X波段移动天气雷达产品在人工增雨中的应用

2020年5月19日四川省绵阳地区实施了一次人工增雨作业,利用X波段移动天气雷达产品,对作业前后雷达回波和地面降水资料进行了对比分析。结果表明：反射率因子大于20dBz、垂直累计液态水含量（VIL）达到 0.3kg/m² 以上时,云层具备较好的降水条件,有利于实施人工增雨作业;增雨作业后,反射率因子最大强度、平均强度和降水回波面积都明显增大,回波中心 VIL 显著上升;利用对比区和影响区降水资料分析得到相对增雨率为 18.9%,绝对增雨量达 6.2mm,作业催化取得较好效果。     

一次积层混合云增雨作业天气条件分析和雷达回波效果检验

利用多普勒天气雷达数据、常规气象资料和地面降水资料等,对2013年5月8日山东泰安地区一次积层混合云人工增雨作业天气条件和作业效果进行综合分析。分析天气背景条件是否有利于开展增雨作业,采用催化前后作业云与对比云对比分析的方法,讨论依据雷达回波参量的变化来分析判断催化作业效果和催化时机的途径,并配合地面降雨量来佐以说明。结果表明:1)本次增雨作业有良好的天气形势、水汽及动力条件。2)播云作业产生了一定的正效果,且在作业后12 min即开始显现。作业后作业云雷达回波参量值明显增大,对比云增大率远小于作业云;作业云回波顶高、回波体积、最大反射率因子、垂直累积液态水含量、降水通量对对比云的正偏离也明显增大,增大率分别为200.0%、288.2%、29.4%、65.0%以上和384.8%。3)作业后地面影响区雨量增幅较大,增雨效果持续3 h,小时雨量明显高于对比区的。4)最佳增雨作业时机应比原作业时间提前12 min。5)将新一代天气雷达回波分析和常规天气分析相结合,有利于提高人工增雨作业及其效果评价的科学性和准确性。     

新安县人工增雨效益评估办法

根据作业云回波面积和强度的变化，可定性判断人工增雨是否有效。对有效增雨，可根据高炮有效控制半径，计算出影响面积；根据作业区样本点作业后比作业前的降水平均增量和对比区样本点作业前后雨量平均变化量，可确定作业区平均增雨量（mm）；根据增雨量，可计算出影响区增雨质量，并由此计算出经济效益。     

火箭人工增雨作业的个例分析

2005年6月27日甘肃永昌实施了火箭人工增雨作业,XDR数字化天气雷达对这次增雨过程进行了跟踪探测。通过分析这次人工增雨前后天气学背景和雷达回波演变情况,证明在有利的天气形势下,通过火箭人工增雨作业后,雷达回波强度增强、回波范围和地面降水频率增大,作业后24 h地面雨量的分布情况也佐证了这一结果。     

一次火箭人工增雨作业雷达回波响应探讨

2014年9月28日山东地面人工增雨试验区使用WR-98火箭成功进行一次增雨作业。采用新一代多普勒雷达、探空和自动站10min雨量资料,利用选取对比云和雷达跟踪目标云的方法,探讨了这次人工增雨作业后的雷达响应和地面雨量的关系。结果表明:火箭催化13min后目标云顶开始升高,19min后目标云回波增强了3dBz,25min后目标云VIL从2.5kg/m~2增加到3kg/m~2。目标云所经过的3个雨量站10min雨量具有同样的增大趋势,从时间和地理位置分析这些变化与火箭人工增雨有关。     

新安县人工增雨效益评估办法

根据作业云回波面积和强度的变化,可定性判断人工增雨是否有效。对有效增雨,可根据高炮有效控制半径,计算出影响面积;根据作业区样本点作业后比作业前的降水平均增量和对比区样本点作业前后雨量平均变化量,可确定作业区平均增雨量(mm);根据增雨量,可计算出影响区增雨质量,并由此计算出经济效益。     

碘化银冷云催化的数值模拟研究

利用加入碘化银冷云催化模块的中尺度数值模式WRF对2014年5月9一11日发生在华北地区的一次降雨天气过程进行了增雨催化数值模拟研究。模式的催化参数根据实际增雨作业信息进行设置,探讨了增雨的效果和机理,并针对催化高度和催化剂量进行了两组敏感性试验。结果表明:在高度5~6 km,温度一20~一15℃左右的冷云区位置引入碘化银冷云催化剂可使地面降水量显著增加。地面增雨开始于作业后30 min左右,70 min左右达到最大,90 min后出现减雨,110 min后减雨效果大于增雨。增雨机制主要为:碘化银的播撤使融化层之上云中的过冷水含量显著减少,冰雪晶的含量增加,雨滴碰并雪的过程和雨滴捕获云滴的过程增强;增加的雪晶下落到暖区融化成雨滴的过程增多,最终造成地面降雨量的显著增加。从微物理过程的量级来看,雪晶粒子的融化是导致降水增加的最主要过程。不同催化高度和催化剂量的敏感性试验结果表明,针对这次过程在过冷云水丰富,温度较低而冰雪晶含量相对较少的高度进行催化效果较好。继续加大催化剂量,可以起到更好的增雨效果。     

一次层状云火箭增雨作业效果分析

文章采用统计检验和物理检验方法对2015年4月12日大连市出现的一次层状云降水过程进行了火箭增雨试验和作业效果评估,结果表明,通过作业区和对比区雨滴谱分钟雨量观测值与拟合值的对比计算发现,被催化云体在催化后的30~50 min内产生了最大雨强和降水,其相对增雨量达到49%(α0.001),显著性较高;同时,催化云体的雷达回波强度、回波面积、降雨时间,以及雨滴谱的变化特征等均表现了很好的物理效应,增雨试验效果显著。     

两次飞机增雨作业过程数值模拟分析

利用国家气象中心GRAPES业务模式耦合混合相双参数云微物理方案,对2010年12月15日的两次飞机人工增雨作业过程进行了催化数值模拟分析。分析得出:GRAPES模式基本能给出正确的中低层天气形势场和降水的动力结构,较大降水的落区和范围基本可信,降水强度较实况偏小;按照作业实况进行催化模拟具有一定的可信度,与实况降水在较强降水区域有较好的对应性;两次播撒都取得了增加降雨量的效果,24 h平均增雨量在3~5 mm,最大增雨量达7 mm,两次播撒后增雨作业区的累计降水总量较未播撒时增加约一倍;播撒有效时段在4 h内,播撒后1~2 h雨量增加最大,增雨区域初期与播撒区域一致,随时间延长而在播撒区附近扩散;第一次播撒时,播撒冰晶消耗液态水,转化成固态水,水汽流入速度加快,向液态水转化加快,液态水迅速恢复,未出现减雨现象;第二次播撒时,云中固态水争食水汽增长,液态水得不到补充,云中上升运动减弱,自然降水阶段出现减雨现象。     

陕西省中北部人工增雨适宜时段及层状云特征

统计分析了陕西中北部1991～2001年4个711雷达站附近15个气候观测站日降雨量大于等于5mm降水过程的时空分布及雷达回波特征。陕西中部适宜人工增雨的时段为2月10日至11月15日,北部为2月25日至11月10日。陕西降雨性层状云0℃层高度变化范围为3．63～5．03km,平均高度为4．65km,融化层强回波区厚度为0．4～1．0km。冷云、暖云降雪(雨)量级较小,不适宜大范围开展人工增雪(雨)作业。适宜人工增雨的稳定性层状云雷达回波特征为：PPI回波结构密实,范围大于30km,雷达回波强度大于等于30dBz,RHI显示云顶高度大于等于5．8km或者融化层明显,强度达30dBz以上。适宜人工增雨的混合性层状云雷达回波特征为：PPI有明显强回波中心,强度大于等于30dBz,15dB回波宽度大于等于25km,回波最大高度大于等于5km;或者融化层明显,雷达观测融化层下挂回波明显倾斜或呈锯齿型排列。     

湖南秋季积层混合云系飞机人工增雨作业方法

统计分析2007—2016年秋季湖南省长沙市地面气象观测资料、湖南省飞机人工增雨作业资料, 得到湖南省秋季积层混合云系的降水分布情况、一般结构特征和相应的飞机增雨作业方法。使用多普勒天气雷达、GRAPES_CAMS数值模式和中小尺度气象站网等资料对典型作业天气过程进行云降水物理和数值模拟分析, 采用成对对流云和基于TREC算法的回波跟踪等方法进行作业效果评估。归纳得到湖南省秋季积层混合云系人工增雨作业条件判别的12个宏微观指标, 探讨在使用运7飞机、碘化银烟条作业装备条件下, 开展飞机增雨作业的最佳催化时机、部位和剂量。针对积层混合云系中的降水性层状云系、积云对流泡, 飞机增雨适宜作业的区域、播撒高度和催化剂量:在过冷高层云的-15~-5℃层, 播撒达到30 L-1的人工冰晶浓度; 在过冷积云的-15~-7℃层, 静力催化使冰晶浓度达到30 L-1或动力催化达到100 L-1。这些方法在实践中取得了较好的人工增雨作业效果。     

对流云人工增雨效果检验技术方法及应用

对流云降水时空变差较大,利用WoodleyRosenfeld提出的建立在雷达资料基础上的移动目标单元法对对流云增雨作业进行效果评估。利用塘沽、北京及秦皇岛3部雷达资料,对其进行插值处理,确定移动目标单元识别和跟踪方法,然后在移动目标单元中确定催化单元和对比单元,记录每个单元的物理参量,利用Z-R关系反演降水量,对物理参量和反演降水量做统计分析,定量计算增雨效果的同时提供人工增雨的物理证据。应用该方法对2011年7月24日对流云人工增雨作业效果进行评估,结果表明:催化剂进入云中后使得最大回波强度增强,回波顶高增加,从物理角度证明了催化对增加降水起到了一定作用。利用降雨率对增雨作业进行定量效果分析,结果表明该次作业相对增雨7.69%,显著度检验值0.043,增雨效果较为显著。     

一次冷锋云系的宏微观物理特征分析

利用常规气象资料、自动站资料、卫星云图、CINRAD-SA多普勒天气雷达资料以及NCEP再分析资料,结合飞行探测数据,对影响2011年4月17日河北抚宁县森林大火的一次冷锋云系进行分析.结果表明:1)宏观分析,过程降水的水汽仅来自冷锋自身所携带的微弱水汽,水汽辐合值较小,不利降水;2)微观分析,冷锋层状云系在水平和垂直方向上存在较薄的过冷水云区,小粒子数浓度大于20 cm^-3的云区占一定比例.飞机催化作业后,雷达回波强度增强,CAS(云气溶胶粒子探头)探测的小粒子数浓度、云含水量及粒子平均直径均有明显变化,说明该次冷锋云系有一定的增雨潜力.     

一次对流降水过程增雨催化时机的模拟分析和雷达识别

为加深对对流云增雨催化机制的理解,避免催化指标的随意性,通过三维积云数值模拟和雷达加密探测资料分析相结合的方法,对发生在湖北省西北部多山地区的一次对流降水过程进行了增雨催化时机的分析和识别.首先运用三维积云模式,通过催化模拟敏感试验,得出对流云增雨催化存在时间窗,最佳的催化时机应该为对流云发展的早期,催化后关键是增加雨和冰晶冻结后碰并霰增长这一冰相微物理过程的产量.根据模式分析结果,结合雷达观测资料分析,发现对流回波在生成及发展上表现出一些规律性,可以作为通过雷达观测识别增雨催化的时机和潜力区域的指标.     

多普勒雷达数据在海南省人工增雨效果评估中的应用

采用地面降水资料、多普勒雷达数据、探空资料等,利用自主开发的系统软件对实测资料进行增雨效果统计检验,通过目标区作业前后雷达参量的演变或目标区与对比区的回波参量的差异,来完整的分析2010年8月11日海南西部多点作业情况的催化效果。物理统计分析结果显示,催化一般在作业后半小时内起到效果并达到最强,目标区的最大强度、强回波区面积、液态水含量、回波顶高的增大率大于对比区的值,催化作业确实延长了目标云的寿命。     

基于飞机真实轨迹的一次层状云催化的增雨效果及其作用机制的模拟研究

层状云降水效率通常较低,但却具有较高的云水资源开发潜力,是人工增雨作业的重要对象。随着中国南方地区生态改善、水库增蓄、抗旱等社会需求的增加,针对这些地区降水云系的人工增雨研究显得愈发重要。使用三维中尺度冷云催化模式,对2018年10月21日湖北省一次层状云飞机人工增雨作业过程进行了数值模拟研究,并将模拟结果与卫星、降水和机载云物理观测数据进行了对比。模式合理地模拟出了云和降水的主要宏、微观特征,观测和模拟结果均显示作业云区具有较好的冷云催化条件,在此基础上,按照实际作业中的飞机播撒轨迹,完整地模拟了此次催化作业过程。对数值模拟结果的分析表明:凝结冻结核化和凝华核化是碘化银催化剂的主要核化方式;90%以上碘化银粒子的局地活化比为0.01%—2%,平均活化比为0.07%—0.27%;云系降水是由冷云降水和暖云降水两种机制共同作用的结果,催化作业使两种降水机制均有增强,增雨效果明显;催化后4 h,整个评估区内的累计净增雨量为2.12×108 kg,局地增雨率为?51.1%—306.7%,区域平均增雨率为8.1%;催化作业也使部分地区出现减雨,主要是由于催化过程中的潜热释放引起过冷层动力场扰动,一部分云区的上升气流减弱,从而导致降水粒子的成长减弱,地面出现减雨;在过冷云区,碘化银核化使冰晶浓度升高,导致冰晶-雪、雪-霰的转化过程增强,雪、霰粒子总量增加,更多的雪、霰粒子从冷区落入暖区,在暖区上层产生更多的大雨滴,从而使暖区的云雨粒子碰并过程增强,最终地面降水增加,这是此次催化作业导致增雨的主要微物理链条。      

一次中小尺度强降水火箭增雨作业效果评估

分析了2003年7月23夜间至24日,衡水市受副热带高压外围强西南气流及弱冷空气共同作用下出现的一次小尺度强雷雨天气。介绍了实施火箭人工催化增雨作业情况,在作业同时进行了雨量、雨滴谱、雷达和闪电定位观测,利用常规天气图资料、雷达观测资料、闪电定位仪和雨滴谱、雨量等观测资料,对此次天气过程进行了分析,并采用作业区和非作业区对比的方法,就增雨效果从雨量、雨滴谱及秩和检验(Wilcoxon氏法)等方面进行了效果分析,结果显示:在局地强对流云系含水量丰沛,云顶高度高,云层温度低,过冷水区浓厚,同时垂直风切变有利于AgI粒子的结晶和扩散时,作业时机宜选择在降雨初期云中能量聚集尚未释放时,可进一步提高增雨作业效果。     

对流云人工增雨雷达效果分析软件的应用

根据雷达回波参量自动选取对比云并进行效果分析的方法,研制了对流云人工增雨雷达效果分析软件.在此基础上,对2008年湖北省12次对流云增雨试验进行了效果检验:发现其中10个个例催化效果良好,具体表现为增雨作业催化后,目标云的物理参数发生了比较明显的变化,回波强度、回波顶高、液态含水量、强回波面积等均增大,约半小时内达到峰值,而相应的对比云回波参量增长幅度比目标云小,或者没有继续发展,大部分对比云的生命史比目标云短.最后,通过综合分析,提出基层作业站点适宜开展人工增雨的催化指标,在实际应用中取得了良好的效果.     

古田水库人工降雨效果的综合评价

该文是对福建省古田水库地区12年（1975—1986年）人工降雨随机试验效果进行综合评价。统计分析表明244次随机试验得出20%（α＜0.05）左右增雨效果。各种观测分析（冰核、雨水中Ag+含量，雷达回波、雨滴谱）及数值模拟结果为人工增雨统计结论提供了初步的物理学解释。     

单多普勒雷达在山区火箭人工增雨中的应用

利用单多普勒雷达资料产品对2003年8月3日和8月9日鄂西山区两次火箭增雨的作业条件和效果进行分析。分析表明:依据多普勒雷达资料,利用山区迎风坡地形对云系的抬升作用,适时开展火箭作业进行人工催化,可以达到显著的增雨效果。