科学论坛 ｌ■ Ｃｈｉｎａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ 气象雷达探测系统在人工影响天气中的应用 以多普勒天气雷达为例 桂合春纳丽佳 玉溪６５３１００） （玉溪市气象局云南［摘要］多普勒天气雷达是以多普勒效应为其基本的工作原理进行设计的，其在对降水的监测作用和降水量的定量估算等方面具有与其它气象雷达不同 的优势。其不仅可以探测出关于降水方面的丰富的信息，同时还能较为清晰的识别出即将到来的降水的结构和类型，利用多普勒雷达研发出相关产品的有很多，比 如说回波顶高度产品，就是利用回波来了解云层中对流的情况，还有就是垂直累积液态含水量产品，这个就是利用多普勒天气雷达对对流垂直面的含水量进行探 测，分析由于对流带来的暴雨、冰雹等的可能性 本文就这两个产品进行了简单的介绍，并以人工增雨这个人工影响天气这个作业为例，介绍了利用多普勒雷达产 品计算催化剂量的方法。 ［关键词］多普勒天气雷达气象雷达探测系统人工影响天气 中图分类号：Ｐ４８｝Ｐ４１５．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌ００９—９１４ｘ（２Ｏ１４）０４—０２１６—０１ 一．利用多普勒天气■达研发的产品的简介 （一）对流性天气预测一一回波顶高度产品 ！ｌＬｘ ｈ ２ 这一产品是根据回波的原理进行测量的，其根据回波的强度、速度等值来 计算云层中的含水量，同时利用体积扫描的方法将计算出来的三维数据进行分 析，了解所测物的回波强度阀值，根据这个阀值就可以判断出云层中对流发展 的强弱情况了。一般来说每个地区的回波强度阀值都是不一样的，这个需要经 过长期的实验所得，但是在—般的情况下，回波强度在５ｄＢｚ以内即为正常天气 状况，在５ｄＢｚ－１８ｄＢｚ就有不定量的降水情况的发生，在１８ｄＢｚ－３０ｄＢｚ￣－－个 阶段就会有强对流风暴产生，这个都是根据测量物的顶层数值作为依据来说明 的。回波顶高度产品还可以测量出对流的强弱，这个主要是根据回波的伸展高 度有关，对流产生的可能性与回波顶高度是成正比的，—般来说，当回波顶的伸 展高度达到８ｋｍ以上就会产生强对流风暴，超过了１０ｋｍ￣会产生更严重的天 气状况，比如说雷暴、大风、冰雹等等。因此这个产品在测量对流相关信息方面 发挥了很大的作用。 这里面体积Ｖ的单位为ｋ躐 ， 的单位为 １，表示的是所测量地区内的 由多普勒雷达测量出来的回波顶值大于阀值的面积内的云层的平均回波高度， 嚣ｍ的单位为ｋｍ ，表示的是一个区域内在垂直方向上面的总水量在某一阀值 之外的总面积，这个在不同的地区有不同的值，就以南方来说，当垂直累积液态 含水量在１５ｋｇ／ｍ２以上，或者是等于这个值的时候，这个区域就非常容易形成 对流式的降水，因此这个１５ｋｇ／ｍ２；Ｎ实就是一个阀值，在计算 妇￡的时候就可 以利用这个阀值进行计算，通过多普勒天气雷达传输回来的数据图像可以看 到，超过这个阀值的区域内的象素数Ｎｕｍ的数值是多少，我们以４ｋｍ×４ｋｍ作 为这里面这里面象素的平均底面积，则 ｝ 可以通过这样的公式进行计算： 磊＝４ｋｍ 碡歉ｍＸＮｕｍ 这次计算以ＷＲ一１Ｄ、ｗＲ－９８这两型火箭为计算对象，降雨催化剂原料为 Ａ ，其每个火箭弹药可以装催化剂ｌ ，这个剂量在－１０＂（２时可以拥有１．８×个 冰核，这里以Ｍ来代替每升中所拥有的冰核数，以晰在一１Ｏ℃时Ｎ的计算公式如下： 一（二）强对流情况下的降水形态预测一一垂直累积液态含水量产品 顾名思义，这个产品就是对降水云体的垂直方向的含水量进行的测 量，从而了解到在强对流天气中这些水会以什么样的形态出现，如暴雨、冰 雹、暴雪等等。根据研究，当反射回来的数据较少时则表示这个层面的垂直 累积液态水含量较少，则在强对流天气中水就以原形态出现，反则出现冰 雹，垂直累积液态含水量的数值大小与强对流天气中降水形态有着很大的 关系。 ‘ 所需要的火箭弹，因此 丝一 ．！ 垡生 丝 ！曼 里 ！ ’１．８’ｃ｝秘 ３ ６ ｘｌ０ ３。６ １０１ 这里假设ＮｕＩＩ１ ３，则 吼就等于４８ｋ ，取曩 １０ｋｍ，Ｍ＝４００￣／Ｌ，则可 以计算出纺锤体的体积为２４０ｋｍ ，因此将数值全部带人这个公式中，则得出在 这个的区域内进行人工降雨所需要的弹药数为５．３枚 ＝．人工降雨作业中值化剂的计算方法 （一）理论依据 药进行发射，这样才会有降雨的效果。在实际操作中，根据时间段的不同，云层 内的含水量也就不同，云层的高度也不一样，因此在进行人工降雨的时候可以 根据云层的发展来进行作业，这样可以借助自然的力量来使冰核进入最好的撒 播环境。 三．结语 本文是以人工降雨这一人工影响天气的作业为例来说明多普勒天气雷达 人工增雨是利用在云层中播撤冰核，使得云层中的冰晶数量增多。同时在 形成冰晶的过程中释放大量的热量，使得云层内外的热量不均等，从而产生不 稳定的状态，这样就会产生降雨的效果。这个过程中利用火箭进行弹药的发 射，主要就是因为火箭的射程比较高，这样催化剂作用的云层就相对而言比较 高，这样在催化剂进行催化与降落的过程中所产生的冰晶就更多，这样效果更 佳好一些。在进行人工降雨作业中对于催化剂的播撒量计算的时候要根据作 业区额体积、水含量以及催化剂的浓度（一般在３００－５００￣／Ｌ）进行计算，而前 两项都是利用多普勒天气雷达进行的测量，并通过多普勒天气雷达相关产品 进行计算的。 在人工影响天气中的运用的。文中通过对降水时火箭弹药量的计算来说明多普 勒天气雷达在人工影响天气中的应用，虽然没有直接说明，但是弹药计算的很 多数值都是需要通过雷达进行测量的，比如 、 赫，在作业去体积的计算 时除了知道前面两个数值外，还需利用多普勒雷达系统对作业去的形状进行测 量，这样才能进行进一步的计算，所以说气象雷达探测系统在人工影响天气过 程中运用的是非常广泛的。 根据上面的多普勒雷达相关产品介绍可以了解到，要达到降雨的效果，回 波强度在Ｉ８ｄＢｚ－３０ｄＢｚ２＿间即可，因此在进行催化剂量的计算的时候就可以 直接利用这两个数值作为一个阀值进行计算，这样就可以计算出弹量的使用 区间了。 一 参考文献 ［１】张中波，仇财兴，唐林．多普勒天气雷达产品在人工增雨效果检验中的 应用［Ｊ］．气象科技，２０１１（０６）． ［２］王艳兰．多普勒雷达在天气预报和人工影响天气中的应用研究ＤＤＩ．南 京信息工程大学，２００７． ［３］陈超，刘黎平，王改利．人工影响天气中雷达回波跟踪方法及其应用叨． 气象科技，２０１２（０３）． （二）具体计算方法 利用多普勒雷达进行云层的观测可以了解到一般强风暴体部分是以纺锤 体的形状出现在云层的，这个是利用回波顶高度产品的反射率因子进行测量 的。纺锤体是不同于圆柱体和圆锥体的存在，因此如果利用圆柱体的公式进行 体积的计算明显偏大，如果利用圆锥体的公式则偏小，因此通过反复的研究，以 下的这个公式是最接近实体回波体体积的一个： ２１６ ｌ科技博览