一种人工防御强雹云的有效作业实施方法及系统

摘要

本申请提供了一种人工防御强雹云的有效作业实施方法及系统，通过两道防线对强雹云实施防雹作业，即通过一道防雹作业点对初期阶段和发展阶段的强雹云的强回波中心前下方的弱回波区实施防雹作业，通过二道防雹作业点对成熟阶段的强雹云的强回波中心实施防雹作业。采用本申请技术方案开展日常人工防雹作业既可以对农作物保护区内农作物起到冰雹防御作用，提高防雹作业装备的使用效率等；同时由于二道防雹作业点设置在重要农作物保护区上游的低植作物区，通过二道防雹作业点对成熟的强雹云实施人工防雹作业，促使已长成的大冰雹及早彻底降落，从而对重要农作物保护区起到有效防御冰雹的作用，达到“丢车保帅”的效果，从而将冰雹灾害损失降到最低。

权利要求

1.一种人工防御强雹云的有效作业实施方法，其特征在于，包括：

获取风暴单体的多普勒雷达回波；

当根据所述多普勒雷达回波，判定所述风暴单体为强雹云时，确定所述强雹云的阶段类型；

当所述强雹云处于初期阶段或发展阶段，且位于一道防雹作业点的射程内时，对所述强雹云的强回波中心前下方的弱回波区实施防雹作业，所述一道防雹作业点的作业发射仰角为45°，其中，所述一道防雹作业点设置在农作物保护区；

当所述强雹云处于成熟阶段，且位于二道防雹作业点的射程内时，对所述强雹云的强回波中心实施防雹作业，所述二道防雹作业点的作业发射仰角大于或等于55°，其中，所述二道防雹作业点设置在重要农作物保护区上游的低植作物区。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述强雹云的阶段类型的步骤，包括：根据所述多普勒雷达回波的雷达特征参数，确定所述强雹云的阶段类型，其中，所述雷达特征参数包括：所述强雹云的形态、面积大小、回波强度、强中心高度、云顶高度和垂直积分液态水含量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述一道防雹作业点与所述二道防雹作业点之间的距离，等于所述一道防雹作业点的有效作业半径与所述二道防雹作业点的有效作业半径之和。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述一道防雹作业点的有效作业半径为

5km，所述二道防雹作业点的有效作业半径为3.5km。

5.一种人工防御强雹云的有效作业实施系统，其特征在于，所述系统包括：获取模块，被配置为获取风暴单体的多普勒雷达回波；

确定模块，被配置为当根据所述多普勒雷达回波，判定所述风暴单体为强雹云时，确定所述强雹云的阶段类型；

一道作业模块，被配置为当所述强雹云处于初期阶段或发展阶段，且位于一道防雹作业点的射程内时，对所述强雹云的强回波中心前下方的弱回波区实施防雹作业，所述一道防雹作业点的作业发射仰角为45°，其中，所述一道防雹作业点设置在农作物保护区；

二道作业模块，被配置为当所述强雹云处于成熟阶段，且位于二道防雹作业点的射程内时，对所述强雹云的强回波中心实施防雹作业，所述二道防雹作业点的作业发射仰角大于或等于55°，其中，所述二道防雹作业点设置在重要农作物保护区上游的低植作物区。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述确定模块具体被配置为：根据所述多普勒雷达回波的雷达特征参数，确定所述强雹云的阶段类型，其中，所述雷达特征参数包括：所述强雹云的形态、面积大小、回波强度、强中心高度、云顶高度和垂直积分液态水含量。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述一道防雹作业点与所述二道防雹作业点之间的距离，等于所述一道防雹作业点的有效作业半径与所述二道防雹作业点的有效作业半径之和。

说明书

一种人工防御强雹云的有效作业实施方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及人工影响天气领域，特别是涉及一种人工防御强雹云的有效作业实施方法及系统。

背景技术

[0002] 我国是世界上最严重的冰雹灾害国家之一。一场突如其来的冰雹灾害将会给当地国民经济，特别是人民的生命财产带来严重影响和巨大经济损失(甚至绝产绝收)，而人工防雹是气象防灾减灾的一项重要措施。

[0003] 随着我国新一代天气雷达的迅速发展，冰雹云降雹机制以及人工防雹作业技术研究均取得了新进展，不断总结了基于不同型天气雷达特征参数的人工防雹决策判别指标体系及作业实施技术方法，进一步提高了人工防雹的科技水平和作业效益；但同时也看到，人工防雹作业中仍存在着对于发展旺盛的强雹云(即超级单体雹云)直接靠人力难以防御，甚至会出现相反结果等问题，不仅造成严重雹灾和农业生产经济损失，也给当地防雹作业点及气象防灾减灾工作带来不良影响。

发明内容

[0004] 本发明提供一种人工防御强雹云的有效作业实施方法及系统，以解决传统人工防雹作业中，针对发展成熟的强雹云(即超级单体雹云)依靠人力难以直接进行防御，甚至会出现相反结果(即越打越大)的难题。

[0005] 为了解决上述问题，本发明公开了一种人工防御强雹云的有效作业实施方法，包括：

[0006] 获取风暴单体的多普勒雷达回波；

[0007] 当根据所述多普勒雷达回波，判定所述风暴单体为强雹云时，确定所述强雹云的阶段类型；

[0008] 当所述强雹云处于初期阶段或发展阶段，且位于一道防雹作业点的射程内时，对所述强雹云的强回波中心前下方的弱回波区实施防雹作业，其中，所述一道防雹作业点设置在农作物保护区；

[0009] 当所述强雹云处于成熟阶段，且位于二道防雹作业点的射程内时，对所述强雹云的强回波中心实施防雹作业，其中，所述二道防雹作业点设置在重要农作物保护区上游的低植作物区。

[0010] 与现有技术相比，本发明包括以下优点：

[0011] 本申请技术方案，基于人工防雹催化原理及最新防雹理论，通过两道防线对强雹云实施防雹作业，即通过一道防雹作业点对初期阶段和发展阶段的强雹云的强回波中心前下方的弱回波区实施防雹作业，通过二道防雹作业点对成熟阶段的强雹云的强回波中心实施防雹作业。采用本申请技术方案开展日常人工防雹作业既可以对农作物保护区内农作物起到冰雹防御作用，提高防雹作业装备的使用效率等；同时由于二道防雹作业点设置在重要农作物保护区上游的低植作物区，通过二道防雹作业点对成熟的强雹云实施人工防雹作业，促使已长成的大冰雹及早彻底降落，从而对重要农作物保护区起到有效防御冰雹的作用，达到“丢车保帅”的效果，从而将冰雹灾害损失降到最低。

附图说明

[0012] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，可以根据这些附图获得方法获取其他雷达风暴单体回波的附图。

[0013] 图1示出了本申请一实施例提供的一种人工防御强雹云的有效作业实施方法的步骤流程图；

[0014] 图2示出了本申请实施例提供的一道防雹作业点与二道防雹作业点设计方案示意图；

[0015] 图3示出了2018年9月29日12:51大连地区的雷达回波强度组合图；

[0016] 图4示出了2018年9月29日12:51大连地区强雹云PPI与RHI雷达回波叠加图；

[0017] 图5示出了2018年9月29日12:51强雹云雷达回波与李官水平距离图；

[0018] 图6示出了本申请一实施例提供的一种人工防御强雹云的有效作业实施系统的结构框图。

具体实施方式

[0019] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实例附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0020] 对冰雹云结构，特别是对强雹云(或超级单体雹云)空间结构的认识是对强雹云(或超级单体雹云)有效实施人工防雹的基础和前提，而新一代天气雷达是了解冰雹云云体结构的最重要技术手段，也是目前人工防雹、增雨决策指挥必不可少的探测工具。随着我国新一代天气雷达专业技术的不断发展和普及应用，必将为人工防雹增雨作业决策及实时指挥提供更重要的技术支撑。然而，对强雹云(或超级单体雹云)如何有效实施人工防御却不仅仅是单纯依靠天气雷达技术发展便可解决的问题，仍存在面对发展成熟的强雹云，防雹作业点通过传统的人工防雹作业无法防御强雹灾及其所带来的严重损失等影响。

[0021] 为了解决传统人工防雹作业中，针对发展成熟的强雹云(或超级单体雹云)依靠人力难以直接进行防御，甚至会出现相反结果(即越打越大)的难题，本申请基于人工防雹催化原理及最新防雹理论，通过对大连地区多年防雹作业实践调研，利用新一代天气雷达特征参数判别指标分析，结合2018年9月29日大连一次典型强降雹及防雹作业技术分析，研究和总结了针对强雹云(或超级单体雹云)有效作业实施的技术思路和方法。该方法最大限度地解决了针对成熟强雹云(或超级单体雹云)，依靠人力难以直接防御，甚至出现相反结果的实际问题，可以提高人工防雹的科学性和有效性，为最大限度减轻冰雹灾害奠定理论基础并提供新的实施方案。

[0022] 人工防雹就是采用高炮(或火箭)发射炮弹(或火箭弹)在雹云中爆炸(或喷洒)的方法，将人工催化剂(AgI)输送到雹云中适当部位(即雹胚生长的区域)，从而对云层施加影响，使云中的雹胚不能长成大冰雹，或者使小冰粒在变成大冰雹之前就提前降落到地面变成软雹不至形成雹灾的催化原理。其中，防雹作业部位的选取至关重要，特别是对强雹云更是决定作业的成败。

[0023] 通过对大连地区多年防雹作业实践摸索、调研，特别是对2018年9月29日的强降雹天气过程及防雹作业技术分析发现：对于发展成熟的强雹云采用传统的防雹作业方式存在一定的客观局限，甚至会出现相反的结果(即越打越大)，由此通过深入调研和分析，总结研究了一种针对强雹云有效防雹作业实施方法，具体技术方案如下：

[0024] 在降雹易发生季节，首先通过防雹指挥系统获取风暴单体的多普勒雷达回波；当根据多普勒雷达回波，判定风暴单体为强雹云时，确定强雹云的阶段类型；当强雹云处于初期阶段或发展阶段，且位于一道防雹作业点的射程内时，对强雹云的强回波中心前下方的弱回波区实施防雹作业，其中，一道防雹作业点设置在农作物保护区；当强雹云处于成熟阶段，且位于二道防雹作业点的射程内时，对强雹云的强回波中心实施防雹作业，其中，二道防雹作业点设置在重要农作物保护区上游的低植作物区。

[0025] 参照图1示出了本实施例提供的一种人工防御强雹云的有效作业实施方法的步骤流程图。参照图2示出了本实施例提供的一道防雹作业点与二道防雹作业点设计方案示意图。

[0026] 其中，风暴单体即对流云，包括雷雨云和冰雹云。

[0027] 强雹云的强回波中心前下方的弱回波区，具体指的是在强雹云的前进方向上，位于强雹云的强回波中心前方的弱回波区，该弱回波区的海拔高度低于强雹云的强回波中心的海拔高度。

[0028] 重要农作物保护区上游的低植作物区，具体指的是在强雹云的前进方向上，位于重要农作物保护区后方的低植作物区。例如，假设强雹云从A地区移至B地区，则A地区位于B地区的上游(后方)。

[0029] 当多普勒雷达回波的回波强度大于或等于45dBZ、强中心(30dBZ)高度在5.0km至7.5km之间、强中心(30dBZ)顶高在9km至15km之间、云顶高度在12km至18km之间、且垂直积分液态水含量大于或等于25g/m2时，可以判定风暴单体为强雹云。

[0030] 进一步地，可以根据多普勒雷达回波的雷达特征参数，确定强雹云的阶段类型为初期阶段、发展阶段或成熟阶段。其中，雷达特征参数包括：强雹云的形态、面积大小、回波强度、强中心高度、云顶高度和垂直积分液态水含量。在实际应用中，可以根据各地区的实际情况以及历史数据等，分别对不同阶段类型的强雹云的雷达特征参数数值进行定义，本实施例对不同阶段类型的雷达特征参数具体数值不作限定。

[0031] 具体地，一道防雹作业点可以布设在农作物保护区(如图2右圆A)，一道防雹作业2
点的作业半径可以为5-6km，保护面积为80-120km的范围。当初期阶段或发展阶段的强雹云移入一道防雹作业点射程内，可采用高炮直接实施防雹作业，作业部位为强雹云的强回波中心前下方的弱回波区(10～30dBz)。一道防雹作业点实施防雹作业后，农作物保护区内可能会降软雹或小雹粒，但不会出雹灾。

[0032] 二道防雹作业点可以布设在重要农作物保护区上游的低植作物区(如图2左圆B)，该作业点针对发展成熟的强雹云可作为二道防线启用。当成熟阶段的强雹云(或超级单体雹云)移入二道防雹作业点的射程内时，二道防雹作业点可直接实施高炮防雹作业，作业部位选择强雹云雷达回波RHI的强回波中心(即泄雹区)，促使已长成的大冰雹及早彻底降落(此时也正是强雹云的降雹时刻)，以保护下游的重要农作物保护区，将雹灾损失降到最低，达到人工防雹的目的。

[0033] 本实施例提供的人工防御强雹云的有效作业实施方法，基于人工防雹催化原理及最新防雹理论，通过两道防线对强雹云实施防雹作业，即通过一道防雹作业点对初期阶段和发展阶段的强雹云的强回波中心前下方的弱回波区实施防雹作业，通过二道防雹作业点对成熟阶段的强雹云的强回波中心实施防雹作业。采用本申请技术方案开展日常人工防雹作业既可以对农作物保护区内农作物起到冰雹防御作用，提高防雹作业装备的使用效率等；同时由于二道防雹作业点设置在重要农作物保护区上游的低植作物区，通过二道防雹作业点对成熟的强雹云实施人工防雹作业，促使已长成的大冰雹及早彻底降落，从而对重要农作物保护区起到有效防御冰雹的作用，达到“丢车保帅”的效果，从而将冰雹灾害损失降到最低。

[0034] 为了确保防雹作业有效，一道防雹作业点的作业部位为强雹云的强回波中心前下方的弱回波区，可以控制一道防雹作业点的作业发射仰角为45°。

[0035] 为了确保防雹作业有效，二道防雹作业点的作业部位为强雹云的强回波中心，可以控制二道防雹作业点的作业发射仰角大于或等于55°。

[0036] 为了能够更好地保护农作物保护区免受雹灾的影响，可以设置一道防雹作业点与二道防雹作业点之间的距离等于一道防雹作业点的有效作业半径与二道防雹作业点的有效作业半径之和。参照图2，一道防雹作业点的有效作业半径R1为5km，二道防雹作业点的有效作业半径R2为3.5km。这样，一道防雹作业点与二道防雹作业点之间的距离等于8.5km。

[0037] 需要说明的是，防雹作业点的有效作业半径与作业发射仰角有关，随着作业发射仰角的增大，有效作业半径减小。由于二道防雹作业点的作业发射仰角较大(大于或等于55°)，因此其有效作业半径较小。

[0038] 在实际应用过程中，可以首先对防雹作业站点基础信息资料进行分析整理，即统计大连市已有人工防雹作业点分布(即46个防雹增雨作业点)，以及大连市农作物保护区的作业点分布情况(即一道防雹作业点)；在此基础上，针对重点保护区上游统计符合条件的(即低植作物区防雹作业点，或必要的可考虑研究增补方案)二道防雹作业点分布情况。并将全区一道防雹作业点及二道防雹作业点分类输入防雹作业决策指挥系统，进行日常业务化运行。

[0039] 当市气象台发出短时24小时对流性降雨或冰雹天气预报时，市人影指挥中心根据大连市新一代天气雷达回波实时监控，以及市人工防雹决策指挥系统的业务化运行，实时对冰雹云进行作业预警、决策判别及作业实施方案确定。

[0040] 当防雹作业决策指挥系统输出冰雹云为强雹云时，对应的作业指挥平台将同时输出高炮防雹两套作业方案(即一道防雹作业点进行45度仰角防雹、二道防雹作业点进行55度仰角泄雹等作业参数方案)；市人影指挥中心将根据雷达RHI对强雹云回波做进一步垂直剖面高显特征分析，判断其是否为发展旺盛的成熟强雹云，并慎重确定防雹作业实施方案及指导作业(根据上述的人工防御强雹云的有效作业实施方法确定具体防雹方案)。

[0041] 实施防雹作业后，市人影办应进行灾情调查和信息收集，并根据情况向当地作业点及有关方面做出必要解释说明等工作。

[0042] 为了便于理解，下面通过大连地区2018年9月29日一次典型强降雹天气过程，结合上述人工防御强雹云的有效作业实施方法进行详细说明。

[0043] 该强雹云产生的天气形势场为大连地区最常见的东北冷涡形势场。市人影指挥中心通过大连多普勒雷达实时监测的体扫资料和雷达防雹决策实时判别分析看到：该雹云在当日上午9时半左右生成于渤海上空的强对流回波带上，历时3个多小时的发展演变，于中午12时51分在大连的北部山区登陆，并迅速发展成成熟的强雹云和产生降雹。市人影办实时组织当地两个防雹作业点(李官和土城)开展了高炮防雹及联防作业，共发射防雹炮弹80发，经评估，联防作业将冰雹灾害损失降到了最低。

[0044] 12时51分，该雹云在不断加强过程中于大连西海岸登陆，并迅速发展为成熟的强雹云(见图3)，这点可从图3中的雷达RHI高显回波强度、雹云伸展空间、强回波中心高度等雷达主要特征便可清晰看到即将降雹的成熟强雹云。此时，市人影办防雹决策指挥系统发出报警，并实时输出李官、土城两个作业点防雹作业临近预警方案。市人影中心立即通过雷达人工订正分析发现，该强雹云已进入李官、土城防雹作业临近预警范围，且倾斜状的雹云强中心位置已在两个作业点高炮射程内。市人影办立即通知两作业点做好防雹作业实施准备，并通过作业空域申请后，结合作业安全射界图进行了方位调整，于12时53分实时指挥李官、土城两个炮点开展了防雹联防作业，共发射防雹炮弹80发。

[0045] 其中，位于南边的土城(农作物保护区)炮点(相当于一道防雹作业点)采用45度仰角发射了防雹炮弹40发，作业后炮点周围下了少量软雹；而北边的李官炮点(相当于二道防雹作业点)采用55度仰角(即该点高炮安全射界最低仰角)实施了防雹作业，发射炮弹40发，在作业过程中，该炮点周边及北部十几平方公里范围内产生了强降雹(是当地二十年不遇的强降雹)，降雹时间最长持续十几分钟，最大降雹直径达20mm，使当地农作物不同程度遭受雹灾。

[0046] 然而，经技术分析和调研发现，李官地区强降雹是由于安全射界所限，迫使作业仰角提高到55度高仰角所致(见图4、图5所示，即炮弹正打在雹云强中心即泄雹处)，但却无意中保护了下游地区东马屯的大连精品苹果重要生产基地(重要农作物保护区)，也将大连的冰雹灾害损失降到了最低。

[0047] 需要说明的是，进入土城作业点射程范围内的强雹云处于成熟阶段，如果采用55度仰角作业在强回波中心处，由于土城作业点位于农作物保护区，这样将导致该保护区的农作物造成严重损害，因此实际采用了45度仰角作业在弱回波区的方案，从而有效保护了当地农作物，避免遭受严重雹灾。

[0048] 本申请基于人工防雹催化原理及最新防雹理论，通过对大连多年防雹作业实践技术调研，利用大连新一代天气雷达特征参数指标判别分析，结合大连2018年9月29日一次典型强降雹天气过程及人工防雹分析，研究和总结了针对成熟强雹云的有效防雹作业实施方案及方法。该方法既起到了日常开展人工防雹作业对防护区内农作物的二防线冰雹防御作用，提高防雹作业装备的使用效率等；同时也最大限度解决了针对成熟的强雹云(或超级单体雹云)有效实施人工防雹(即“丢车保帅”方案)，对重要农作物保护区起到有效防御和保护的目的，从而将冰雹灾害损失降到最低。

[0049] 本申请另一实施例也提供了一种人工防御强雹云的有效作业实施系统，参照图6，可以包括：

[0050] 获取模块601，被配置为获取风暴单体的多普勒雷达回波；

[0051] 确定模块602，被配置为当根据多普勒雷达回波，判定风暴单体为强雹云时，确定强雹云的阶段类型；

[0052] 一道作业模块603，被配置为当强雹云处于初期阶段或发展阶段，且位于一道防雹作业点的射程内时，对强雹云的强回波中心前下方的弱回波区实施防雹作业，其中，一道防雹作业点设置在农作物保护区；

[0053] 二道作业模块604，被配置为当强雹云处于成熟阶段，且位于二道防雹作业点的射程内时，对强雹云的强回波中心实施防雹作业，其中，二道防雹作业点设置在重要农作物保护区上游的低植作物区。

[0054] 在一种可选地实现方式中，所述确定模块602具体被配置为：

[0055] 根据多普勒雷达回波的雷达特征参数，确定强雹云的阶段类型，其中，雷达特征参数包括：强雹云的形态、面积大小、回波强度、强中心高度、云顶高度和垂直积分液态水含量。

[0056] 其中，一道防雹作业点的作业发射仰角可以为45°；二道防雹作业点的作业发射仰角可以大于或等于55°。

[0057] 一道防雹作业点与二道防雹作业点之间的距离，等于一道防雹作业点的有效作业半径与二道防雹作业点的有效作业半径之和。

[0058] 例如，一道防雹作业点的有效作业半径为5km，二道防雹作业点的有效作业半径为3.5km。这样，一道防雹作业点与所述二道防雹作业点之间的距离等于8.5km。

[0059] 本实施例提供的人工防御强雹云的有效作业实施系统，能够实现图1所示方法实施例中的各个过程和效果，为避免重复，这里不再赘述。

[0060] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

[0061] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者装备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者装备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者装备中还存在另外的相同要素。

[0062] 以上对本发明所提供的一种人工防御强雹云的有效作业实施方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。