多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用

多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用

作者：刘玉洁

来源：《农业与技术》2015年第21期

摘 要：多普勒天气雷达是以多普勒效益为基础，并且能够将散射体相对于雷达的速度进行精确测定的新型气象检测雷达系统，这种雷达系统能够在一定的条件下反映出多种大气流动情况和其他极端天气状况。本文通过解释多普勒天气雷达的工作原理，阐明该系统在人工影响天气中的不同应用。

关键词：多普勒天气雷达；气象监测；人工影响天气

中图分类号： P415.2 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20151132056

随着我国科技水平的不断提升，多普勒天气雷达已经被广泛应用于全国各地。该雷达不仅能够精确反映出降水地区的风速、风向以及多种大气层的变化情况，同时，也能有效的测定出雷达反射因子的强度值。多普勒天气雷达的应用为我国的气象监测工作带来了极大的便利，在预警极端天气等方面更是有着十分重要的作用。 1 多普勒雷达工作原理

多普勒雷达是目前世界上最先进的天气监测设备，并且已经在很多国家得到深入应用，因此，下面我们就多普勒雷达的工作原理进行深入分析和研究，以便能够使人们对其工作原理有着更为清楚的认识。

1.1 通过气象目标对雷达电磁波的散射和吸收

粒子能够对电磁波进行吸收和散射，这也是粒子对电磁波的两大基本形式。雷达探测大气的基础是由气象目标对雷达电磁波的吸收和散射所得。如果电磁波的波束在大气传播途中遇到包括云滴、雨滴以及其他悬浮粒子和空气分子，作为入射的电磁波波束中的有一部分会因为上述的粒子反射到不同地方，这类现象称之为散射。一部分散射的电磁波波束会被粒子吸收，最终按照雷达的方向返回被雷达天线接收，多普勒天气雷达能够通过接收到的电磁波束中自带的振幅和位相等数据，得出气象目标的平均速度以及发射率因子和速度谱宽等基本数据，进而推断并计算出相对应的气象情况和其他内部结构特征。 1.2 电磁波在大气中的衰减

电磁波的能量随传播路径逐渐减弱的现象，称之为电磁波在大气中的衰减。电磁波的衰减与电磁波波束的长度成反比，波束长度越长，衰减程度越小。导致电磁波衰减的根本原因是电磁波的波束在投射到各类云滴、雨滴和其他气体分子时，其中很多能量被吸收转变成别种形式的能量和热能，同时，其他电磁波的能量则被散射。电磁波的衰减能够在很大程度上减小雷达

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中的回波功率，从而致使雷达回波数据不准确，多普勒天气雷达能够利用电磁波的这一特点分析各类天气所折射的电磁波波束以及电磁波的衰减情况，得出气象目标的准确数据。 1.3 电磁波在大气中的折射

在真空环境下电磁波的传播路径是直线，而在大气中由于各类气体分子及云雨滴的存在，使得电磁波在大气中会出现折射现象。大气折射主要包括标准折射、超折射、临界折射、负折射以及无折射，这五种折射均与雷达波束的高度、宽度以及仰角等因素有关。每一种折射都有不同的回波强度和径向速度，这些回波强度反映出不同的电磁波波长，多普勒天气雷达能够通过对上述五种折射的分析，通过对雷达接收站所收集到的折射后电磁波波束进一步的计算和整理，得出相应的气象资料以进行相应的人工干预。 1.4 多普勒效应

多普勒效应以声波的形式体现，比如一辆火车在高速行驶的情况下，其声音的频率会随着声波的压缩而不断增加，然而当火车接近停止时，其声音的频率则会由于声波的膨胀而不断减少，这种现象称之为多普勒效应。换言之，一个声音以20m/s的速度，在较近或较远的距离听会产生大约800HZ的多普勒频率移动。多普勒天气雷达所发射的电磁波相比声波的频率高，并且是以光速的形式进行传播，通常该雷达不是直接对多普勒频移测量，而是通过往返脉冲对之间的差值得到气象目标的径向速度。正因如此，多普勒天气雷达与其他普通雷达最大的不同之处，在于多普勒天气雷达不仅能够准确提供气象目标的发射率因子，还能提供气象目标的径向速度和谱宽数值，这些数据在预警极端天气时是十分必要的。 2 多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用

多普勒天气雷达凭借自身较高的科学技术，能够对天气情况进行准确的预测，并且已经在很多国家的天气监测中得到广泛应用，因此，下面我们就多普勒天气雷达在人工影响天气中的重要应用进行深入分析和研究，以便使人们能对其有着更为详细、深入的了解。 2.1 能够对灾害性天气进行监测和预警

多普勒天气雷达在对气象情况进行观测时，能够清晰的提供有关回波强度（即发射因子z）、谱宽w和径向速度v的图像，在这些图像里涵盖了详细的各种对流天气信息，气象工作者可综合利用上述图像，较准确和及时的对各类极端天气进行检测和预警。判断强对流天气的最重要数据是回波强度，多普勒天气雷达中的径向速度也能有效的判断极端天气中大气层的异常情况，这是由于强对流天气的出现和发展往往与气流的强度、辐散以及旋转等因素有关，这些都是识别极端天气最有效的依据。 2.2 多普勒天气雷达对极端气象的干预

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极端天气的出现会危险人们的生命及财产安全，多普勒天气雷达能够通过对极端天气的检测，及时发布气象预警，确保人们的生命以及财产安全。龙卷风是在对流云中产生的破坏力极强的灾害性天气，最强龙卷风的风速大约每秒在120～210m之间，仅在地面上引起灾害性的龙卷风称之为陆龙卷，延伸到海面的龙卷风称之为水龙卷，通过多普勒天气雷达的回波识别数据可得，龙卷风主要产生超级单体回波和多单体回波。对流风暴中强烈和大规模的上升气流是产生冰雹的基本条件，其主要发生在超级单体的回波中，继而降落在中气旋周围的钩状强回波区域中，多普勒天气雷达能够通过对回波数据的收集推断出冰雹的总量以及持续时间。强烈的大风天气是对流风暴产生的一种地面直线型灾害，其中对流风暴中下降的气流抵达地面时产生的辐射称之为地面大风，在这种对流风暴中强烈下降的气流称之为下击暴流，下击暴流的回波与龙卷风类似，但其回波长度较龙卷风短，多普勒天气雷达能够明确对比出二者之间的差别。 2.3 定量估测大范围降水

多普勒天气雷达的参数不仅在建站之初需要反复的校对和检查，在日常运作时也需要定期的对雷达参数进行复查，以达到确保雷达回波数据准确的目的。多普勒天气雷达能够根据当地回波强度与降水量之间的比值，将降水强度实时转变为降水量并且提供阶段性和定期性的雨水分布图，气象工作者可以通过所得出的降雨图，综合分析各个地区的降水情况，对于降水较少并且已经严重影响当地生态的地区采取人工降雨等干预措施，最终对整体地区的降水进行均衡性调控。

2.4 提供详细风场信息

多普勒天气雷达不仅能够及时的通过径向速度获得风向以及风力的分布图，详细辨别强对流大气，而且能够得出精确的风场信息（即廓线图）。风廓线雷达通过向高空放射不同方向的电磁波波束，这些电磁波波束在大气中被折射后被重新收集到风廓线雷达所得出的图形，称之为廓线图。风廓线雷达利用多普勒效益探测大气中的风向和风速信息，具有全自动和探测时空分辨率高的两大优势，通过风廓线雷达得到的廓线图能够准确分析出不同高度中不同的风向和风力大小，对检测大风灾害有着十分重要的作用。 3 结语

综上所述，多普勒天气雷达在气象监测等工作中被普遍运用，该天气雷达既能够准确预报天气情况，还能为人工影响天气作业提供十分可靠的依据，近年来对指导人工降雨和环境评介等多个领域都有着不可替代的地位，我们可以学习借鉴国际中先进的多普勒天气雷达技术，不断提升我国雷达水平，更好、更快的对灾害性天气监测预警。 参考文献

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[3]陈进强.单部多普勒天气雷达在业务上的应用[J] .气象科学，2012（09）.