几种气象资料在人工增雨效果评估中的应用

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人工增雨(雪)作业的时间、部位、具体作业方式等的选择以及作业效果的评估一直是研究和实际应用中的重点。而且人工增雨工作越来越得到各级政府的重视与支持。科学指挥是关键,效果评估更必不可少,增雨效果如何是向地方政府汇报的重要内容之一。但人工增雨(雪)作业的效果评估问题目前仍是一个世界性难题,特别是单点次的作业更是难以评估。目前人工增雨(雪)常用的评估方法为统计检验和物理检验[1],统计检验需要大量试验样本,且随机化试验在我国难以实现,大量样本无从获得。物理检验目前主要是雷达观测演变状况和飞机直接观测云内微物理参数,由于基层的技术和能力有限,这些方法都难以实现。由于自然降水粒子谱分布形式与人工催化以后的降水粒子谱形式理论上应当具有较大的差别,人工增雨作业降水滴谱变化物理响应和降水强度时间变化响应都有明显的区别,如果能够实时监测到这些差别,就能够对人工催化的有效性进行论证。同时无论是自然降水还是人工催化降水的强度、时间变化能够被精确记录,也有益于分析作业效果[2]。随着2014年以来中国气象局人影中心研发的云降水精细分析系统(以下简称CPAS)在基层的应用不断深入,在制作作业潜势预报、作业条件预警及作业指令形成与发送等指挥产品中为指挥人员提供了非常好的业务平台,在降水、多普勒雷达、卫星资料齐全的情况下,对于科学的人工增雨作业可制作出较为完整的效果评报告,但对于廊坊市只有火箭增雨作业,且作业点次少、作业范围小或是单点次作业的情况效果评估就较为困难,对于层状云降水,当云光学厚度大于17时,地面出现降水的概率较大,随光学厚度值增加,地面雨强呈增大趋势[3],而云的光学厚度来自于卫星反演产品,与实况是否一致需要进行对比研究。周毓荃等对FY-2C/D卫星等综合观测资料反演产品特性进行了描述和检验,发现有夹层的云反演结果有待改进[4]。可见,云光学厚度在人工增雨作业指挥中意义的重要性。因此我们除了使用常规的降水、多普勒雷达回波资料外,重点对本地激光雷达探测的云光学厚度数据进行了可用性分析,用雨滴谱资料进行作业效果评估试验,研究证明,这两种新资料的应用可填补日常观测资料在缺测时的不足。选取2015年4月2日对应时间、地点的雷达与卫星反演数据,将其划分为0-2.5km、0-3.5km、2.5km-5km、5km-15km分别于卫星数据进行对比,15km-30km的数据作为底噪处理。将雷达接收到的后向散射数据按不同高度范围进行划分与FY2反演产品对比,对各段数据进行相关性分析发现,直接对雷达数据与卫星数据进行相关性分析时,fy2数据与各段高度之间的相关系数都不高。在剔除高气溶胶含量时间点数据后,雷达探测数据与FY-2数据的相关性显著提高,这其中fy2产品与0-30km数据相关性最高,同时6-15km数据对相关性的贡献最大,也就是高云区域的雷达数据的相关性最高。并计算出相关函数为y=0.0369x+4.1906。通过函数算出与fy2数据匹配的雷达探测云光学厚度数据精度更高,同时也有较高的可用性,由于资料有限且没有较完整的增雨作业过程,故没有作业效果应用个例。另外用HSC-PS32雨滴谱监测数据进行了初步评估[5],选取了2013年1月20日廊坊市火箭人工增雪和2015年4月1日至2日凌晨火箭人工增雨作业效果评估个例,对作业前和作业后6h[6]的分钟雨量、小时雨量及降水性质、降水强度的变化进行了分析,由于资料的高时间精度和较好的连续性,可以更清晰更简便的得出增雨作业效果的相关判断依据,且直观、简便,使增雨作业效果评估工作方便、快捷。
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