多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用

曹仁仲

摘 要：天气变化与人们的生活息息相关，社会经济的飞速发展使得人们对于天气预报的服务要求也越来越高，在巨大的社会需求下，多普勒天气雷达被研制出来。多普勒天气雷达在实际应用中展现了极大的优势，使其实现了大范围推广应用。多普勒天气雷达能够有效获取降水地区的风向、风速以及其他气象要素变化等内容。由此可见，研究多普勒天气雷达对人工影响天气中的应用具有一定意义。

关键词：多普勒天气雷达;人工影响天气;电磁波

0   引言

就当前社会各行业发展情况来看，其受天气变化的影响很大，而随着科学技术的飞速发展，人们可以通过有效地人工干预来影响天气。在执行人工影响天气前，必须了解有关天气变化的基本信息，这样才能保证人工影响天气取得良好效果。多普勒天气雷达之所以能被广泛应用是因为其能够有效获得气象信息，这为人工影响天气提供了良好的信息基础。本文也就此进行研究[1]。

1 多普勒雷达工作原理

纵观整个世界，多普勒雷达已经成为当前最为先进的天气监测设备，很多国家都应用多普勒雷达预测天气状况。

1.1 通过气象目标对雷达电磁波的散射和吸收

电磁波是一种极其特殊的物理存在。自人类开始对大气进行探测，所使用的都是雷达，而其主要原理就是利用粒子对雷达电磁波的吸收和散射了解粒子所处的位置。当电磁波从雷达中传出后，其会在大气中传播，若在传播途中遇到雨滴或云滴，其就会被悬浮在空气中的悬浮粒子和空气分子吸收或散射。所谓散射是指电磁波没有被粒子所吸收，而因粒子反射到其他地方。当被发散出去的电磁波回归到雷达时，多普勒天气雷达就能够收到电磁波术中自带的振幅，通过其振幅我们就能够了解和分析出云雨大概的位置，而后通过分析发射率因子和速度谱宽等基础数据，分析具体的天气情况和内部结构特征，以此判断出未来一段时间某地区的天气情况[2]。

1.2 电磁波在大气中的衰减

电磁波在大气中的传播途径会随路径的增长而逐渐减弱，据实际调查发现，电磁波衰减程度和电磁波束长成反比，也就是说，电磁波长度越短，那么其衰减程度就越小。通过实验探究可知，电磁波之所以会在大气传播过程中减弱，是因为其会在经过云滴或雨滴时，被其气体分子折射，其部分能量会被于雨滴和云滴气体分子吸收，还有一部分能量会转变成其他能量散发出去，剩余的部分可能被气体粒子散射。除此之外，电磁波的衰减也很大程度上减少了雷达的回波功率，若电磁波衰减程度过重，很容易使回收到雷达的电磁波数据准确度降低。反观多普勒天气雷达，虽然其电磁波也会有同样的遭遇，但其恰恰就利用了这一遭遇，详细感知了天气对电磁波波束的影响，而气象观察者就可以通过影响情况了解天气情况，从而得出气象目标的准确数据[3-5]。

1.3 电磁波在大气中的折射

当处于真空环境时，电磁波传播路径为直线。然而，人们生活的环境充满了介质，几乎不存在真空状态，而大气则是由不同的气体分子和与云组成，这使得电磁波必然会在传播过程中出现折射的情况。因此，可以将电磁波折射情况总结为：负折射、临界折射等，折射类型不同，雷达回收的波束高度，宽度都会有所区别。不同电磁波拥有不同的回波强度和径向速度，以致其遇到云、雨滴和气体粒子时发生的折射情况也不同，而我们能够通过电磁波波长差异，将电磁波折射总结为以上几种。在掌握其折射类型和发生折射的原因后，工作人员可以在雷达接收站将所有折射后的电磁波波束信息进行整理和计算，而后探求出资料中隐藏的气象资料。

1.4 多普勒效应

多普勒雷达应用核心理念是多普勒效应。而多普勒效应的主要体现形式是声波。举例说明，若我们站在站台，看见火车从远处行驶而来，那么在较远的地方，火车的声音频率就会随声波的压缩而增强，当火车逐渐接近站台并最终停止时，声音的频率又会因声波的膨胀而逐渐降低，这种现象就称作为多普勒效应。换一种方式来讲，一种声音从远至近以每20米每秒的速度前行，人耳大约能接收到800赫兹的多普勒移动频率。与这相比，多普勒天气雷达所发射的电磁频率要高得多，而且其传播速度等同光速，这也使得雷达在日常工作中接收的并不是直接的多普勒频移测量，而是往返冲脉间的差值，气象站工作者则需根据其差值对气象目标的径向速度进行计算。普通天气雷达和多普勒天气雷达最大的区别，就在于发射率因子的差异，该种因子能够让我们利用多普勒天气雷达了解到天气目标的径向速度，提前知晓极端天气的出现，由此可见，多普勒天气雷达对预警极端天气有重要作用。

2  多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用

因多普勒天气雷达具备较高的科学技术，加之其能够实现对天气情况的精准预测，以至于世界上很多国家都开始将该技术广泛地应用在天气预测中。

2.1 能夠对灾害性天气进行监测和预警

通过多普勒天气雷达的电磁波回波情况，能清楚了解到不同地区的实际天气状况。各地区气象工作者也可利用多普勒天气雷达传回的信息，对恶劣天气进行精准监测和预警。在对强对流天气进行预警时，最主要依靠的是回波强度，一旦雷达在径向速度上发生改变，就能判断极端天气带来的大气层异动，而其极端天气的预测能够依据气流的强度、散射等多种因素进行精准识别。

2.2 多普勒天气雷达对极端气象的干预

恶劣极端天气对人类的生命财产都会造成极大威胁，为了尽可能减少这类损失，加强对天气的提前预测是十分重要的。预测天气的目标可利用多普勒天气雷达完成，该雷达能实现对恶劣天气的精准监测，气象局了解到雷达回测结果后，会立马向群众发布气象预警，让所有人员提早防备，从而保证人员生命财产安全。龙卷风是一种较为常见的、具有极强破坏性的灾害性天气，风速可达到每秒120米，最高可达每秒210米。陆地上引发的龙卷风称为陆龙卷，延伸到海上的龙卷风则被称为水龙卷。应用多普勒天气雷达，也能够探知龙卷风类型。若雷达在监测过程中遇到强烈风暴和大规模气体上升，则说明该地区可能生成冰雹天气，而该天气情况可从超级单体的回波情况中看出。其降落在气旋周围的钩状回波区域中，雷达能够通过对回波数据收集，了解到冰雹的强度和持续时间，这也有助于人们了解到冰雹灾害情实际情况，让人们提早防范。强风天气对于人们来说是一种地面直线型灾害，该种灾害最直接的体现是在地表产生大风，而大风的气流会对地表，建筑物和人类产生危害，多普勒天气雷达对于该种天气状况的辐射称之为地面大风，其类型与龙卷风相似，但回波长度比龙卷风短，多普勒雷达可以根据其回波长度的情况明确对比二者差别，从而确定其天气情况为何种类型。

2.3 定量估测大范围降水

在多普勒天气雷达建站初期，需要对其雷达参数进行反复校对和检查，确保其在正常运行过程中回收的回波数据准确。利用多普勒天气雷达，还能够了解现阶段或定期性的雨水分布图，了解当地回波强度与降水量之间的比值。天气工作者可以根据其雨水分布图制作降雨图，了解各地区的实际降水情况，若某地区降水量较少，则可以采取人工降雨的方式缓解当地的干旱情況，以此调整个地区的降水均衡。

2.4 提供详细风场信息

人们可以利用多普勒天气雷达了解径向速度的风向和风力分布图，从而辨别强对流大气，明确风场信息。气象工作者可通过雷达回收的电磁波，了解而且其在大气中的折射情况，该情况需要工作人员将回收电磁波和已有数据信息对比，最后绘制所得图形则被称为风廓线图，风廓线图展现了大气的风向和风速信息，其应用原理也是多普勒效应。

3 结语

随着科学技术的飞速发展，人类研究出了多普勒天气雷达，该种雷达能够帮助人类监测天气变化，了解天气情况。经实践证明，该种雷达的应用能够为人们提供准确的天气预报信息，各行各业可以依据相关天气预报信息调整企业运转情况和工程进度，这极大地减少了恶劣天气对社会经济发展的影响。近年来，为了确保各地的降雨水平均衡，环境发展良好，我们运用各种人工方法影响天气，而多普勒天气雷达为人工影响天气提供了有效地技术支持，其在人工降雨和环境评价等多领域有着不可替代的重要地位。我国应该在原有雷达的基础水平上，借鉴外国的多普勒天气雷达技术，以此提升我国的天气预警能力，从而为我国民众更好地提供天气预测服务。

[参考文献]

[1]李传柱.新一代多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用[J].科技经济导刊，2020（1）：114.

[2]赵梦玉.多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用[J].农家参谋，2019（22）：167.

[3]傅超，郑钟尧，崔倩，等.多普勒天气雷达在人工防雹中的应用研究[J].农业与技术，2019（13）：150-151.

[4]黄金全，李丽丽，文继芬，等.风廓线雷达和多普勒天气雷达在一次强对流天气过程中的分析应用[J].中低纬山地气象，2019（3）：34-40.

[5]杨立冰.新一代多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用[J].内蒙古科技与经济，2019（9）：59.

（编辑 姚 鑫）