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        滇西南一次人工增雨中C波段雷達回波演變分析

        2024-01-01 00:00:00李志洪群艷馮凱根楊丹
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2024年4期

        收稿日期:2024-01-11

        基金項目:云南省氣象局科研項目“西雙版納地面火箭人工增雨作業(yè)條件研究”(YZ202222)。

        作者簡介:李志(1985—),男,四川成都人,工程師,主要從事人工影響天氣和雷達應(yīng)用工作。#通信作者:洪群艷,E-mail:380801193 @qq.com。

        摘 要:人工增雨是人為補充某些形成降水的必要條件,增加自然云降水,開發(fā)利用空中云水資源的有效途徑。新一代天氣雷達能及時探測降水系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和發(fā)展變化情況,是指導(dǎo)人工增雨作業(yè)的有效工具。通過篩選滇西南多年的人工增雨作業(yè)數(shù)據(jù),選取2022年4月20日西雙版納州一次效果較好的兩點聯(lián)合人工增雨作業(yè)數(shù)據(jù)資料,分析作業(yè)前后組合反射率、垂直累計液態(tài)含水量、回波頂高3種新一代天氣雷達產(chǎn)品1 h內(nèi)的演變特征,印證人工增雨作業(yè)效果,為今后的人工增雨作業(yè)提供數(shù)據(jù)參考。

        關(guān)鍵詞:C波段天氣雷達;人工增雨;組合反射率;垂直累計液態(tài)含水量;回波頂高

        中圖分類號:P481 文獻標志碼:B 文章編號:2095–3305(2024)04–0-03

        此處使用的是安徽四創(chuàng)電子股份有限公司研制的C波段雙線偏振全相參脈沖多普勒天氣雷達,該雷達采用雙極化技術(shù),能夠進一步探測氣象目標的線性退極化比、差分反射率因子、差分傳播相移、差分傳播相移率、相關(guān)系數(shù)等信息,反演降水粒子形狀、尺寸、指向角的分布情況,進行降水類型的分類和識別。借助該雷達,能夠較為全面地掌握當前天氣情況和未來發(fā)展趨勢,指導(dǎo)氣象部門安全、有效地開展人工增雨防雹作業(yè)。

        1 資料選取和產(chǎn)品介紹

        1.1 資料選取

        通過分析多年的人工增雨作業(yè)數(shù)據(jù),選取2022年4月20日勐海布朗山作業(yè)點和布朗山瞭望塔作業(yè)點一次有效的聯(lián)合人工增雨作業(yè)數(shù)據(jù)資料,分析作業(yè)后新一代天氣雷達組合反射率(CR)、垂直累計液態(tài)含水量(VIL)和回波頂高(TOPS)三種產(chǎn)品演變特征,為今后的人工增雨作業(yè)方案設(shè)計提供參考[1]。

        1.2 產(chǎn)品介紹

        1.2.1 組合反射率(CR)

        該產(chǎn)品是反映監(jiān)測范圍內(nèi)降水云體中最大回波強度值水平分布的圖像產(chǎn)品,顯示結(jié)果是多層掃描反射率因子的組合最大值。它在強對流風(fēng)暴形成分析中十分有效(表1)。

        1.2.2 垂直累計液態(tài)含水量(VIL)

        該產(chǎn)品是反映某一確定區(qū)域的垂直柱體內(nèi)降水云體中垂直液態(tài)含水總量分布的圖像產(chǎn)品。假設(shè)所有反射率因子回波都是由液態(tài)水滴返回的,將反射率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等價的液態(tài)水含量,然后對每個仰角的值進行垂直累加所得。VIL有助于判別強降水和強對流天氣,也可用于指示大冰雹的存在。相關(guān)研究表明,VIL是業(yè)務(wù)中使用次數(shù)最多的產(chǎn)品之一(表1)。

        1.2.3 回波頂高(TOPS)

        該產(chǎn)品是顯示海平面以上回波強度≥18.3 dBz時,對應(yīng)的最高高度分布的圖像產(chǎn)品。對流的強弱在一定程度上與回波伸展的高度有關(guān),因此該產(chǎn)品用來分析雷達探測范圍內(nèi)不同地區(qū)對流發(fā)展與否、對流相對強弱的情況(表1)。

        2 回波演變分析

        2.1 回波強度分析

        2022年4月20日14:00,勐??h對流發(fā)展,對流云

        團生成。如圖1所示,在CR圖上,回波整體呈塊狀結(jié)構(gòu),主體回波周圍伴隨小塊分散回波生成,強度較弱,

        范圍較小。14:00~14:54,對流逐漸發(fā)展,回波整體以約35 km/h的速度向東南方移動,移動期間的回波范圍逐漸增大且強度增強,中心強度最高達到54 dBz,此時,目標作業(yè)點上空暫無對流云團。14:54,對流云團東南方有新風(fēng)暴云團生成。初生階段,回波較弱,覆蓋面積較小,中心強度僅26 dBz,此時新風(fēng)暴云團處于西雙版納州布置的人影作業(yè)點正西方位10 km左右。15:05,風(fēng)暴云團回波增強且影響面積增大,最大強度達43 dBz。此時,風(fēng)暴云團已移至西雙版納州布置的人影作業(yè)點射界范圍內(nèi)。15:06、15:09,位于風(fēng)暴云團附近的布朗山作業(yè)點和布朗山瞭望塔作業(yè)點開始增雨作業(yè),共發(fā)射JFJ-3型增雨防雹火箭彈11枚。作業(yè)后,風(fēng)暴云團強度迅速增強且影響范圍擴大,在15:11回波出現(xiàn)峰值,達52 dBz;15:28,30 dBz強度以上的回波面積達到最大。至15:51,風(fēng)暴云團中心強度仍在40 dBz以上,此后風(fēng)暴云團逐漸減弱消散。

        2.2 垂直累計液態(tài)含水量(VIL)

        如圖2所示,4月20日14:54,風(fēng)暴云團生成。云團初生時VIL最大值小于0.5 kg/m2。15:00、15:05,云團的VIL最大值分別為1.5和4.5 kg/m2,此時可以有效開展人工增雨作業(yè)。15:06、15:09,增雨作業(yè)后風(fēng)暴云團VIL值迅速增大。15:11,VIL達到峰值15 kg/m2,并在15:40前,云團VIL最大值基本保持在10 kg/m2左右。15:45之后開始逐漸降低,直至15:51,云團VIL值降至3 kg/m2以下[2]。

        2.3 回波頂高(TOPS)

        如圖3所示,4月20日14:54,風(fēng)暴云團生成。初生階段云團頂高為5.2 km,之后15:00、15:05,云團頂高增至6.8、6.7 km,可以有效開展人工增雨作業(yè)。15:06、15:09,增雨作業(yè)后云團頂高迅速增高;15:11,頂高增至8 km。15:17,回波頂高達到峰值9.2 km。15:51前,云團頂高均保持在8 km以上,之后云團頂高降低,但依舊維持在7 km以上。

        3 增雨作業(yè)效果評估

        3.1 增雨作業(yè)統(tǒng)計檢驗方法的選取

        選取區(qū)域?qū)Ρ确治龇椒ㄗ鳛?022年4月20日布朗山地面火箭人工增雨作業(yè)效果評估的統(tǒng)計檢驗方法最為合適[3]。區(qū)域?qū)Ρ确治龇ㄓ嬎愎饺缦拢?/p>

        (1)相對增雨:目標區(qū)作業(yè)期實測雨量與對比區(qū)作業(yè)期實測雨量的比值減去1再乘以100%,單位為%,公式如下:

        RAR=(1)

        (2)絕對增雨:目標區(qū)作業(yè)期實測雨量與自然雨量期望值(自然雨量期望值指計算出的在假定不做人工增雨情況下的目標區(qū)雨量值,該方法中自然雨量期望值用對比區(qū)作業(yè)期實測雨量來近似代表)的差值,單位為mm,公式如下:

        OAR=Y2-X2(2)

        3.2 效果評估

        根據(jù)區(qū)域?qū)Ρ确治龇ǚ治龅贸觯?022年4月20日地面火箭人工增雨聯(lián)合作業(yè)增加有效降水54.697 5萬m3。

        4 結(jié)論

        在2022年4月20日云南西雙版納州勐??h實施的地面火箭人工增雨作業(yè)中,利用C波段天氣雷達探測資料分析作業(yè)后雷達回波演變情況,得出如下結(jié)論:

        (1)正確有效的人工增雨作業(yè)會使云體內(nèi)部在短時間內(nèi)發(fā)生變化,雷達CR、VIL、TOPS產(chǎn)品均能有效反映出該變化。

        (2)人工增雨作業(yè)后,目標云體的回波強度和影響范圍將在短時間內(nèi)增加,且將維持一段時間高值。垂直累計液態(tài)含水量會先迅速增大,形成降水后有所減小,后期若水汽充足時可能再次出現(xiàn)增大現(xiàn)象?;夭敻咦兓怪崩塾嬕簯B(tài)含水量的變化相似。

        (3)根據(jù)降水效果評估和雷達產(chǎn)品特征分析,正確有效的人工增雨作業(yè)將使降水量在一定時間內(nèi)增加。

        參考文獻

        [1] 汪俊,劉雅琳.X波段移動天氣雷達產(chǎn)品在人工增雨中的應(yīng)用[J].高原山地氣象研究,2022,42(S1):125-130.

        [2] 付華波.多普勒雷達在人工增雨作業(yè)中的應(yīng)用[J].中國高新科技,2022(14):126-127.

        [3] 鄧北勝.人工影響天氣技術(shù)與管理[M].北京:氣象出版社, 2011.

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