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。     

使用VIL选择人工增雨作业区域

本文利用长春多普勒雷达资料,分析了层状云降水整体VIL及0℃层上、下VIL的分布特点,指出VIL较雷达强度回波更适用于人工增雨作业区域的选择,0℃层上部VIL对北方人工增雨作业区域的选择更具指导意义。     

上海短历时强降水的雷达和闪电活动特征

用雷达反射率及其导出产品(分层垂直液态水含量(VIL)、分层平均反射率等)与闪电和大气温度层结资料,通过对降水系统时间演变、反射率垂直结构和闪电活动的分析,将上海2010年6—11月的短时强降水(1 h雨量≥20 mm)分为层状暖云型、对流暖云主导型和对流冷云主导型。(1) 与雨强密切相关的关键因子是:低层(0 ℃层以下、高度在0～1 km、0～2 km、0～3 km和0～4 km)的VIL、低层(高度在1～2 km、2～3 km和3～4 km)的平均反射率和整层最大反射率;(2) 不同类型强降水中,高层(高度在0 ℃、-10 ℃和-20 ℃层以上)的VIL、整层VIL、高层(高度在5～6 km、6～7 km和7～8 km)的平均反射率、总地闪和负地闪频次这5个因子对雨强的作用各有不同;(3) 对应不同降水类型的平均反射率垂直廓线具有不同的垂直结构和发展演变特征;(4) 在三类强降水中,对流冷云主导型的雨强与总地闪和正地闪的相关性最好。      

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。     

VIL在识别冰雹云中的应用及估测误差分析

介绍了兰州CINRAD/CC(3830)多普勒雷达体扫描资料中垂直累计液态含水量VIL产品资料的生成技术及其估测误差分析,并结合甘肃中部地区降雨和降雹实测资料,提出了VIL(3km×3km)识别冰雹云的判别指标,有益于CINRAD/CC(3830)多普勒雷达在甘肃人工防雹增雨作业中有效应用。     

垂直累积液态水含量应用拓展浅析

利用吉林省2003、2004年多普勒雷达资料，对层状云连续性降水和对流云降水整层垂直累积液态水含量(Vertically Integrated Liquid Water，简称VIL)及0℃层上、下层VIL的分布特点进行了分析，指出VIL可应用于人工增雨作业区域的选择、暴雨和强风暴的分析以及降水机制等研究。     

利用新一代多普勒雷达产品判别重庆市人工增雨作业指标

本文用统计学的方法,主要利用重庆市S波段新一代多普勒雷达产品按照层状云、对流云、积层混合云三类降水型将2009年8月-2010年8月的有效降水过程进行分类,并分析不同降水类型的雷达回波特征参数,初步得出重庆地区人工增雨雷达回波指标.结论显示,重庆地区人工增雨作业指标为:层状云回波强度≥23 dBz、回波顶高≥5 km、VIL特征值≥3 kg/m2;积层混合云在春秋两季回波强度≥30 dBz、回波顶高≥6 km、VIL特征值≥8 kg/m2,夏季回波强度≥35 dBz、回波顶高≥8 km、VIL特征值≥13 kg/m2;对流云春秋两季回波强度≥40 dBz、回波顶高≥8 km、VIL特征值≥13 kg/m2,夏季回波强度≥43 dBz、回波顶高≥11 km、VIL特征值≥23kg/m2.     

层状云催化宏微观物理响应的数值模拟研究

层状云系是进行人工增雨开发利用空中云水资源的重要对象,增雨作业需要有科学可行的技术指标来指导实际作业的科学实施,而合理准确评估人工增雨作业的效果也是需要解决的重要课题,通过数值模式合理地仿真模拟实际催化作业的过程,进而研究增雨作业后云和降水的一系列宏微观特征的变化及其机理,是建立和改进催化作业技术的必要途径,也是评估实际人工增雨作业效果的有效手段。本文使用三维中尺度冷云催化模式对2014年4月15日河北省一次层状云降水的飞机催化作业过程进行了仿真模拟,力图对实际作业过程进行合理再现,通过对模拟结果的分析,研究飞机播撒的AgI（Silver iodide）催化剂在空中的扩散传输特征,分析催化对云和降水宏微观特性的影响,并对此次飞机催化作业的增雨效果进行评估。研究结果表明,播撒的AgI催化剂烟羽扩展的水平尺度可达数十公里以上,垂直方向上,大部分AgI粒子则主要集中在作业层上下约1 km的厚度范围内,AgI粒子的向上输送明显强于向下的输送;催化后云中的冰晶和雪粒子明显增加,导致催化模拟前期的霰增长受到抑制,之后随着霰碰并雪过程及零度层附近冰相粒子淞附过程的增强,云中霰的总量逐渐增加;催化作业后,催化云的雷达回波强度有明显增强,且随时间变化表现出不同的结构特征;催化导致地面降水出现先减少后增加的时间变化特征,催化后3小时,作业影响区向作业区下游扩展100 km以上,总体呈现减雨—增雨的区域分布特征;数值模拟评估表明,整个评估区内的净增雨量达到3.6×107 kg,平均增雨率为1.1%,暖层霰粒浓度和尺度的增加是降水增加的主要原因。由于作业目标云系的催化条件一般,而播撒的AgI剂量偏大,造成增雨作业效果偏低。     

分层垂直累积液态含水量的算法及其在人工影响天气中的应用

应用VIL产品的生成原理,变换VIL产品的理论表达式为实测体扫回波强度不同仰角之间高度层的计算公式,利用与雷达资料时间对应的当天的探空资料,取得当天0℃层的高度,并以0℃层高度为界,将垂直累积液态含水量分为上下两部分,分别计算每一个底面积的垂直柱体中的垂直累积液态含水量以及分层的垂直累积液态含水量,从而得到整个探测区域的VIL分布.通过雷达组网,得到全省的上层VIL的分布,结合雷达资料分析出的回波的移向和移速,科学的选择飞机增雨的作业区域以及作业的时间,从而得到更好的飞机人工增雨效果.利用分层垂直累计液态含水量及其0℃上下层比值,更好的指挥地面高炮火箭人工增雨和消雹作业.     

渭南市高炮火箭人工增雨作业分析

利用渭南市2001—2004年人工增雨作业的雷达回波资料和实况资料,运用统计和对比的方法,对13次高炮、火箭人工增雨作业云系、作业时机、部位以及催化剂量的选择进行综合分析。总结出渭南市高炮、火箭人工增雨的作业技术要点:以混合云和层状云为主要目标云系,层状云作业效率最高,可达83.3%;层状云系作业部位应选在0oC层亮带以上,混合云系应选在强回波区附近;选择催化时机,层状云应在云顶高度≥6 km,回波强度≥25 dB z,混合云云顶高度≥7.5km,回波强度≥35 dB z为宜;一次过程,一个作业点炮弹以40发左右效果较好,火箭弹2~4枚为宜。     

火箭增雨效果雷达回波分析

利用2004年6月12日甘肃省永登县雷达观测对流云的加密资料,选取了2次相似对流云过程分别作为目标云和对比云,探讨了目标云作业前后较对比云雷达回波有关参数的显著变化,并结合地面雨量点观测资料对地面人工增雨作业效果进行了初步分析,结果表明:目标云在降水、生命期特征、回波垂直特征参数变化方面,表现出作业前后较对比云存在明显差异,目标云作业40 m in后地面产生0.6 mm降水,而对比云则从新生发展到减弱消散阶段经历较短的时间(30 m in),地面并无降水产生,从而推断本次人工增雨达到了一定的预计效果。     

基于星载云雷达资料的东亚大陆云垂直结构特征分析

利用近5年(2006年6月—2011年4月)的Cloudsat卫星资料分析了东亚大陆云垂直结构特征。结果表明:(1)降水(文中可降水是根据观测到的可降水粒子信息计算到达地面的降水,并不是指地面观测到的实际降水)云和非降水云的雷达反射率(回波)垂直分布存在一定差异,除降水云反射率通常接地外,降水云主要集中在8 km以下,反射率通常为-20—15dBz,非降水云主要集中在4—12 km,反射率为-28—0 dBz;降水云雷达反射率频数大值中心在2 4 km,对应的雷达反射率为0—10 dBz,而非降水云出现在8—10 km,且对应的雷达反射率为-26—-24 dBz;(2)从雷达反射率廓线来看,降水云中雷达反射率随高度的变化先增强后减弱,而非降水云几乎不变;(3)液态降水云、固态降水云和毛毛雨降水云反射率的垂直分布明显不同;(4)液态降水云自11至7 km雷达反射率迅速增强,表明此高度是粒子快速增长的优势空间;(5)固态降水云中-15℃温度频数分布与雷达反射率频数大值中心有很好的对应关系,表明在-15℃附近的条件下冰相粒子凝华-碰冻是粒子增长的优势过程;(6)云的垂直结构随着季节变更而变化,降水云春季、夏季和秋季的雷达反射率垂直分布变化不明显,而冬季主要在低层;固态降水云的垂直分布频数大值中心从春季至冬季呈"双-单"中心交替变化,且与云中-15℃频数分布变化一致;非降水云雷达反射率垂直分布没有明显的季节变化;(7)深对流云和雨层云是形成降水粒子的主要云型。     

武汉一次对流云火箭人工增雨作业的综合观测分析

为了收集整理对流云人工增雨效果的相关证据,利用雨滴谱、GPS/MET水汽、多普勒雷达和地面分钟雨量观测资料,对2014年9月28~29日武汉一次对流云火箭人工增雨作业过程进行效果分析检验。结果表明:(1)对流层中低层上干下湿结构有利于对流发生,作业前水汽向武汉附近集中,雷达回波顶高为10 km左右,且作业目标云处于新生或发展阶段,具有较好的作业条件;(2)通过催化目标云与对比云的对比分析发现,催化后对流单体的最大反射率因子、回波顶高、垂直液态水含量和强回波面积等物理参量均出现不同程度增长,整个生命史延长30 min以上,其中F1对流单体经催化后在00:33~00:51经过武汉观测站,形成的降水粒子在1.85 mm粒径处出现峰值,且粒径和数浓度快速增长至最大;(3)3个目标云此次催化后的增雨率均超过36%。     

利用新一代天气雷达资料反演云体含水量

利用多普勒天气雷达探测的反射率因子Z与含水量M的Z-M经验关系式,反演云体含水量。计算域定为以雷达站为中心、水平边长为150 km的正方形格点域,垂直高度为30 km,分辨率是1 km×1 km×1 km。通过对2006年4月11日发生在湖南长沙的一次飑线过程的分析,利用反演软件计算该飑线云体的含水量分布,构建了CAPPI和VCS及整层VIL(垂直累积液态含水量)3种显示方式。反演结果与实测的雷达基本反射率产品、雷达CAPPI反射率产品、垂直积分液态含水量产品对比分析表明,反演的含水量分布及中心位置与雷达产品结果吻合,且利用Z-M经验关系式反演的含水量M反映了含水量的三维分布,较雷达VIL产品更能显示真实的含水量状况。     

铜仁市夏季人工增雨作业条件指标研究

为了提高铜仁市的抗旱能力和人工增雨作业效率,该文通过统计、对比分析2013年铜仁市夏季人工增雨作业78次记录(样本)和多普勒天气雷达常用产品作业前后其特征变化,得出适合铜仁市人工增雨条件的雷达回波特征:反射率因子(0.5°仰角)≥25 d Bz,回波顶高≥6 km,垂直液态水含量≥10 kg/m2,径向速度场有辐合特征,回波移动缓慢或者稳定少动时,人工作业增雨作业效果较好,同时综合应用各种雷达产品建立人工增雨作业判别指标。     

青藏高原那曲地区一次深对流云垂直结构的多源卫星和地基雷达观测对比分析

为了加强对青藏高原深对流云垂直结构的深入认识,利用TRMM、CloudSat和Aqua多源卫星观测资料及地基垂直指向雷达（C波段调频连续波雷达和KA波段毫米波云雷达）资料,对第三次青藏高原大气科学试验期间2014年7月9日13-16时（北京时）发生在那曲气象站附近的深厚强对流云和那曲气象站以西100 km左右的深厚弱对流云的垂直结构特征进行了分析,得到的结果如下:（1）深厚强对流云和深厚弱对流云的水平尺度均较小（10-20 km）,垂直发展高度较高（15-16 km,均指海拔高度）;深厚强对流云在0℃层以下雷达反射率因子递增非常快,表明对流云内固态降水粒子下落至0℃层以下后融化过程有很重要的作用;在对流减弱阶段有明显的0℃层亮带出现,亮带位于5.5 km左右（距地1 km）;（2）对比TRMM测雨雷达和C波段调频连续波雷达观测到的雷达反射率因子,发现TRMM测雨雷达在11 km以下存在高估;（3）深对流云主要为冰相云,云内10 km以上主要是丰富小冰粒子,而10 km以下是较少的大冰晶粒子;深厚强对流云和深厚弱对流云的微物理过程都主要包括混合相过程和冰化过程,混合相过程分为两种:一种是-25℃（深厚强对流云）或-29℃（深厚弱对流云）高度以下以凇附增长为主,另一种是该高度以上主要以冰晶聚合、凝华增长为主,该过程冰晶粒子有效半径增长较快。这些空基和地基的观测证据进一步揭示了青藏高原深对流云的垂直结构特征,为模式模拟青藏高原深对流云的检验提供了依据。      

聊城市高炮火箭人工增雨作业分析

利用聊城市2004-2006年春季人工增雨作业的雷达回波资料和实况资料,对13次高炮、火箭人工增雨作业云系、作业时机、部位以及催化剂量的选择进行综合分析。结果表明：聊城市高炮、火箭人工增雨的作业以混合云和层状云为主要目标云系,层状云作业效率最高,可达80．5％;层状云系作业部位应选在0℃层亮带以上,混合云系应选在强回波区附近;选择催化时机,层状云应在云顶高度大于或等于6km,回波强度大于或等于25dBz,混合云云顶高度大于或等于7．5km,回波强度大于或等于35dBz为宜;一次过程,一个作业点每波次炮弹以8～12发效果较好,火箭弹2～4枚为宜。     

江西人工增雨作业条件的雷达回波参数指标分析

根据江西省2007-2008年人工增雨作业记录和南昌多普勒天气雷达产品资料,选取了621个人工增雨作业样本,运用统计和对比的方法对样本进行分析,获得江西省人工增雨作业条件的低层反射率、组合反射率、回波顶高、垂直积分液态水含量等参数指标,并建立人工增雨作业条件判别方程。     

依据雷达回波自动选取对比云进行人工增雨效果检验的方法

针对对流云人工增雨作业效果的物理检验,提出了一种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。以多普勒雷达的数据产品为基础,在作业时存在的所有对流单体中,通过比较它们与目标云的生成时间和空间位置,并应用相似离度法判别从其初始生成到作业时的回波参量及其变化特征的相似程度,自动找出对比云,最后给出在整个生命期内目标云的回波参量随时间的变化情况,以及目标云和对比云回波参量在同一时刻和同一发展时期的比较结果。依据该方法,研制了对流云人工增雨雷达效果分析软件。试验证明:该方法实用性较强,能够快速识别出对比云,在一定程度上消除人为判别的误差,提高对流云人工增雨作业效果分析的科学性。