多普勒天气雷达工作原理及在人影工作的应用分析

多普勒天气雷达工作原理及在人影工作的应用分析

孙硕阳1，徐永2*

（1.石河子气象局天气雷达站 832000；2.吉木乃县气象局 836800）

摘要：多普勒天气雷达是一种先进的气象监测设备，它利用多普勒效应来探测大气中粒子的运动信息，从而提供风暴、降水等气象现象的详细数据，在人工影响天气工作中发挥着重要作用。本文从多普勒天气雷达的工作原理出发，分析了多普勒天气雷达的关键技术，并详细探讨了其在人工影响天气工作中的具体应用。研究表明，多普勒天气雷达是提升人工影响天气工作效率的关键技术之一。

关键词：多普勒天气雷达；工作原理；人工影响天气工作；应用

引言

人工影响天气是作为一种通过人为干预自然过程，以改变天气状况的技术，通常用于缓解干旱、增加降水量、减轻冰雹灾害、清除雾气以及其他与天气相关的灾害。然而，这一工作的成功实施高度依赖于准确的气象数据和科学的作业决策。多普勒天气雷达以其高精度、高分辨率的特点，不仅实时监测降水系统的动态变化，还通过分析散射体的运动信息，提供大气风场、气流垂直速度等关键气象要素数据，能够为人工影响天气工作提供丰富的数据资源和决策支持。本文通过深入探讨其工作原理及在人工影响天气工作中的应用，揭示多普勒天气雷达在人影工作中的重要作用和潜力，为进一步提升其在人影工作中的应用提供科学依据和技术支持。

1 多普勒天气雷达工作原理及关键技术

1.1 多普勒天气雷达工作原理

多普勒天气雷达的工作原理基于多普勒效应。多普勒效应是指当波源与观察者之间有相对运动时，观察者所接收到的波的频率会发生变化。在多普勒天气雷达中，如果降水粒子朝着雷达运动，接收到的信号频率会升高；如果远离雷达运动，频率会降低，这种差异被称为多普勒频移。通过测量多普勒频移的大小，可以计算出降水粒子相对于雷达的径向速度。此外，多普勒天气雷达还能通过接收到的电磁波束中的振幅和位相等数据，得出气象目标的平均速度、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 多普勒天气雷达关键技术

多普勒天气雷达关键技术包括脉冲、调制解调、发射接收、信号处理及显示技术。脉冲技术中，PRF和脉冲宽度决定探测距离与分辨率；调制解调技术确保发射机发出强大探测脉冲；发射机采用厘米波，天线方向性强，接收机高灵敏，捕捉微弱回波；信号处理通过多普勒速度分辨和滤波，精确分析空气湍流与滤除杂波；显示技术包括PPI显示目标分布与RHI展示垂直气象结构。综合这些技术，多普勒雷达能精确捕捉云、降水及强对流天气信息，为人工影响天气工作提供有力支持。

2 多普勒天气雷达在人工影响天气工作中的应用

2.1 确定合适开展人影作业的云系与天气系统

多普勒天气雷达通过其高分辨率和精确的数据处理能力，能够帮助气象专家和人工影响天气团队确定最合适的云系和天气系统来开展人影作业。具体来说，云系识别，雷达能够区分不同类型的云系，如层云、积云、积雨云等，并评估其物理特性和潜在降水能力。这对于选择适合进行人工增雨或消云减雨的云系至关重要；云体结构分析，通过分析雷达回波图像中的回波强度、谱宽和速度等参数，可以了解云层的厚度、密度和内部结构，从而判断其是否具备进行人影作业的条件；天气系统监测，雷达还能监测天气系统的演变和移动趋势，包括冷空气、暖湿气流等的交汇情况，为人影作业的时机和区域选择提供科学依据。

2.2 监测预警灾害性天气现象

多普勒天气雷达在灾害性天气监测和预警方面发挥着不可替代的作用。它能够实时监测降水、冰雹、龙卷等极端天气现象，并提前发出预警信号，为防灾减灾工作提供宝贵时间。具体来说，降水监测，通过测量降水粒子对雷达波的散射回波，可以准确估算降水强度和累积降水量，为防洪减灾和农业灌溉提供重要参考；冰雹预警，当雷达探测到强对流云团中出现冰雹特征时，能够及时发出预警信号，指导相关部门和公众采取防范措施；龙卷监测，多普勒天气雷达能够捕捉到龙卷风的旋转特征和移动路径，为预警和应对龙卷风灾害提供关键信息。

2.3 对极端天气的干预

虽然多普勒天气雷达本身并不直接干预天气系统，但它为人工影响天气作业提供了重要的数据支持和决策依据。在极端天气条件下，如干旱、洪涝等，多普勒天气雷达的应用可以显著增强人工干预的效果和精准度。具体来说，优化作业方案，通过分析雷达数据，可以了解极端天气现象的发展趋势和演变规律，从而制定出更加科学、合理的人工影响天气作业方案；实时指挥调度，在作业过程中，雷达能够实时监测天气系统的变化情况，为指挥调度提供实时、准确的数据支持，确保作业效果的最大化；评估作业效果，作业结束后，可以通过对比雷达数据的变化情况来评估人工影响天气作业的效果，为今后的工作提供经验和教训。

2.4 定量估测大范围降水

多普勒天气雷达通过测量降水粒子对电磁波的散射回波，能够实现对大范围降水的定量估测。具体来说，降水强度估算，雷达通过分析回波信号的强度，可以估算出降水区域的降水强度，即单位时间内的降水量。这对于评估降水对农业、交通、水资源等方面的影响具有重要意义；累积降水量计算，通过连续观测降水回波信号的变化，雷达可以计算出某一时间段内的累积降水量，为气象预报、水资源管理和防灾减灾等提供重要数据支持；降水分布监测，多普勒天气雷达还能够实时监测降水的空间分布情况，包括降水区域的形状、大小、移动方向和速度等，为气象预报和人工影响天气作业提供详细的空间信息。

2.5 提供详细的风场信息

多普勒天气雷达不仅能够探测降水情况，还能够通过测量大气中散射粒子（如降水粒子、气溶胶等）对雷达波的多普勒频移，提供详细的风场信息。具体来说，风速风向测量，雷达能够测量出不同高度层上的风速和风向信息，为分析天气系统的演变和预测风灾提供重要数据；风场结构分析，通过绘制风廓线图等方式，雷达可以展示风场在不同高度层上的结构和变化情况，为飞行安全、风能利用等领域提供科学依据；对流天气监测，在对流天气中，多普勒天气雷达能够详细判别对流大气的情况，获取更加细致准确的风场信息，为预警和应对强对流天气灾害提供支持。

2.6 实时指挥作业

多普勒天气雷达的实时监测和数据处理能力为人工影响天气作业的实时指挥提供了有力支持。通过实时监测天气系统的演变和降水情况的变化，雷达可以为人工影响天气作业选择合适的时机和区域提供科学依据。根据雷达数据的变化情况，可以及时调整和优化人工影响天气作业的方案，以提高作业效果和精准度。此外，随着雷达技术的不断发展，现代多普勒天气雷达系统已经能够自动处理和分析雷达数据，生成多种产品并应用于作业指挥中。例如，PPI（平面位置显示器）、CAPPI（恒定高度平面位置显示器）等产品可以直观展示降水分布和强度变化；VIL（垂直积分液态水含量）等产品可以评估云层的降水潜力；而基于雷达数据的预警模型和指挥系统则能够实现对人工影响天气作业的自动化指挥和实时调整。这些技术的应用进一步提高了人工影响天气作业的效率和精准度。

结语

在人工影响天气工作中，多普勒天气雷达以其高分辨率、高精度、高时效性的探测能力，能够实时、准确地监测降水情况，为人工增雨、消云减雨等作业提供科学依据；同时，通过提供详细的风场信息，帮助作业团队精准判断天气系统的发展趋势和演变规律，从而制定出更加合理、有效的作业方案。此外，多普勒天气雷达还能在极端天气和灾害性天气现象发生时，及时发出预警信号，为防灾减灾工作提供重要支持。未来，应继续加强对多普勒天气雷达的研究和应用，以更好地服务于人工影响天气工作。

参考文献

[1]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.

[2]曹仁仲.多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用[J].无线互联科技,2021,18(12):96-97.

[3]崔炳俭.新一代多普勒天气雷达与常规天气雷达的理论对比分析[J].科技视界,2018,(23):293+242.

作者简介：孙硕阳，（1995.06），男，汉族，江苏徐州，大学本科，助理工程师，从事研究方向或职业：气象观测及综合业务岗。

*通讯作者：徐永（1971.06），汉，四川武省县，大专，工程师，从事工作：预报和气象服务