一种人工防雹早期雹云识别技术方法及系统

技术领域

本发明涉及人工影响天气领域，特别是涉及一种人工防雹早期冰雹云识别的技术方法。

背景技术

我国是世界上冰雹灾害最严重的国家之一，人工防雹是防灾减灾的一项重要措施，早期识别冰雹云并对发展初期的冰雹云实施作业是人工防雹成败的关键。

随着新一代天气雷达技术的迅速发展，降雹机制和人工防雹技术研究都取得了新进展，同时研究人员总结了不同雷达参数的防雹决策指标，在一定程度上提高了防雹作业的科技水平，但在人工防雹作业中仍存在对冰雹云识别不准确、不及时的问题。例如，人们时常将雷雨云当作冰雹云作业，或对已经开始降雹的冰雹云作业，致使防雹无效或大大降低作业效果，不仅造成人力、物力、水资源的损失和浪费，也无法有效预防冰雹灾害。

发明内容

本发明提供一种冰雹云早期识别的技术方法，以解决现有技术中对冰雹云的识别不准确、不及时的技术难题，为科学决策和有效防雹奠定基础，大大提高人工防雹作业的科学性和综合效益，最大限度减轻和减少冰雹灾害。

为了解决上述问题，本发明公开了一种人工防雹早期冰雹云识别方法，包括：获取风暴单体的多普勒雷达回波；当所述风暴单体的反射率因子即雷达回波强度大于或等于19dBz，且强回波中心高度大于或等于当月雹云判别指标时，则确定所述风暴单体为早期冰雹云。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本申请技术方案基于冰雹云理论，仅通过反射率因子(即雷达回波强度)以及强回波中心高度这两个关键参数对风暴单体进行识别。由于在识别过程中没有非关键参数的干扰，使得对早期冰雹云的识别更具有针对性，可以解决现有技术对早期冰雹云识别不准确、不及时的问题，大大提高了人工防雹作业的科学性和综合效益，将冰雹灾害降到最低。

附图说明

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。

图1示出了本申请一实施例提供的一种早期冰雹云识别方法的步骤流程图；

图2示出了本申请另一实施例提供的一种优化的早期冰雹云识别方法的步骤流程图；

图3示出了2006年10月13日13：27分大连大四川村早期冰雹云雷达回波PHI高显特征示意图；

图4示出了2006年10月13日13：27大连栾店村雷雨云雷达回波PHI高显特征示意图；

图5示出了本申请一实施例提供的一种早期冰雹云识别系统的结构框图。

具体实施方式

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。

人工防雹是采用人为的方法对发展旺盛的对流云中可能产生冰雹的云层施加影响，使云中的冰雹胚胎不能长大成冰雹，或者使小冰粒在变成大冰雹之前就降落到地面。其中，作业时机的选择对防雹作业的成败至关重要。根据防雹催化原理，防雹作业最佳时机应选择在雹云生长和发展初期，所以早期冰雹云的准确识别与及时识别是有效防雹作业的关键。

了解冰雹云的空间结构是早期冰雹云识别和防雹作业的基础，而天气雷达是了解云体结构最主要的技术手段，是当前人工防雹增雨作业决策与指挥必不可少的重要探测工具。随着新一代天气雷达在全国的普及和使用，为人工防雹作业决策和指挥提供了重要技术支撑，但在人工防雹的关键环节即早期冰雹云识别方面仍存在对关键参数指标的没有应用，而非重要参数指标选取过多的问题，由于非重要参数指标会对早期冰雹云的识别结果造成很大的干扰，致使在早期冰雹云的识别和防雹作业决策中仍存在一定的盲目性。

为了解决人工防雹作业中存在的对早期雹云识别不及时、不准确，以及对早期冰雹云识别关键参数指标没有应用，而非重要参数指标选取过多的问题，本实施例基于雹云基本理论，根据天气雷达PHI回波高显判别强回波中心高度。通过对大连市近年多普勒雷达观测到的67个降雹个例的雷达探测数据资料进行PUP软件处理，确定了春、夏、秋季降雹期间的雷达强回波中心高度和反射率因子是识别早期冰雹云的两个核心特征参数，研究和建立了大连地区作业冰雹云早期判别指标，提出一种早期冰雹云识别方法，具体技术方案如下：

在降雹易发生季节，首先根据防雹指挥系统获取风暴单体的多普勒雷达回波，当多普勒雷达风暴单体回波强度大于或等于19dBz，且强回波中心高度大于或等于当月雹云判别指标时，则该风暴单体确定为早期冰雹云及作业雹云。参照图1示出了本实施例提供的一种早期冰雹云识别技术方法的步骤流程图。

其中，风暴单体即对流云，包括雷雨云和冰雹云。

雷达回波强度即风暴单体的反射率因子，由多普勒雷达回波数据可以确定；强回波中心高度可以根据雷达PHI回波高显分析确定。

当月雹云判别指标是通过对历史探测数据的统计和分析预先确定，不同地区、不同月份的雹云判别指标可能不同。例如，对于大连地区，不同月份下的当月雹云判别指标如表1所示。通过对春、夏、秋季降雹期间不同月份下分别统计和分析获得的当月雹云判别指标，进而提高了早期冰雹云识别的准确性。

表1大连不同月份的冰雹云早期判别指标

本实施例基于雹云理论，即强回波中心高度位于云体上部的基本概念，结合大连多年防雹实践，建立了基于多普勒天气雷达反射率因子和强回波中心高度两个重要特征因子的早期雹云识别方法。采用新一代天气雷达的PHI回波高显判断强回波中心高度，即通过雷达回波强度及强回波中心高度两个关键参数对雷达风暴单体进行识别，由于在识别过程中没有非关键参数的干扰，使得对早期雹云识别更具有针对性，可解决现有技术对早期冰雹云识别不准确、不及时的问题，解决了人工防雹作业中对冰雹云进行早识别、早作业的技术难题，为科学决策和有效防雹奠定基础，大大提高了人工防雹作业的科学性和综合效益，并将冰雹灾害降到最低。

在实际应用中，在确定雷达风暴单体为早期冰雹云之后，上述的早期冰雹云识别方法还可以包括：

步骤103：当早期冰雹云位于防雹作业点的有效射程内时，对早期冰雹云可以实施防雹作业。也就是当早期冰雹云移入防雹作业点高炮(或火箭)的有效射程内时，应立即实施防雹作业。

在上述步骤103之前，上述的早期冰雹云识别方法还可以包括：

步骤201：确定获取多普勒雷达回波的时间参量，并根据时间参量确定当月雹云判别指标。参照图2示出了另一实施例提供的一种优化的早期冰雹云识别方法的流程示意图。

例如，当获取多普勒雷达回波的时间为7月15号，可以确定获取多普勒雷达回波的时间参量为7月。根据表1，调取7月份的当月雹云判别指标为4.9km，然后再对雷达回波的强回波中心高度与调取得到的当月雹云判别指标4.9km进行对比。

为了便于理解，下面通过2006年10月13日大连地区的一次实际降雹和增雨过程对上述早期冰雹云识别方法进行详细说明。该天气过程是大连地区典型的东北冷涡降雹天气过程，降雹出现在中午到下午，持续几个小时，均由局地热对流产生。通过大连多普勒雷达实时监测所获得的每六分钟一次的雷达体扫资料和大连市人工防雹决策指挥系统决策判别分析，下午13：27时，系统实时输出了对雷达风暴单体的作业预警。

通过对雷达风暴单体进行PHI回波高显分析，发现大四川村输出的风暴单体的雷达回波强度为35dBz，大于回波强度19dBz，并强回波中心高度达5.8km，如图3中右下角的垂直剖面图所示，远高于10月份的当月雹云判别指标4.1km，因此，确定该风暴单体为早期冰雹云。市人影指挥中心的指挥人员立即通知附近防雹作业点做好作业准备，当该冰雹云回波移入防雹作业点有效射程时，在获得空域批复后，实时指挥有效防雹作业。

另外，对栾店村的风暴单体雷达回波进行PHI高显分析，发现风暴单体回波的强中心高度约为2.5km，如图4中右下角的垂直剖面图所示，远低于10月份的当月雹云判别指标4.1km，因此可以确定该风暴单体不是早期雹云，而是雷雨云(根据雷雨云特征判别指标)，指挥人员将作业指令传达到作业点，在获得空域批复后，实时指挥人工增雨作业。

在实际业务应用中，当气象台发出短时24小时有雷阵雨或冰雹天气预报时，指挥人员首先根据天气雷达实时监控和人工防雹决策指挥系统的业务运行识别雷达风暴单体，再通过上述提供的早期冰雹云识别方法对雷达风暴单体进行精准识别。例如当人工防雹决策指挥系统输出对风暴单体的作业预警和决策报警时，为避免计算机系统的错报和漏报，指挥人员应做人工订正(人机对话)，即通过上述早期冰雹云识别方法对风暴单体做进一步雷达垂直剖面回波高显分析，根据强回波中心高度精确判断风暴单体的性质是早期冰雹云还是雷雨云。

若风暴单体雷达PHI高显回波的强回波中心高度大于或等于当月雹云判别指标，且反射率因子(或雷达回波强度)大于等于19dBz时，可以确定该雷达风暴单体为早期雹云，指挥人员应立即通知相关作业点做好防雹作业准备，在获得空域批复后，依据作业参数实时指挥防雹作业；若雷达风暴单体PHI高显回波的强中心高度不满足上述指标时，则可判定该风暴单体为雷雨云，指挥人员可根据雷雨云作业条件及参数实时指挥增雨作业。

本实施例提供的早期冰雹云识别方法是基于冰雹云理论，仅通过反射率因子(即雷达回波强度)以及强回波中心高度这两个关键参数对风暴单体进行识别，由于在识别过程中没有非关键参数的干扰，使得对早期冰雹云的识别更具有针对性，可以解决现有技术对早期冰雹云识别不准确、不及时的问题，起到人工防雹增雨的双重效果，为科学决策和有效防雹奠定基础，大大提高了人工防雹作业的科学性和综合效益，将冰雹灾害降到最低。

本申请另一实施例也提供了一种人工防雹早期冰雹云识别系统，参照图5，可以包括：

雷达回波获取模块501，用于获取风暴单体的多普勒雷达回波；

早期雹云识别模块502，用于当风暴单体的反射率因子即雷达回波强度大于或等于19dBz，且强回波中心高度大于或等于当月雹云判别指标时，则确定风暴单体为早期冰雹云。

优选地，参照图5，上述早期冰雹云识别系统还可以包括：

作业执行模块503，用于当早期冰雹云位于防雹作业点的有效射程内时，对早期冰雹云实施防雹作业。

优选地，参照图5，上述早期冰雹云识别系统还可以包括：

指标确定模块504，用于在当风暴单体的反射率因子即雷达回波强度大于或等于19dBz，且强回波中心高度大于或等于当月雹云判别指标时，则确定风暴单体为早期冰雹云之前，确定获取多普勒雷达回波的时间参量，并根据时间参量确定当月雹云判别指标。

优选地，时间参量为4月、5月、6月、7月、8月、9月、10月时，对应的当月雹云判别指标分别为4.1km、4.3km、4.9km、5.1km、4.3km、4.1km、3.9km。

本实施例提供的早期冰雹云识别系统能够实现图1至图2的方法实施例中实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

本实施例提供的早期冰雹云识别系统，包括回波获取模块和雹云识别模块，基于冰雹云理论，雹云识别模块仅通过反射率因子(即雷达回波强度)以及强回波中心高度这两个关键参数对风暴单体进行识别，由于在识别过程中没有非关键参数的干扰，使得对早期冰雹云的识别更具有针对性，可以解决现有技术对早期冰雹云识别不准确、不及时的问题，大大提高了人工防雹作业的科学性和综合效益，将冰雹灾害降到最低。

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。

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、商品或者设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、商品或者设备所固有的要素。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、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种人工防雹早期冰雹云识别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。