滇西南一次人工增雨中C波段雷达回波演变分析

收稿日期：2024-01-11

基金项目：云南省气象局科研项目“西双版纳地面火箭人工增雨作业条件研究”（YZ202222）。

作者简介：李志（1985—），男，四川成都人，工程师，主要从事人工影响天气和雷达应用工作。#通信作者：洪群艳，E-mail：380801193 @qq.com。

摘 要：人工增雨是人为补充某些形成降水的必要条件，增加自然云降水，开发利用空中云水资源的有效途径。新一代天气雷达能及时探测降水系统的内部结构和发展变化情况，是指导人工增雨作业的有效工具。通过筛选滇西南多年的人工增雨作业数据，选取2022年4月20日西双版纳州一次效果较好的两点联合人工增雨作业数据资料，分析作业前后组合反射率、垂直累计液态含水量、回波顶高3种新一代天气雷达产品1 h内的演变特征，印证人工增雨作业效果，为今后的人工增雨作业提供数据参考。

关键词：C波段天气雷达；人工增雨；组合反射率；垂直累计液态含水量；回波顶高

中图分类号：P481 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）04–0-03

此处使用的是安徽四创电子股份有限公司研制的C波段双线偏振全相参脉冲多普勒天气雷达，该雷达采用双极化技术，能够进一步探测气象目标的线性退极化比、差分反射率因子、差分传播相移、差分传播相移率、相关系数等信息，反演降水粒子形状、尺寸、指向角的分布情况，进行降水类型的分类和识别。借助该雷达，能够较为全面地掌握当前天气情况和未来发展趋势，指导气象部门安全、有效地开展人工增雨防雹作业。

1 资料选取和产品介绍

1.1 资料选取

通过分析多年的人工增雨作业数据，选取2022年4月20日勐海布朗山作业点和布朗山瞭望塔作业点一次有效的联合人工增雨作业数据资料，分析作业后新一代天气雷达组合反射率（CR）、垂直累计液态含水量（VIL）和回波顶高（TOPS）三种产品演变特征，为今后的人工增雨作业方案设计提供参考[1]。

1.2 产品介绍

1.2.1 组合反射率（CR）

该产品是反映监测范围内降水云体中最大回波强度值水平分布的图像产品，显示结果是多层扫描反射率因子的组合最大值。它在强对流风暴形成分析中十分有效（表1）。

1.2.2 垂直累计液态含水量（VIL）

该产品是反映某一确定区域的垂直柱体内降水云体中垂直液态含水总量分布的图像产品。假设所有反射率因子回波都是由液态水滴返回的，将反射率数据转换成等价的液态水含量，然后对每个仰角的值进行垂直累加所得。VIL有助于判别强降水和强对流天气，也可用于指示大冰雹的存在。相关研究表明，VIL是业务中使用次数最多的产品之一（表1）。

1.2.3 回波顶高（TOPS）

该产品是显示海平面以上回波强度≥18.3 dBz时，对应的最高高度分布的图像产品。对流的强弱在一定程度上与回波伸展的高度有关，因此该产品用来分析雷达探测范围内不同地区对流发展与否、对流相对强弱的情况（表1）。

2 回波演变分析

2.1 回波强度分析

2022年4月20日14：00，勐海县对流发展，对流云

团生成。如图1所示，在CR图上，回波整体呈块状结构，主体回波周围伴随小块分散回波生成，强度较弱，

范围较小。14：00～14：54，对流逐渐发展，回波整体以约35 km/h的速度向东南方移动，移动期间的回波范围逐渐增大且强度增强，中心强度最高达到54 dBz，此时，目标作业点上空暂无对流云团。14：54，对流云团东南方有新风暴云团生成。初生阶段，回波较弱，覆盖面积较小，中心强度仅26 dBz，此时新风暴云团处于西双版纳州布置的人影作业点正西方位10 km左右。15：05，风暴云团回波增强且影响面积增大，最大强度达43 dBz。此时，风暴云团已移至西双版纳州布置的人影作业点射界范围内。15：06、15：09，位于风暴云团附近的布朗山作业点和布朗山瞭望塔作业点开始增雨作业，共发射JFJ-3型增雨防雹火箭弹11枚。作业后，风暴云团强度迅速增强且影响范围扩大，在15：11回波出现峰值，达52 dBz；15：28，30 dBz强度以上的回波面积达到最大。至15：51，风暴云团中心强度仍在40 dBz以上，此后风暴云团逐渐减弱消散。

2.2 垂直累计液态含水量（VIL）

如图2所示，4月20日14：54，风暴云团生成。云团初生时VIL最大值小于0.5 kg/m2。15：00、15：05，云团的VIL最大值分别为1.5和4.5 kg/m2，此时可以有效开展人工增雨作业。15：06、15：09，增雨作业后风暴云团VIL值迅速增大。15：11，VIL达到峰值15 kg/m2，并在15：40前，云团VIL最大值基本保持在10 kg/m2左右。15：45之后开始逐渐降低，直至15：51，云团VIL值降至3 kg/m2以下[2]。

2.3 回波顶高（TOPS）

如图3所示，4月20日14：54，风暴云团生成。初生阶段云团顶高为5.2 km，之后15：00、15：05，云团顶高增至6.8、6.7 km，可以有效开展人工增雨作业。15：06、15：09，增雨作业后云团顶高迅速增高；15：11，顶高增至8 km。15：17，回波顶高达到峰值9.2 km。15：51前，云团顶高均保持在8 km以上，之后云团顶高降低，但依旧维持在7 km以上。

3 增雨作业效果评估

3.1 增雨作业统计检验方法的选取

选取区域对比分析方法作为2022年4月20日布朗山地面火箭人工增雨作业效果评估的统计检验方法最为合适[3]。区域对比分析法计算公式如下：

（1）相对增雨：目标区作业期实测雨量与对比区作业期实测雨量的比值减去1再乘以100%，单位为%，公式如下：

RAR=（1）

（2）绝对增雨：目标区作业期实测雨量与自然雨量期望值（自然雨量期望值指计算出的在假定不做人工增雨情况下的目标区雨量值，该方法中自然雨量期望值用对比区作业期实测雨量来近似代表）的差值，单位为mm，公式如下：

OAR=Y2-X2（2）

3.2 效果评估

根据区域对比分析法分析得出，2022年4月20日地面火箭人工增雨联合作业增加有效降水54.697 5万m3。

4 结论

在2022年4月20日云南西双版纳州勐海县实施的地面火箭人工增雨作业中，利用C波段天气雷达探测资料分析作业后雷达回波演变情况，得出如下结论：

（1）正确有效的人工增雨作业会使云体内部在短时间内发生变化，雷达CR、VIL、TOPS产品均能有效反映出该变化。

（2）人工增雨作业后，目标云体的回波强度和影响范围将在短时间内增加，且将维持一段时间高值。垂直累计液态含水量会先迅速增大，形成降水后有所减小，后期若水汽充足时可能再次出现增大现象。回波顶高变化同垂直累计液态含水量的变化相似。

（3）根据降水效果评估和雷达产品特征分析，正确有效的人工增雨作业将使降水量在一定时间内增加。

参考文献

[1] 汪俊，刘雅琳.X波段移动天气雷达产品在人工增雨中的应用[J].高原山地气象研究，2022，42（S1）：125-130.

[2] 付华波.多普勒雷达在人工增雨作业中的应用[J].中国高新科技，2022（14）：126-127.

[3] 邓北胜.人工影响天气技术与管理[M].北京：气象出版社， 2011.