多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)在海南省人工增雨效果評估中的應(yīng)用

崔丹，黃彥彬，肖輝，許向春，黃勇

(1.海南省氣象科學(xué)研究所，海南?？?70203;2.中國氣象科學(xué)研究院云霧物理環(huán)境重點開放實驗室，北京100081;3.中國科學(xué)院大氣物理研究所云降水物理與強(qiáng)風(fēng)暴實驗室，北京100029;4.?？谑袣庀缶郑Ｄ虾？?70203)

多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)在海南省人工增雨效果評估中的應(yīng)用

崔丹1，2，黃彥彬1，肖輝3，許向春1，黃勇4

(1.海南省氣象科學(xué)研究所，海南?？?70203;2.中國氣象科學(xué)研究院云霧物理環(huán)境重點開放實驗室，北京100081;3.中國科學(xué)院大氣物理研究所云降水物理與強(qiáng)風(fēng)暴實驗室，北京100029;4.海口市氣象局，海南?？?70203)

采用地面降水資料、多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)、探空資料等，利用自主開發(fā)的系統(tǒng)軟件對實測資料進(jìn)行增雨效果統(tǒng)計檢驗，通過目標(biāo)區(qū)作業(yè)前后雷達(dá)參量的演變或目標(biāo)區(qū)與對比區(qū)的回波參量的差異，來完整的分析2010年8月11日海南西部多點作業(yè)情況的催化效果。物理統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，催化一般在作業(yè)后半小時內(nèi)起到效果并達(dá)到最強(qiáng)，目標(biāo)區(qū)的最大強(qiáng)度、強(qiáng)回波區(qū)面積、液態(tài)水含量、回波頂高的增大率大于對比區(qū)的值，催化作業(yè)確實延長了目標(biāo)云的壽命。

多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù);目標(biāo)區(qū);對比區(qū);增雨效果分析

0 引言

人工增雨效果檢驗在整個作業(yè)項目中占有重要地位(Silverman，2001)，但是由于云和降水存在巨大的自然變率(福建省氣象科學(xué)研究所人控室，1983)，要想在這些變率中有效地、準(zhǔn)確地檢驗出增雨效果是非常困難的。因此，這項工作是本學(xué)科亟待解決的一個科學(xué)難題，數(shù)十年來廣大科研人員也一直致力于這一課題的研究。

人工增雨效果是指人工催化后云體演變及其降水過程發(fā)生的變化，一是人工增雨后云內(nèi)微物理過程和云中宏觀、微觀物理量發(fā)生的變化;二是人工增雨影響前后降水發(fā)生的變化(葉家東和范蓓芬，1982)。在這兩種催化效果中人們往往更關(guān)心后者。

就目前來說，人工增雨效果檢驗方法有物理檢驗、統(tǒng)計檢驗和數(shù)值模式檢驗(李大山等，2002)，許多學(xué)者都做過與此相關(guān)的研究(房文等，2005;孫海燕等，2005;肖明靜等，2006;黃彥彬，2010)。對于統(tǒng)計檢驗，隨機(jī)化試驗效果統(tǒng)計分析雖然是科學(xué)界公認(rèn)的科學(xué)評價方法，但是，由于它需要放棄一半左右的作業(yè)機(jī)會，使得這一方案在業(yè)務(wù)中應(yīng)用很困難。因此，國內(nèi)人工增雨作業(yè)大多為非隨機(jī)化試驗(周德平等，2006;唐仁茂等，2009;王婉和姚展予，2009)，即采用非隨機(jī)化試驗方案利用統(tǒng)計的方法進(jìn)行效果評估，還有很多專家學(xué)者將聚類統(tǒng)計方法應(yīng)用在非隨機(jī)化試驗方案中(房彬等，2006;翟羽等，2008;房彬等，2009)。本文用自主開發(fā)的系統(tǒng)軟件對多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行物理統(tǒng)計檢驗，深入分析人工增雨作業(yè)的物理響應(yīng)效果，并評估結(jié)果的準(zhǔn)確性和方法的適用性。

1 分析方法與分析系統(tǒng)功能簡介

1.1 分析方法

現(xiàn)有的非隨機(jī)化試驗方案主要有序列試驗、區(qū)域?qū)Ρ仍囼?、區(qū)域歷史回歸試驗等(李大山等，2002;房彬等，2006;翟羽等，2008)。其中區(qū)域?qū)Ρ仍囼炞鳛橐环N經(jīng)典的效果評估方案經(jīng)常被采用，本文將采用此方案進(jìn)行增雨效果的物理統(tǒng)計檢驗，即依托自主開發(fā)的人工增雨效果評估軟件為分析工具，選擇目標(biāo)區(qū)和對比區(qū)，通過統(tǒng)計目標(biāo)區(qū)作業(yè)前后雷達(dá)參量的演變或目標(biāo)區(qū)與對比區(qū)的回波參量的差異來分析人工增雨催化的效果，同時在分析中盡量增加效果檢驗結(jié)果的客觀性。

1.2 分析系統(tǒng)功能

自主開發(fā)的人工增雨效果評估系統(tǒng)的設(shè)計思路在于通過多普勒雷達(dá)資料建立一個能為人工增雨作業(yè)效果提供查詢、分析、處理的平臺。主要包括人工增雨資料的快速查詢、多普勒雷達(dá)二次導(dǎo)出產(chǎn)品、火箭發(fā)射彈道與雷達(dá)剖面的疊加等，通過分析作業(yè)前后雷達(dá)回波參數(shù)的變化來定性或定量的判斷增雨效果。

效果評估系統(tǒng)的主要功能是查詢到需要進(jìn)行效果分析的作業(yè)個例，自動打開該時次作業(yè)(若與該時次不符，則自動尋找最近時次的多普勒雷達(dá)體掃基數(shù)據(jù))，顯示該時次雷達(dá)平顯PPI(plain position indicator)、作業(yè)火箭車的位置、火箭作業(yè)射向垂直剖面、人工增雨作業(yè)最為關(guān)心的特性層高度(0℃、－5℃、－20℃)等，據(jù)此分析人工增雨作業(yè)催化是否在關(guān)鍵作業(yè)區(qū)，同時系統(tǒng)可以建立所選取作業(yè)云時間序列雷達(dá)參量的變化曲線，分析作業(yè)前后雷達(dá)參量的物理響應(yīng)。

2 人工增雨作業(yè)情況分析

2.1 天氣情況

2010年8月11日在海南省出現(xiàn)了一次大范圍的積層混合云系降水過程。受南海低壓槽和南海輻合帶影響，全省大部分地區(qū)普降中到大雨，自然降水從12:31(北京時間，下同)開始，22:02全省降水基本結(jié)束。由衛(wèi)星云圖(圖略)可以看到，8月11日中午之后云系由東向西移動，逐漸覆蓋海南全省大部分，在西移時強(qiáng)度逐漸加大、發(fā)展，表現(xiàn)為云系由松散結(jié)構(gòu)變?yōu)榫o密結(jié)構(gòu)，由灰暗色向白亮色變化。在19:01云系前端進(jìn)入北部灣后，移速緩慢，云系處于穩(wěn)定的發(fā)展階段，只有云系的尾部影響海南島西部市縣。由當(dāng)日?？谡?0時的探空資料可知，0℃、－10℃、－20℃層高度分別為5 468 m、7 163 m和8 705 m。

2.2 增雨作業(yè)情況及資料說明

針對2010年8月11日的降水天氣情況，在海南省全島開展了11次人工增雨作業(yè)工作，共耗火箭彈22發(fā)(表1)。本文將對這11次作業(yè)情況采用相同的分析方法進(jìn)行深入研究，由于篇幅有限，重點分析當(dāng)日下午降雨過程中海南西部多點作業(yè)的情況，對作業(yè)影響區(qū)域范圍內(nèi)的4個作業(yè)點(編號:5、6、7、8)來整體分析。資料為?？诶走_(dá)站S波段多普勒雷達(dá)6 min一次的體掃數(shù)據(jù)和二次產(chǎn)品，相關(guān)的高顯RHI(range height indicator)資料，以及自動站的分鐘雨量資料、歷史觀測資料和海口市的探空資料。

表1 2010年8月11日海南省火箭作業(yè)信息表Table 1 Information of the rockets in precipitation enhancement on August 11，2010 in Hainan Province

2.3 天氣氣候背景分析

由于人工增雨作業(yè)需要一定的天氣條件，在具備一定的增雨潛力條件下才能開展增雨作業(yè)，達(dá)到增雨的目的，因此，分析當(dāng)日的氣候背景能夠更清楚的了解當(dāng)天降水的可能性。根據(jù)海南省氣象局基本站近30 a(1979—2008年)的觀測資料平均值(表2)可知，海南西部市縣除東方市外30 a的年平均降水量約為140 mm，東方市最少，但8月的平均降水比30 a的年平均值高出一倍以上，東方市仍然最少。該地區(qū)年平均和8月平均的相對濕度均在75%以上，說明大氣水份很充沛，有利于云的形成;從降水概率(降水概率預(yù)報是指各預(yù)報區(qū)未來36 h內(nèi)的3個時段(每12 h為1個時段)出現(xiàn)0.1 cm或以上的降水機(jī)會的百分?jǐn)?shù)，和降水時間以及面積無關(guān))上來看，東方市8月平均值為36.5%，可見相比于其他市縣，降水時間分布上不均，降水強(qiáng)度卻很大，因此有必要抓緊利用有利時機(jī)進(jìn)行增雨。同時也可以看到西部市縣2010年8月的平均氣溫都比30 a的年平均值高50%左右。8月11日當(dāng)天的氣溫也高于歷史8月的平均值，利于對流云的上升和發(fā)展，而當(dāng)天的平均相對濕度均高于歷史8月的平均值，并且白沙縣、東方市和樂東縣在15:00至17:00的濕度很大，接近90%，有利于降水。

3 增雨效果統(tǒng)計

3.1 對比云的選取

通過把作業(yè)車輛GPS位置疊加到雷達(dá)回波PPI圖(圖1)，可以看到西部多點作業(yè)主要集中在強(qiáng)降雨回波區(qū)的東部，因此選擇紅框區(qū)域，面積約為900 km2作為火箭作業(yè)的目標(biāo)采樣區(qū)域。根據(jù)國內(nèi)外人工增雨試驗后所引起的云層宏觀明顯變化的時間長度推算，在作業(yè)后1 h內(nèi)，應(yīng)產(chǎn)生由于播云所致的云中固相、液相粒子在數(shù)量組成、尺度大小方面的顯著變化(Hobbs and Politovich，1980;English and Marwitz，1981;Gagin and Neumann，1981)，因此，選取目標(biāo)區(qū)域在催化作業(yè)后1 h內(nèi)的采樣資料作為分析對象?？紤]到催化高度上是偏東風(fēng)并且1 h內(nèi)催化劑擴(kuò)散和影響不會超出10～20 km的范圍以及雷達(dá)回波的移速，選取以?？诶走_(dá)站為圓心，目標(biāo)區(qū)的東南方向，處于相同半徑并且中心相距約35 km的藍(lán)框區(qū)域作為對比區(qū)1，同時選擇紅框目標(biāo)區(qū)的東北部，回波強(qiáng)度相似，中心相距也約為35 km的綠框區(qū)域作為對比區(qū)2(圖1)。所有對比區(qū)的采樣面積都是接近900 km2，由于對比區(qū)2采樣高度和目標(biāo)區(qū)不一樣，因此要通過提高雷達(dá)掃描仰角即2.4°仰角來進(jìn)行分析，由此確保作業(yè)目標(biāo)區(qū)與對比區(qū)采樣高度一致，采樣面積一致，并且在采樣時間內(nèi)不產(chǎn)生相互影響。圖1中標(biāo)注了8月11日全天11次作業(yè)的火箭車地理位置，選擇該時刻回波主要是根據(jù)西部火箭車作業(yè)時刻，為了更好的分析西部市縣增雨效果。

表2 海南西部部分市縣的天氣氣候背景Table 2 The weather and climate background of some cities and counties in the western part of Hainan p rovince

圖1 2010年8月11日15時51分22秒的雷達(dá)回波圖(紅框為目標(biāo)區(qū)，藍(lán)框為對比區(qū)1，仰角:1.45°，半徑距離:100 km;綠框為對比區(qū)2，仰角:2.4°，半徑距離:100 km)Fig.1 The radar echo image at 15:51:22 on August 11，2010(red box is the target area and blue box is the contrast district 1，elevation:1.45°;radius distance:100 km;green box is the contrast district 2，elevation:2.4°;radius distance:100 km)

3.2 目標(biāo)云與對比云的回波參數(shù)變化比較

分析?？诶走_(dá)站每6 min一次的體掃資料，根據(jù)目標(biāo)云與對比云的雷達(dá)回波參量在增雨作業(yè)前后的變化特征來分析增雨效果。

圖2是作業(yè)目標(biāo)區(qū)域與對比區(qū)域在增雨作業(yè)前后雷達(dá)回波量值的變化，為了更清楚的看到區(qū)域量值的變化趨勢，將圖2中系統(tǒng)統(tǒng)計的各個強(qiáng)度范圍所占的比重值排列生成圖3。由圖2可見，各區(qū)域面積都接近900 km2，在15:51，經(jīng)過系統(tǒng)計算目標(biāo)區(qū)云體35～40 dBZ、40～45 dBZ、45～50 dBZ回波區(qū)的面積分別占區(qū)域總面積的4.0%、6.6%、12.3%，其他強(qiáng)度的具體統(tǒng)計見圖2a。在作業(yè)半小時后，即16:22，回波強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，強(qiáng)回波中心區(qū)域面積進(jìn)一步擴(kuò)大，見圖2b，35～40 dBZ、40～45 dBZ、45～50 dBZ回波區(qū)的面積分別占總面積的21.1%、29.1%、16.4%，其中前兩項增加幅度大，后者雖有所增強(qiáng)，但增加幅度不明顯，說明作業(yè)催化主要提高了較強(qiáng)回波區(qū)的強(qiáng)度，而非最強(qiáng)回波區(qū)。對比區(qū)1在增雨前后變化不大，從圖2c可見，作業(yè)前即15:51，經(jīng)過系統(tǒng)計算該區(qū)域云體35～40 dBZ、40～45 dBZ、45～50 dBZ回波區(qū)的面積分別占區(qū)域總面積的10.2%、14.0%、3.8%。作業(yè)后即16:22(圖2d)，35～40 dBZ、40～45 dBZ、45～50 dBZ回波區(qū)的面積分別占區(qū)域總面積的11.3%、18.2%，9.9%。對比區(qū)2在15:51，雷達(dá)回波2.4°仰角的高度下，經(jīng)過系統(tǒng)計算該區(qū)域云體35～40 dBZ、40～45 dBZ、45～50 dBZ回波區(qū)的面積分別占區(qū)域總面積的7.5%、9.7%、9.0%(圖2e)，而作業(yè)后它們分別占區(qū)域總面積的12.0%、12.6%和7.1%(圖2f)，增長幅度不大，有的甚至還減小了。總體上看，對比區(qū)云強(qiáng)回波面積略微增加，較目標(biāo)區(qū)增加趨勢弱，增加幅度比較小。

從變化曲線圖3上可以更清楚地看到，作業(yè)目標(biāo)區(qū)云的回波強(qiáng)度變化比對比區(qū)云更明顯。作業(yè)前，三者都出現(xiàn)兩個小峰值，呈現(xiàn)駝峰狀，強(qiáng)回波區(qū)的峰值比弱回波區(qū)峰值小或二者基本相當(dāng)，目標(biāo)區(qū)云的兩個峰值都比對比區(qū)1小，所占的百分比偏小;而作業(yè)后目標(biāo)區(qū)云的弱回波區(qū)曲線和作業(yè)前的曲線分離，向后偏移，說明整體強(qiáng)度有所增強(qiáng)，但峰值變小，強(qiáng)回波區(qū)所占百分比峰值卻顯著增大，并超過作業(yè)前弱回波區(qū)峰值，說明催化效果明顯(圖3a)。對比區(qū)1作業(yè)后弱回波區(qū)曲線和作業(yè)前的曲線基本重合，其峰值變小，但相差很小，說明作業(yè)前后弱回波區(qū)的強(qiáng)度基本保持不變，強(qiáng)回波區(qū)峰值雖然變大，但變化很小(圖3b)，可見對比區(qū)1在增雨作業(yè)前后變化不明顯。由圖3c可見，對比區(qū)2作業(yè)前后弱回波區(qū)和強(qiáng)回波區(qū)曲線基本重合，說明作業(yè)前后所占的百分比基本未變，而兩者峰值都變大了，超過了作業(yè)前的峰值，但增加幅度不大，并且整個變化趨勢和作業(yè)前的基本一致，曲線斜率沒有大幅度增大或減小，說明對比區(qū)2沒有受到催化作用。對比區(qū)2作業(yè)后峰值的增加，除了一部分自然物理過程作用外，也可能是該區(qū)在作業(yè)前有大面積的無云區(qū)域，造成了各回波強(qiáng)度范圍所占的百分比整體偏低。從圖3可見，對比區(qū)1和對比區(qū)2作業(yè)前后都沒有很明顯的變化，特別是回波強(qiáng)度的變化趨勢，而目標(biāo)區(qū)的曲線斜率以及峰值都出現(xiàn)了明顯的變化，這都說明催化產(chǎn)生了作用。

通過分析雷達(dá)體掃資料以及雷達(dá)二次產(chǎn)品隨時間的變化情況，得出了目標(biāo)區(qū)云和對比區(qū)云雷達(dá)回波參數(shù)的變化(表3)。

圖2 2010年8月11日作業(yè)目標(biāo)區(qū)(a，b;1.45°仰角)與對比區(qū)1(c，d;1.45°仰角)和對比區(qū)2(e，f;2.4°仰角)雷達(dá)回波強(qiáng)度值變化a，c，e.15:51;b，d，f.16:22Fig.2 The changes of radar echoes intensity in(a，b;1.45°elevation)artificial precipitation target area，(c，d;1.45°elevation)contrast area 1，and(e，f;2.4°elevation)contrast area 2 on August 11，2010a，c，e.15:51 BST;b，d，f.16:22 BST

圖3 2010年8月11日作業(yè)目標(biāo)區(qū)(a)與對比區(qū)1(b)、對比區(qū)2(c)在增雨作業(yè)前后的回波強(qiáng)度變化曲線(作業(yè)前:15:51;作業(yè)后:16:22)Fig.3 The curve of the radar echo intensity changes in(a)target area，(b)contrast area 1 and(c)contrast area 2 before and after artificial precipitation operation on August 11，2010(before operation:15:51 BST;after operation:16:22 BST)

由表3可見，催化作業(yè)后，目標(biāo)區(qū)云的各回波參數(shù)增大率均比對比區(qū)云要大。其中達(dá)到最大強(qiáng)度的時間比對比區(qū)云長，增大率大，說明催化產(chǎn)生了一定的正效果。特別是目標(biāo)區(qū)云在最大強(qiáng)度增大率只比對比區(qū)1大6%的情況下，同樣時間內(nèi)強(qiáng)回波面積增大率卻比對比區(qū)1大310%。同時回波頂高從15 km增加到17 km，增大率為13%，垂直積分液態(tài)水含量卻迅速增加，從10 kg·m－2增加到30 kg·m－2，增大率為200%，單體的生命期也比對比區(qū)1長。對比區(qū)1的各參量，除液態(tài)水含量沒有增加外，其他參量都有小幅上升，但幅度比目標(biāo)區(qū)要小，特別是回波頂高達(dá)到最大值的時間比目標(biāo)區(qū)長，而增大率卻比目標(biāo)區(qū)小，只有8%;對比區(qū)2的各參數(shù)中只有強(qiáng)回波面積增加，且增大率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目標(biāo)區(qū)，只有30%，其他參數(shù)不但沒有增加反而減小或不變。目標(biāo)區(qū)云催化后液態(tài)水含量迅速增大，對比區(qū)1和對比區(qū)2在較長時間內(nèi)都沒有有效增加液態(tài)水含量，說明人工催化有一定的效果。同時從表3可看到，催化作業(yè)后，在半小時內(nèi)催化就顯現(xiàn)出效果，使目標(biāo)區(qū)云的生命期比對比區(qū)云延長了約15 min。對比分析可以看到，催化作業(yè)對延長目標(biāo)區(qū)云的生命期，增大云的強(qiáng)回波面積和液態(tài)水含量都起到了積極的作用。

3.4 自動站雨量分析

自動雨量站可以提供每分鐘的降水量，不僅可以檢驗雷達(dá)資料對人工增雨催化的效果分析，還可以直接檢驗催化效果。由表3可知，對比區(qū)2的回波參數(shù)減小比較明顯，故本文只分析目標(biāo)區(qū)和對比區(qū)1的雨量站變化情況。

圖4是通過統(tǒng)計目標(biāo)區(qū)和對比區(qū)1內(nèi)(或距離最近)的自動站降水資料，取小時平均值而生成的小時降水量變化。由于01—12時無有效降水，圖4只顯示13—23時的雨量。從圖4a可見，目標(biāo)區(qū)內(nèi)的昌江縣站和東方市站雨量在16時都達(dá)到了最高值，分別為28.6 mm和37.3 mm，儋州市站和白沙縣站在17時達(dá)到最大值，分別為32 mm和47 mm。結(jié)合表1中火箭作業(yè)時刻和圖5a自動站分鐘雨量資料，東方市站是在15:12作業(yè)，作業(yè)后48 min內(nèi)累積降水量達(dá)到最大值，最大分鐘雨強(qiáng)出現(xiàn)在作業(yè)后第23 min(即圖中所示的第35 min)，為3.7 mm，增大率為68%，主要降水時段在第13 min至第35 min，平均雨強(qiáng)為1.5 mm;昌江縣由于作業(yè)兩次，第一次作業(yè)后的最大分鐘雨強(qiáng)出現(xiàn)在作業(yè)后第28 min，為3.8 mm，增大率為27%。第二次作業(yè)前，前次作業(yè)的催化效果已減弱，分鐘雨強(qiáng)已變成1.9 mm，隨后開展的第二次作業(yè)又加強(qiáng)了催化，雖然位置不同，但增加了目標(biāo)區(qū)的降水，第59 min雨強(qiáng)變?yōu)榱?.2 mm，增大率為60%?？赡苁艿角按蔚挠绊?，第二次的最大分鐘雨強(qiáng)出現(xiàn)的時間比較提前。兩次作業(yè)疊加后，累積降水量在16時出現(xiàn)了峰值。儋州市站在作業(yè)后40 min內(nèi)降水量累積達(dá)到最大值，最大分鐘雨強(qiáng)出現(xiàn)在作業(yè)后第25 min，為1.2 mm。由于儋州市站作業(yè)方向向著白沙縣，因此白沙縣的增雨效果可能更準(zhǔn)確。統(tǒng)計目標(biāo)區(qū)內(nèi)的白沙縣自動站，最大分鐘雨強(qiáng)出現(xiàn)在第28 min，為2.4 mm，增大率為40%。從4個作業(yè)點降雨資料可見，最大分鐘雨強(qiáng)出現(xiàn)在作業(yè)后第20 min，為3.0 mm，主要降水時段在作業(yè)后第9 min到第25 min之間，雨強(qiáng)基本上都在0.8 mm以上，平均增大率為48%。

表3 目標(biāo)區(qū)云與對比區(qū)云的回波參數(shù)Table 3 The radar echo parameters in the target area and the contrast areas

圖4 2010年8月11日作業(yè)目標(biāo)區(qū)(a)與對比區(qū)1(b)小時降水量變化Fig.4 The changes of the hourly precipitation in(a)target area and(b)contrast area 1 on August 11，2010

由圖4可見，目標(biāo)區(qū)的降水明顯強(qiáng)于對比區(qū)1。對比區(qū)1內(nèi)的昌江縣站和樂東市站小時降水量在17時達(dá)到最大值，分別為24 mm和22.7 mm，白沙縣站在18時達(dá)到最大值為20.9 mm，五指山市站在16時達(dá)到最大值8.7 mm(圖4b)。由自動站分鐘雨量資料(圖5b)可見，昌江縣站最大分鐘雨強(qiáng)出現(xiàn)第6 min，為2.4 mm，樂東市站最大分鐘雨強(qiáng)出現(xiàn)在第17 min，為1.3 mm，主要降水時段在第10 min到第24 min，五指山市站最大分鐘雨強(qiáng)出現(xiàn)在第7 min，為0.8 mm。白沙縣站最大分鐘雨強(qiáng)出現(xiàn)在第13 min，為2.0 mm。由圖5b自動站分鐘雨量資料可見，對比區(qū)1主要降水時段為第5 min至第20 min，前10 min雨強(qiáng)和目標(biāo)區(qū)基本相當(dāng)，甚至略微偏強(qiáng)，隨后幾分鐘內(nèi)降雨強(qiáng)度相當(dāng)，從第20 min開始，對比區(qū)1各站的雨強(qiáng)不斷減小，而目標(biāo)區(qū)各站的雨強(qiáng)卻迅速增大，說明催化作業(yè)確實延長了目標(biāo)云的壽命。

4 結(jié)論

通過作業(yè)目標(biāo)區(qū)與對比區(qū)在相同高度的雷達(dá)回波資料的分析，可以得到以下結(jié)論:

1)催化一般在作業(yè)后半小時內(nèi)起到效果并達(dá)到最強(qiáng)，催化后目標(biāo)區(qū)的云體最大回波強(qiáng)度、強(qiáng)回波區(qū)面積、回波頂高、垂直積分液態(tài)水含量等均有效增大，而對比區(qū)的增大率比目標(biāo)區(qū)的要小，甚至未增大，例如液態(tài)水含量。

圖5 作業(yè)目標(biāo)區(qū)(a)與對比區(qū)1(b)自動站在其最大小時降水量相應(yīng)時段內(nèi)的分鐘雨量變化Fig.5 The minutely rainfall changes during the maximum hourly precipitation period in(a)target area and(b)contrast area 1

2)通過效果檢驗技術(shù)系統(tǒng)，具體統(tǒng)計目標(biāo)區(qū)與對比區(qū)的雷達(dá)回波區(qū)域面積量值的變化，發(fā)現(xiàn)催化在對較強(qiáng)回波區(qū)和弱回波區(qū)的強(qiáng)度增加方面也能起到積極的作用。

3)目標(biāo)區(qū)云的強(qiáng)回波中心對應(yīng)的雨量站分鐘雨強(qiáng)在催化后半小時內(nèi)達(dá)到最大值，存在兩個峰值，催化作業(yè)延長了目標(biāo)區(qū)云的生命期;與對比區(qū)相比，目標(biāo)區(qū)云降水時間長，降水強(qiáng)度大。

本文可為海南省人工增雨效果的分析提供初步的物理檢驗證據(jù)，對比區(qū)的選擇上盡量避免了過多的主觀因素。隨著今后更多新的探測設(shè)備和資料的引入，將進(jìn)一步完善人工催化物理效果的驗證。

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Application of Doppler-radar data in the effect evaluation of artificial precipitation enhancement in Hainan Province

CUI Dan1，2，HUANG Yan-bin1，XIAO Hui3，XU Xiang-chun1，HUANG Yong4

(1.Hainan Institute of Meteorological Sciences，Haikou 570203，China;2.Key Laboratory for Cloud Physics and Weather Modification，China Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081，China;3.Laboratory of Cloud-Precipitation Physics and Severe Storms，Institute of Atmospheric Physics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China;4.Haikou Bureau of Meteorology，Haikou 570203，China)

Based on the precipitation data，Doppler radar data and sounding figures，the paper statistically tests the effect of artificial precipitation enhancement by using a self-developed effect-evaluating software system.By comparing the differences of Doppler radar echo characteristics between the target clouds and the contrast clouds，the effect of rain enhancement is studied by evaluating the multi-point operations in the west part of Hainan Province on August 11，2010.The results show that the effect of seeding starts in half an hour after seeding in the target area and reaches the peak.Compared with the contrast clouds，the increase rates are larger for such parameters as the maximum echo intensity，the stronger echo area，echo tops and the values of the vertically integrated liquid water content of the target cloud.The results also indicate that the seeding operations indeed extend the life of the target clouds.

Doppler radar data;the target area;the contrast area;precipitation enhancement effect analysis

P412

A

1674-7097(2012)01-0087-08

2011-05-12;改回日期:2011-09-09

中國氣象局云霧物理環(huán)境重點開放實驗室開放科研課題(2009Z0037);國家自然科學(xué)基金資助項目(40875080);公益性行業(yè)(氣象)科研專項(GYHY(QX)201006031;GYHY(QX)200906002);青海省三江源人工增雨工程科技支撐計劃項目(2009-Q-04)

崔丹(1981—)，男，河南新鄉(xiāng)人，工程師，研究方向為人工影響天氣及大氣物理，cuidan1219@yahoo.com.cn.

崔丹，黃彥彬，肖輝，等.2012.多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)在海南省人工增雨效果評估中的應(yīng)用［J］.大氣科學(xué)學(xué)報，35(1):87-94.

Cui Dan，Huang Yan-bin，Xiao Hui，et al.2011.Application of Doppler-radar data in the effect evaluation of artificial precipitation enhancement in Hainan Province［J］.Trans Atmos Sci，35(1):87-94.

(責(zé)任編輯:劉菲)