吳萍 鄧志強(qiáng)

摘 要： 本文介紹了阿克蘇人工防雹工作中使用的新一代多普勒天氣雷達(dá)和X波段雙偏振多普勒天氣雷達(dá)的防雹觀測(cè)技術(shù)，探討如何使用雷達(dá)實(shí)時(shí)觀測(cè)模式結(jié)合雷達(dá)產(chǎn)品應(yīng)用識(shí)別雹云，對(duì)人工防雹工作中如何綜合應(yīng)用雷達(dá)觀測(cè)技術(shù)方法有借鑒作用，可提高阿克蘇天氣雷達(dá)精細(xì)化觀測(cè)冰雹云能力。

關(guān)鍵詞： 雷達(dá)觀測(cè)技術(shù);方法;產(chǎn)品應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】S16 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.40.164

1 天氣雷達(dá)觀測(cè)技術(shù)在阿克蘇人工防雹中重要性

阿克蘇地區(qū)是南疆重要糧、棉產(chǎn)區(qū)，冰雹是當(dāng)?shù)刈畛Ｒ?jiàn)自然災(zāi)害，給地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成很大損失。由于冰雹云是中小尺度天氣，常規(guī)氣象觀測(cè)難以捕捉到其發(fā)生發(fā)展和演變?nèi)^(guò)程，阿克蘇兩部天氣雷達(dá)在探測(cè)中小尺度天氣尚具有高時(shí)效、真實(shí)性、準(zhǔn)確率、多維特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，可有效監(jiān)測(cè)中小尺度天氣系統(tǒng)產(chǎn)生、發(fā)展、成熟和消亡全過(guò)程，快速高效獲取雹云回波強(qiáng)度、速度、位置、形態(tài)、移向、移速等與雹云相關(guān)信息，為人影防雹作業(yè)提供有應(yīng)用價(jià)值數(shù)據(jù)，對(duì)人工防雹作業(yè)預(yù)警、部署、決策至關(guān)重要。

2 阿克蘇人工防雹工作雷達(dá)觀測(cè)技術(shù)

2.1 阿克蘇人工防雹工作雷達(dá)觀測(cè)技術(shù)介紹

利用天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)冰雹天氣（中小尺度）過(guò)程，能準(zhǔn)確了解雹云生消情況，是冰雹等災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)和人工影響天氣理論研究以及各種氣象災(zāi)害預(yù)警、評(píng)估、預(yù)防方法的主要基礎(chǔ)應(yīng)用。目前阿克蘇在人影防雹工作中主要使用X波段雙偏振多普勒天氣雷達(dá)進(jìn)行雷達(dá)實(shí)時(shí)（固定仰角平面掃描PPI、固定方位垂直掃描RHI）觀測(cè)，同時(shí)運(yùn)用阿克蘇新一代多普勒天氣雷達(dá)（國(guó)家天氣雷達(dá)組網(wǎng)）雷達(dá)體掃（全方位、多仰角、立體式）觀測(cè)，結(jié)合兩部雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品綜合分析防雹作業(yè)，實(shí)現(xiàn)人影防雹指揮作業(yè)。

2.1.1 X波段雙偏振多普勒天氣雷達(dá)的觀測(cè)技術(shù)

冰雹天氣具有運(yùn)動(dòng)尺度較小、突發(fā)性、局地性、生命短特點(diǎn)，對(duì)雷達(dá)觀測(cè)時(shí)效性、實(shí)時(shí)性要求高。阿克蘇防雹工作主要采用X波段雙偏振多普勒天氣雷達(dá)實(shí)時(shí)（PPI、RHI）掃描模式觀測(cè)，可及時(shí)有效觀測(cè)到防雹作業(yè)目標(biāo)云體回波形態(tài)、位置、強(qiáng)度和云體垂直結(jié)構(gòu)、云內(nèi)粒子雙偏振參數(shù)變化，用于分析雹云不同發(fā)展階段回波強(qiáng)度、垂直結(jié)構(gòu)和偏振特性之間關(guān)系，對(duì)判別雹云特征、對(duì)流云能否持續(xù)發(fā)展、監(jiān)測(cè)跟蹤識(shí)別冰雹云和識(shí)別有冰雹區(qū)域、及時(shí)發(fā)現(xiàn)防雹作業(yè)時(shí)機(jī)和部位選取等十分有用。如根據(jù)雙偏振多普勒天氣雷達(dá)實(shí)時(shí)（PPI、RHI）模式掃描觀測(cè)，可及時(shí)觀測(cè)目標(biāo)云體并獲取云體回波頂高、強(qiáng)中心強(qiáng)度、負(fù)溫度層厚度、強(qiáng)回波中心高度及云內(nèi)霰粒子密度分布等指標(biāo)，參照雹云判別因子經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，分析目標(biāo)回波，準(zhǔn)確識(shí)別降水回波類型，提前對(duì)防雹作業(yè)預(yù)警，判斷作業(yè)指標(biāo)（回波外形結(jié)構(gòu)上具有鉤狀、指狀、V 形缺口、穹隆回波、強(qiáng)回波墻等特征;回波頂高>9km;強(qiáng)同波（30dbz）頂高>7km;回波強(qiáng)度>50dBz），得出有效防雹作業(yè)判斷。我站雙偏振雷達(dá)實(shí)時(shí)（PPI、RHI）掃描模式，補(bǔ)充了新一代雷達(dá)體掃描方式的觀測(cè)采樣時(shí)間長(zhǎng)、垂直結(jié)構(gòu)產(chǎn)品分辨率較低的缺點(diǎn)。

2.1.2 新一代多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)技術(shù)

阿克蘇人工防雹工作中，使用新一代多普勒天氣雷達(dá)采用連續(xù)體掃描模式實(shí)時(shí)觀測(cè)，全方位、立體地顯示云體回波強(qiáng)度、速度、譜寬，及時(shí)了解云體強(qiáng)度和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，有效監(jiān)測(cè)中小尺度天氣系統(tǒng)產(chǎn)生、發(fā)展、成熟、消亡全過(guò)程，結(jié)合新一代雷達(dá)二次產(chǎn)品應(yīng)用，進(jìn)一步分析冰雹云產(chǎn)生條件和演變規(guī)律，判斷云體未來(lái)發(fā)展?fàn)顩r。如對(duì)于觀測(cè)颮線、陣風(fēng)鋒等短時(shí)強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)，用雷達(dá)體掃觀測(cè)技術(shù)識(shí)別和追蹤冰雹云發(fā)展、演變過(guò)程十分有效。豐富的雷達(dá)產(chǎn)品（R強(qiáng)度、V速度、CR組合反射率、VIL垂直累積液態(tài)水量、STI風(fēng)暴跟蹤信息、STP風(fēng)暴總累積降水量等）能反演出雹云發(fā)展過(guò)程變化，及時(shí)做出預(yù)警信息，判斷對(duì)流云能否持續(xù)發(fā)展、判別防雹作業(yè)時(shí)機(jī)，補(bǔ)充了我站雙偏振雷達(dá)實(shí)時(shí)（PPI、RHI）掃描觀測(cè)采樣連續(xù)性差、立體空間采樣不足缺點(diǎn)。

3 阿克蘇人工防雹作業(yè)雷達(dá)觀測(cè)方法

3.1 防雹作業(yè)中雹云早期識(shí)別的雷達(dá)觀測(cè)方法

雷達(dá)要在冰雹形成初期識(shí)別雹云“初始回波”，甄選雹云初始回波時(shí)，依據(jù)位于0℃層附近初始回波及回波強(qiáng)度<30DBZ初始回波，還有回波頂高變化快慢作為對(duì)雹云早期作業(yè)判別指標(biāo)。阿克蘇防雹工作使用新一代天氣雷達(dá)連續(xù)體掃跟蹤觀測(cè)發(fā)現(xiàn)冰雹云初始回波，雷達(dá)產(chǎn)品“CR”（快速獲取不同高度強(qiáng)度中心位置、高度值）有效判別雹云初始回波，結(jié)合雙偏振雷達(dá)實(shí)時(shí)掃描（RHI）對(duì)同一塊目標(biāo)云回波跟蹤，分析發(fā)展演變過(guò)程中垂直結(jié)構(gòu)變化，有效篩選出防雹作業(yè)目標(biāo)云初始回波，提前進(jìn)行防雹作業(yè)預(yù)警。

3.2 防雹作業(yè)過(guò)程雷達(dá)觀測(cè)方法

雹云識(shí)別為多參數(shù)識(shí)別問(wèn)題，使用雷達(dá)觀測(cè)技術(shù)識(shí)別和追蹤強(qiáng)對(duì)流云發(fā)展、演變過(guò)程，并通過(guò)雷達(dá)精細(xì)化觀測(cè)分析，才能判斷防雹作業(yè)所需參數(shù)指標(biāo)。如雷達(dá)觀測(cè)到初始回波后，對(duì)初始回波不同部位進(jìn)行垂直結(jié)構(gòu)的RHI（變換不同仰角）掃描追蹤觀測(cè)、分析發(fā)展演變情況，再結(jié)合這兩部雷達(dá)產(chǎn)品（R、V、CR、VIL、CS、偏振參數(shù)相態(tài)產(chǎn)品等）特點(diǎn)和功能，及時(shí)加入風(fēng)場(chǎng)信息（最大上升氣流速度高度、SWS強(qiáng)天氣切變及速度分析、CS組合切變分析）和云內(nèi)粒子相態(tài)變化信息（霰粒子變化量、密度部位等）綜合分析，可發(fā)現(xiàn)對(duì)流云體不同發(fā)展階段演變及雹云識(shí)別特征確定為作業(yè)目標(biāo)云，再結(jié)合當(dāng)時(shí)氣象條件要素（0℃層和-20℃層高度、溫度、水汽條件等）觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合判別，才能定性揭示對(duì)流云發(fā)展演變，確定是否為雹云和降雹可能性，推演出可靠天氣預(yù)警、預(yù)報(bào)信息（移動(dòng)方向及速度，降雹落區(qū)、強(qiáng)度、冰雹大小、降水等），最后判斷是否實(shí)施防雹作業(yè)，發(fā)布作業(yè)時(shí)間、部位及作業(yè)量等指令。雷達(dá)精準(zhǔn)觀測(cè)是防雹作業(yè)中重要基礎(chǔ)應(yīng)用，為預(yù)警部署方案設(shè)計(jì)和防雹作業(yè)部位、時(shí)機(jī)精細(xì)化分析等提供可靠科學(xué)依據(jù)。

4 小結(jié)

本文根據(jù)雹云形成條件、科學(xué)防雹雷達(dá)觀測(cè)要求和防雹作業(yè)指揮經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)雷達(dá)觀測(cè)與雷達(dá)產(chǎn)品綜合應(yīng)用分析技術(shù)方法，指導(dǎo)阿克蘇人工防雹中冰雹天氣預(yù)警、判別冰雹云和防雹作業(yè)，減少人影作業(yè)盲目性。隨著天氣雷達(dá)技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)科研力度，使冰雹云雷達(dá)觀測(cè)更具科學(xué)性，提高科學(xué)防雹社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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