn)行探測(cè)，來分析云層含水量，并對(duì)可作業(yè)降雨云的體積和水含量進(jìn)行測(cè)算，來估算降雨量。新一代多普勒天氣雷達(dá)利用雷達(dá)的基本反射率、平均徑向速度和譜寬等基本要素，來測(cè)算反射回波的強(qiáng)度，還通過探測(cè)炮點(diǎn)周圍云體回波強(qiáng)度，對(duì)回波強(qiáng)度進(jìn)行分析推算，可建立回波強(qiáng)度和人影作業(yè)用彈的關(guān)系，參考參加作業(yè)炮點(diǎn)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(dá)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(shì)。在基本發(fā)射率值小于20 dBZ的時(shí)候，增雨作業(yè)之后會(huì)有無雨或者是小雨，而處于20～30 dBZ時(shí)，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(shí)候，中雨以上量級(jí)增雨效果次數(shù)會(huì)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(dá)主要是對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行分析，在雷達(dá)的垂直剖面圖上，雷達(dá)回波垂直高度對(duì)流云運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度具有直接的影響，超級(jí)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(shí)施要依據(jù)單體類型，針對(duì)一些新生單體進(jìn)行初期催化效果最好，針對(duì)一些成熟單體則可以對(duì)雹源頭部分進(jìn)行過量催化作業(yè)。在對(duì)獨(dú)立單體冰雹云進(jìn)行作業(yè)的時(shí)候，可以選擇在有回波出現(xiàn)的時(shí)候，弱單體雹云生命較短，在初始回波出現(xiàn)時(shí)，冰雹在云中產(chǎn)生只需要幾分鐘的時(shí)間，人工防雹任務(wù)要求快速作業(yè)，防雹任務(wù)需要時(shí)間快、位置準(zhǔn)。作業(yè)時(shí)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(shí)再開展人工防雹作業(yè)，則防雹的效率和效果很差。識(shí)別冰雹云強(qiáng)回波強(qiáng)度是60 dBz，在云中強(qiáng)回波區(qū)強(qiáng)度在50 dBz時(shí)的人工防雹效果最佳。因此，在人工防雹中，雷達(dá)的主要作用是對(duì)冰雹云進(jìn)行探測(cè)，運(yùn)用雷達(dá)回波測(cè)量冰雹的情況，及時(shí)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(dá)在人工消云減雨的應(yīng)用主要對(duì)云層進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，來開展連續(xù)性的人工消云減雨作業(yè)，對(duì)云體發(fā)展進(jìn)行抑制，通過移動(dòng)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(dá)到減少降水量的效果。人工減雨是對(duì)局地上空降水云系上風(fēng)方進(jìn)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(duì)降水的過程進(jìn)行減緩和削弱，對(duì)局部地區(qū)的降水分布進(jìn)行調(diào)配。在進(jìn)行人工減雨的時(shí)候，主要采用提前降水或者在云內(nèi)引發(fā)動(dòng)力下沉。1）通過天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)大面積降雨系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況，確定飛機(jī)消云減雨任務(wù)航線，使用飛機(jī)進(jìn)行人工播撒碘化銀。2）通過天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)上游出現(xiàn)雷雨或者強(qiáng)對(duì)流云層時(shí)，采用從地面向空中發(fā)射火箭（高炮）進(jìn)行減雨。新型天氣雷達(dá)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(qiáng)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(dá)，可以對(duì)云層云體進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)，對(duì)含水量進(jìn)行探測(cè)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(duì)災(zāi)害性的極端天氣進(jìn)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(jì)建設(shè)提供借鑒。

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（責(zé)任編輯：趙中正）