论文部分内容阅读
摘 要 利用日喀则市2017年和2018年汛期（6—9月）83次降水（≥3 mm）天气过程的多普勒雷达资料进行统计分析，给出反射率因子、组合反射率及几种常见的雷达回波零速度线特征呈“S”型、反“S”型和“弓”型分布特征时对人工增雨作业潜力分析和作业条件判别的几项判据指标，作为西藏日喀则市的人工增雨作业的决策判别指标。
关键词 人工增雨;判别指标;西藏日喀则
中图分类号：P415.2 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.18.087
随着经济社会的发展，多普勒雷达已经在全国各地广泛运用。多普勒雷达不仅能精确反映出降水地区的风速、风向、云层的厚度以及移动方向的变化，同时还能准确反映云中反射因子的强度值[1]。目前，随着西藏气象现代化建设的进一步推进，新一代多普勒天气雷达在西藏的气象业务应用中，发挥着举足轻重的作用。由于西藏地区的人工影响天气（以下简称“人影”）雷达应用起步较晚，大部分人影作业也以防雹作业为主，时至今日还未形成多普勒天气雷达在人影增雨作业中的有效应用。近年来，随着各地方政府加大对人工影响天气工作的重视，在科学合理开发空中云水资源的前提下，人工增雨在生态保护、改善城市空气、草场森林灭火、保护粮食安全、水库河流蓄水等国家重大战略部署方面发挥着举足轻重的作用。
基于此，以日喀则市为例，选取2017年和2018年汛期的多普勒雷达资料，统计分析得出适用于日喀则市的人影增雨作业指挥中的潜力分析和时机选择的判别指标。判别指标的确定应用将极大的提升日喀则市的人影增雨作业指挥中的准确性、科学性、有效性。该判别指标也将在今后的人影增雨作业当中进行应用并不断加以修改、订正。
1 资料来源及统计分析
1.1 资料来源
日喀则市气象局多普勒雷达，利用2017年和2018年6—9月83次降水天气过程中的多普勒雷达回波资料进行统计和分析。
1.2 资料背景及统计分析
2017年和2018年6—9月日喀则市降水天数共有86天，日最大降水量达50.2 mm。通过对不同降水云系的分析，发现日喀则的稳定性云系降水天数为71 d（83%），对流性云系降水天数为9 d（10%），混合型降水天数为6 d（7%）。这表明，日喀则市夏季降水云系以稳定性降水为主，对流性及混合型云系降水偏少，其主要原因为日喀则处于年初河与雅鲁藏布江交汇的河谷地带，周边山体高度偏低，不易形成局地对流云。
对日喀则市小时平均降水变化分析，发现降水量日变化呈较为明显的单峰型（图1），且存在小幅度的变化，最低降水量出现在7：00，降水量为0.022 mm，最高降水量出现在21：00，降水量为0.941 mm，降水主要集中在午后至夜间。为提高日喀则市人工增雨效果，对83次降水过程的雷达回波体扫资料进行统计分析，在降水初步形成时与降水量达到最大时的反射率因子、组合反射率、径向速度、云顶高度、云底高度、风廓线资料数据进行着重分析，得出相应指标。
2 多普勒雷达参数的变化特征
2.1 反射率因子和组合反射率特征及判别指标
从雷达数据资料中统计分析得知，在83次降水过程中，稳定性降水条件下的雷达反射率变化不大，其中2018年8月5日23：00—6日7：00的稳定性系统降水过程中，降水前的雷达的组合反射率为27.5 dBZ，最大时也仅为37.5 dBZ。相反，对流性云系及混合性降水条件下，雷达反射率变化较为明显，其中2017年6月20日17：00—19：00的对流性降水过程中，组合反射率由起初的27.5 dBZ持续上升，最高达到52.5 dBZ（图2）。
通过对83次降水过程中降水前后的雷达反射率因子及组合反射率进行统计分析，得出日喀则市2017年及2018年汛期降水过程中，降水初步形成时组合反射率平均值在25.7 5dBZ左右，降水强度增强时最大组合反射率平均值在37.74 dBZ左右。由此可初步建立适用于日喀则市的增雨判定指标：当雷达的组合反射率达到25.75～37.74 dBZ时，降水云系处于旺盛发展阶段，此时进行人工增雨作业能使火箭弹的催化效果达到最佳。
2.2 径向速度特征分析
多普勒雷达的径向速度产品对分析降水云系的增雨潜力、作业区的选择、系统的变化趋势等宏观特征有着重要意义，从径向速度中可以了解到云系的移动方向及速度，结合风场信息（风廓线及风场反演）产品就能更加精确的了解云团内部的气流变化，以便做出精准的判断。
2.2.1 “S”型和反“S”型零速度线特征
雷达资料分析发现，在71 d的稳定性降水过程中多次出现“S”型、反“S”型零速度线特征。
2017年8月9日0：00—6：00的降水天气过程中，出现径向速度场中的零速度线通过雷达站并且呈现对称的“S”型的分布特征（图3），经过对几次明显的零速度线通过雷达站并且呈现对称的“S”型的径向速度特征进行总结分析得出，当“S”型零速度线特征出现时，此时雷达站附近上空风向随高度为顺时针旋转，为暖平流，表明雷达站上空存在上升的暖湿气流，云系将进一步增强发展[2]。此时，相对应的雷达回波强度也随时间变化出现了加强，地面的降水量也将出現加强的趋势，降水云系正处于发展加强阶段，随后的地面观测资料也表明降水有所增加，根据分析得出此时的云系具备较好的增雨作业条件，可择机进行人工增雨作业。
2018年7月14日的降水天气过程中，径向速度场中的零速度线通过雷达站时呈现反“S”型分布特征（图4），雷达站附近上空风向随高度为逆时针旋转，为冷平流，表明雷达站上空存在下沉气流，云系将持续减弱消亡[2]。相对应的雷达回波强度也随时间变化出现了减弱，地面的降水量也出现了减小的趋势，降水云系处于减弱消散阶段，根据分析得出此时的云系不再具备良好的增雨作业条件，可根据实际情况停止作业。 2.2.2 “弓”型零速度线及风廓线变化特征
从资料中分析所知，在83次降水天气过程中共出现7次“弓”型零速度线经过雷达站的个例，且均出现在大范围稳定性降水中。出现经过雷达站的“弓”型零速度线分布特征对人工影响天气作业指挥具有截然不同的两种意义。
1）2018年7月21日15：00—22日6：00出现了持续15 h的大范围稳定性降水，此次降水过程总计降水量达20 mm。
此次降水天气过程中速度场出现“弓”型零速度线经过雷达站（图5），分析径向速度图的变化，再结合风廓线产品（图6）及风场反演产品，得出此时“弓”型零速度线为辐合流场，即雷达站附近的风场随高度为顺时针变化，易形成暖平流，存在上升暖湿气流，站点周围垂直上升运动较强，动力条件充沛，此时大气层结的動力条件和热力条件不稳定，有利于动力上升运动进一步加强，降水云系在热力、动力条件下将得到进一步发展旺盛，此时，降水云系具备良好的增雨潜力，可作为开展增雨作业的判定指标[3]。
2）2017年7月3日的降水天气过程中，也出现“弓”型零速度线经过雷达站（图7），分析径向速度变化及风廓线产品（图8），表明此时流场呈辐散趋势，雷达站附近低层的风向变化呈逆时针变化，低空出现冷平流，而高层风向则随高度呈顺时针变化，易形成暖平流，且冷暖平流随时间逐渐加强，表明此时大气层结趋于稳定，水汽条件及动力上升条件减弱，之后的雷达回波图也显示，降水云系在此之后逐渐减弱消亡。在大范围系统性降水过程中若出现辐散型“弓”型零速度线经过雷达站特征变化时，表明此时降水云系不再具备良好的增雨潜力，可作为结束增雨作业的一项判定指标[3]。
3 结论与讨论
本研究初步建立起适用于日喀则市的多普勒雷达在人工影响天气增雨作业的实时决策指挥应用，通过对雷达反射率因子、组合反射率、径向速度、风廓线、二维风场反演等产品的综合分析，得出相关判定指标。
1）雷达的组合反射率达到25.75～37.74 dBZ时，降水云系处于旺盛发展阶段，此时进行人工增雨作业能使火箭弹的催化效果达到最佳。
2）出现“S”型零速度线通过雷达站特征时，云系具备较好的增雨作业条件，可择机进行人工增雨作业。
3）出现反“S”型零速度线通过雷达站特征时，云系不再具备良好的增雨作业条件，可根据实际情况停止作业。
4）辐合“弓”型零速度线经过雷达站时，降水云系具备良好的增雨潜力，可作为开展增雨作业的判定指标。
5）辐散“弓”型零速度线经过雷达站时，降水云系不再具备良好的增雨潜力，可作为结束增雨作业的判定指标。
不足之处在于，本研究中选取的资料较少，雷达的组合反射率指标在接下来的工作应用中有待进一步的检验订正。
参考文献：
[1] 刘玉洁.多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用[J].农业与技术，2015，35（21）：134-135.
[2] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，1979.
[3] 李红斌，何玉科，姚展予，等.多普勒雷达速度场特征在人工增雨作业中的判据指标应用[J].气象，2008，34（6）：104-105.
（责任编辑：赵中正）
关键词 人工增雨;判别指标;西藏日喀则
中图分类号：P415.2 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.18.087
随着经济社会的发展，多普勒雷达已经在全国各地广泛运用。多普勒雷达不仅能精确反映出降水地区的风速、风向、云层的厚度以及移动方向的变化，同时还能准确反映云中反射因子的强度值[1]。目前，随着西藏气象现代化建设的进一步推进，新一代多普勒天气雷达在西藏的气象业务应用中，发挥着举足轻重的作用。由于西藏地区的人工影响天气（以下简称“人影”）雷达应用起步较晚，大部分人影作业也以防雹作业为主，时至今日还未形成多普勒天气雷达在人影增雨作业中的有效应用。近年来，随着各地方政府加大对人工影响天气工作的重视，在科学合理开发空中云水资源的前提下，人工增雨在生态保护、改善城市空气、草场森林灭火、保护粮食安全、水库河流蓄水等国家重大战略部署方面发挥着举足轻重的作用。
基于此，以日喀则市为例，选取2017年和2018年汛期的多普勒雷达资料，统计分析得出适用于日喀则市的人影增雨作业指挥中的潜力分析和时机选择的判别指标。判别指标的确定应用将极大的提升日喀则市的人影增雨作业指挥中的准确性、科学性、有效性。该判别指标也将在今后的人影增雨作业当中进行应用并不断加以修改、订正。
1 资料来源及统计分析
1.1 资料来源
日喀则市气象局多普勒雷达，利用2017年和2018年6—9月83次降水天气过程中的多普勒雷达回波资料进行统计和分析。
1.2 资料背景及统计分析
2017年和2018年6—9月日喀则市降水天数共有86天，日最大降水量达50.2 mm。通过对不同降水云系的分析，发现日喀则的稳定性云系降水天数为71 d（83%），对流性云系降水天数为9 d（10%），混合型降水天数为6 d（7%）。这表明，日喀则市夏季降水云系以稳定性降水为主，对流性及混合型云系降水偏少，其主要原因为日喀则处于年初河与雅鲁藏布江交汇的河谷地带，周边山体高度偏低，不易形成局地对流云。
对日喀则市小时平均降水变化分析，发现降水量日变化呈较为明显的单峰型（图1），且存在小幅度的变化，最低降水量出现在7：00，降水量为0.022 mm，最高降水量出现在21：00，降水量为0.941 mm，降水主要集中在午后至夜间。为提高日喀则市人工增雨效果，对83次降水过程的雷达回波体扫资料进行统计分析，在降水初步形成时与降水量达到最大时的反射率因子、组合反射率、径向速度、云顶高度、云底高度、风廓线资料数据进行着重分析，得出相应指标。
2 多普勒雷达参数的变化特征
2.1 反射率因子和组合反射率特征及判别指标
从雷达数据资料中统计分析得知，在83次降水过程中，稳定性降水条件下的雷达反射率变化不大，其中2018年8月5日23：00—6日7：00的稳定性系统降水过程中，降水前的雷达的组合反射率为27.5 dBZ，最大时也仅为37.5 dBZ。相反，对流性云系及混合性降水条件下，雷达反射率变化较为明显，其中2017年6月20日17：00—19：00的对流性降水过程中，组合反射率由起初的27.5 dBZ持续上升，最高达到52.5 dBZ（图2）。
通过对83次降水过程中降水前后的雷达反射率因子及组合反射率进行统计分析，得出日喀则市2017年及2018年汛期降水过程中，降水初步形成时组合反射率平均值在25.7 5dBZ左右，降水强度增强时最大组合反射率平均值在37.74 dBZ左右。由此可初步建立适用于日喀则市的增雨判定指标：当雷达的组合反射率达到25.75～37.74 dBZ时，降水云系处于旺盛发展阶段，此时进行人工增雨作业能使火箭弹的催化效果达到最佳。
2.2 径向速度特征分析
多普勒雷达的径向速度产品对分析降水云系的增雨潜力、作业区的选择、系统的变化趋势等宏观特征有着重要意义，从径向速度中可以了解到云系的移动方向及速度，结合风场信息（风廓线及风场反演）产品就能更加精确的了解云团内部的气流变化，以便做出精准的判断。
2.2.1 “S”型和反“S”型零速度线特征
雷达资料分析发现，在71 d的稳定性降水过程中多次出现“S”型、反“S”型零速度线特征。
2017年8月9日0：00—6：00的降水天气过程中，出现径向速度场中的零速度线通过雷达站并且呈现对称的“S”型的分布特征（图3），经过对几次明显的零速度线通过雷达站并且呈现对称的“S”型的径向速度特征进行总结分析得出，当“S”型零速度线特征出现时，此时雷达站附近上空风向随高度为顺时针旋转，为暖平流，表明雷达站上空存在上升的暖湿气流，云系将进一步增强发展[2]。此时，相对应的雷达回波强度也随时间变化出现了加强，地面的降水量也将出現加强的趋势，降水云系正处于发展加强阶段，随后的地面观测资料也表明降水有所增加，根据分析得出此时的云系具备较好的增雨作业条件，可择机进行人工增雨作业。
2018年7月14日的降水天气过程中，径向速度场中的零速度线通过雷达站时呈现反“S”型分布特征（图4），雷达站附近上空风向随高度为逆时针旋转，为冷平流，表明雷达站上空存在下沉气流，云系将持续减弱消亡[2]。相对应的雷达回波强度也随时间变化出现了减弱，地面的降水量也出现了减小的趋势，降水云系处于减弱消散阶段，根据分析得出此时的云系不再具备良好的增雨作业条件，可根据实际情况停止作业。 2.2.2 “弓”型零速度线及风廓线变化特征
从资料中分析所知，在83次降水天气过程中共出现7次“弓”型零速度线经过雷达站的个例，且均出现在大范围稳定性降水中。出现经过雷达站的“弓”型零速度线分布特征对人工影响天气作业指挥具有截然不同的两种意义。
1）2018年7月21日15：00—22日6：00出现了持续15 h的大范围稳定性降水，此次降水过程总计降水量达20 mm。
此次降水天气过程中速度场出现“弓”型零速度线经过雷达站（图5），分析径向速度图的变化，再结合风廓线产品（图6）及风场反演产品，得出此时“弓”型零速度线为辐合流场，即雷达站附近的风场随高度为顺时针变化，易形成暖平流，存在上升暖湿气流，站点周围垂直上升运动较强，动力条件充沛，此时大气层结的動力条件和热力条件不稳定，有利于动力上升运动进一步加强，降水云系在热力、动力条件下将得到进一步发展旺盛，此时，降水云系具备良好的增雨潜力，可作为开展增雨作业的判定指标[3]。
2）2017年7月3日的降水天气过程中，也出现“弓”型零速度线经过雷达站（图7），分析径向速度变化及风廓线产品（图8），表明此时流场呈辐散趋势，雷达站附近低层的风向变化呈逆时针变化，低空出现冷平流，而高层风向则随高度呈顺时针变化，易形成暖平流，且冷暖平流随时间逐渐加强，表明此时大气层结趋于稳定，水汽条件及动力上升条件减弱，之后的雷达回波图也显示，降水云系在此之后逐渐减弱消亡。在大范围系统性降水过程中若出现辐散型“弓”型零速度线经过雷达站特征变化时，表明此时降水云系不再具备良好的增雨潜力，可作为结束增雨作业的一项判定指标[3]。
3 结论与讨论
本研究初步建立起适用于日喀则市的多普勒雷达在人工影响天气增雨作业的实时决策指挥应用，通过对雷达反射率因子、组合反射率、径向速度、风廓线、二维风场反演等产品的综合分析，得出相关判定指标。
1）雷达的组合反射率达到25.75～37.74 dBZ时，降水云系处于旺盛发展阶段，此时进行人工增雨作业能使火箭弹的催化效果达到最佳。
2）出现“S”型零速度线通过雷达站特征时，云系具备较好的增雨作业条件，可择机进行人工增雨作业。
3）出现反“S”型零速度线通过雷达站特征时，云系不再具备良好的增雨作业条件，可根据实际情况停止作业。
4）辐合“弓”型零速度线经过雷达站时，降水云系具备良好的增雨潜力，可作为开展增雨作业的判定指标。
5）辐散“弓”型零速度线经过雷达站时，降水云系不再具备良好的增雨潜力，可作为结束增雨作业的判定指标。
不足之处在于，本研究中选取的资料较少，雷达的组合反射率指标在接下来的工作应用中有待进一步的检验订正。
参考文献：
[1] 刘玉洁.多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用[J].农业与技术，2015，35（21）：134-135.
[2] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，1979.
[3] 李红斌，何玉科，姚展予，等.多普勒雷达速度场特征在人工增雨作业中的判据指标应用[J].气象，2008，34（6）：104-105.
（责任编辑：赵中正）