吴江，王太阳，洛桑顿珠，仓决
西藏那曲市气象局 852000
摘要:在科技创新发展的二十一世纪，气象业务也朝着自动化方向发展，气象探测仪器也越来越先进。双偏振雷达作为一种先进的气象探测设备，逐渐开始在我国部分地区得到应用。本文以西藏为例，首先介绍了双偏振雷达运行原理和特点，接着重点探究了双偏振雷达在西藏雷电探测、冰雹识别、暴雨、暴雪天气预报以及人工影响天气作业中的应用前景，以供同行参考。
关键词：双偏振雷达；降水粒子；应用前景；西藏
引言
双偏振雷达是现代化气象探测仪器，不但可以获取降水系统的水平偏振方向上的径向速度 v、回波强度 ZH以及速度谱宽 SW，而且还可以探测到差分反射率因子 ZDＲ、自相关系数ρhv以及传播常数差 KDP等独立参量[1]。关于双偏振雷达的研究在国外开展比较早，20世纪70年代，Seliga率先提出双线偏振雷达理论，凭借对水平和垂直偏振雷达波的反射率因子进行同时探测，还可以对雨滴谱的分布进行剖析，可以增强降水监测的准确性[2]。在国内关于双偏振雷达的应用以及研究也越来越多，双偏振雷达在气象探测工作起到的作用越发显著[3]。西藏地处青藏高原西南部，地理坐标处于78°25′~99°06′E,26°50′~36°53′N之间，平均海拔在4000m以上，被称之为“世界屋脊梁”，由于地形、地貌以及大气环流的影响，西藏气候复杂多样，雷电、冰雹、暴雨、暴雪等各类气象灾害均会发生，时常给造成严重的经济损失，甚至还会带来人员伤亡事故。为了更好地进行防灾减灾，就需要加强气象现代化建设，尤其应实现提升西藏气象监测及其预报预警能力。双偏振雷达作为一种先进的气象探测设备，对于灾害性天气的监测以及预警具有重要作用。本文结合双偏振雷达工作原理，重点探究了双偏振雷达在西藏气象的应用前景。
1双偏振雷达运行原理和特点
双偏振雷达指的是在传统的天气雷达的基础上另外布设一个偏振器,波导管与偏振状态切换开关,确保其具备可针对不同偏振反射率实现气象测量。双偏振天气雷达能够同时发射亦或者交替发射水平与垂直偏振波，同时可以接收平行以及垂直方向的后向散射波，它可以同时获取基数据产品以及若干雷达偏振参量。双偏振雷达的运行原理和单偏振雷达比较接近，主要通过朝空中间歇性发射脉冲式电磁波，凭借直径路径对电磁波来传播，在传播的时候它碰到气象目标以后，脉冲电磁波会向附近发生散射，部分散射会朝雷达方向返回，即雷达天线会接收后向散射回波，雷达由回波信号当中提取有效参数，由此完成对气象目标物的测量[4]。双偏振系雷达最大的优势就是可以发射水平和垂直2类极化方式电磁波，它们在面临不同降水粒子的时候进行散射，在后向散射回波中涵盖各类粒子形成的不同的反射率以及极化差分反射率等，雷达根据回波的有效信息，凭借对双偏振参数的估算，对降水状态、指向、尺寸和降水类型等实施反演。
2双偏振雷达在西藏气象的应用前景
2.1雷电探测中的应用
通常情况下，云中粒子是因为冰相粒子以及强烈上升气流共同作用而形成的。电场产生的主要因素是粒子的电荷不同。由于电场的作用，正负粒子会出现有序排列，尤其是部分带电冰晶粒子，凭借电场的作用会产生有序或接近垂直的排序，它们会是增加电场强度。在电场强度达到一定的高度时，便会引起闪电。通过双偏振雷达可以及时确定云中非球形粒子在垂直和以及水平方向上的优越定向能力。由这些能够发现，双偏振天气雷达不仅可以用于闪电的研究，还可以对雷电活动进行预测预警，。西藏属雷电高发区，主要集中于3~11月，高发期为6~9月，一旦发生雷电灾害，常常给当地群众的生命财产安全构成严重威胁。
所以，双偏振天气雷达在西藏雷电监测以及防雷减灾方面具有极其重要的作用。
2.2在冰雹识别与研究中的应用
与常规雷达相比较来说，,双偏振天气雷达可以较好的提高降水、液态水含量探测的精准度,为数值预报提供高质的初始场,同时还可以根据各参量来识别降水粒子类型,以增强对冰雹、强降水等强对流天气的探测水平[5]。双偏振天气雷达在冰雹识别方面非常广阔的应用前景。西藏对流活动多，冰雹灾害经常出现，给农牧业生产常常造成不良影响。所以，加强双偏振天气雷达在冰雹识别和研究中的应用十分必要。梅垚等学者[6]利用可移式C波段双偏振雷达(C-PIL)对2014年7月30日以及8月5日发生在西藏那曲的2次典型的冰雹天气进行分析，根据偏振雷达的相态识别方法探究了对流单体的相态变化过程，展示了高原冰雹云内的动力、微物理以及热力结构特征，为深入认识西藏地区的冰雹天气的研究提供了数据基础，为冰雹天气的识别和研究给予了有利指导。
2.3在暴雨、暴雪天气预报中应用
双偏振雷达可以对降水天气过程中水凝颗粒的相位、类型以及数量进行准确的评估，识别大雨滴、雪以及非球形冰晶等颗粒。特别是双偏振天气雷达RHI扫描非常适宜于精细化的分析回波的垂直结构，能够最大程度地发挥双偏振天气雷达在相位分布灵敏识别与垂直精细识别方面的作用[7]。再者，由大气能量方面可以对暴雨、暴雪出现前的垂直结构特征进行理解，有助于提取其出现的前兆信息，对于暴雨以及暴雪的预报预警具有非常好的应用前景。
2.4在人工影响天气方面的应用
在应用双偏振天气雷达的时候具备显著的固定性特点，在对云的发展中有关微物理变化中发挥特别关键的作用。结合双偏振天气雷达，很容易区分云层平坦度和柱状冰晶、小毛毛雨、雨滴、冰雹等不同形态的水生颗粒物。尤其是通过波段偏振雷达，可以观测到云发育初期粒子的形状和密度。此外，它还能够观察初始冰晶的外观，在较短时间内确定过冷冰晶等物理过程的情况及其在云中的具体位置。 相关研究表明，双偏振雷达在人工防雹、人工增雨等人工影响天气作业中可以起到重要作用，尤其是在人影作业时间、地点以及人影效果检查等方面具有特别好的应用效果。
3结语
总之，随着气象业务现代化的建设，新一代天气雷达应用越来越广泛，尤其是单极化的天气雷达开始通过硬件改进亦或整机更换的方式逐渐升级为双偏振雷达。双偏振天气雷达在以往的水平极化通道的基础上配置了垂直极化的通道，获取的气象数据资料也更为丰富。当前，双偏振天气雷达在我国应用越来越广泛，本文主要探究了双偏振雷达在西藏雷电探测、冰雹识别、暴雨、暴雪天气预报以及人工影响天气作业中的应用前景，为气象领域今后更好地发挥双偏振天气雷达的作用提供指导。
参考文献：
[1] 张杰, 田密, 朱克云, 等. 双偏振雷达基本产品和回波分析[J]. 高原山地气象研究, 2010, (02): 36-41.
[2]李晓敏. 基于双偏振雷达观测资料对雷暴云内水成物粒子演变特征的研究[D]. 成都: 成都信息工程大学, 2017.
[3]王建林. 双线偏振多普勒雷达定量探测降水强度方法的研究[D]. 中国气象科学研究院, 2005.
[4]张培昌, 魏鸣, 黄兴友, 等. 双线偏振多普勒天气雷达探测原理与应用[M]. 北京, 气象出版社, 2018: 40-43.
[5]钟晨，张羽，高建秋，等． 双偏振多普勒天气雷达在冰雹识别中的应用[J].广东气象，2014，36( 4) : 76- 80．
[6]梅垚，胡志群，黄兴友，等．青藏高原对流云的偏振雷达观测研究[J].．气象学报，2018,76（6）：1014-1028.
[7]郑佳锋, 张杰, 朱克云,等. 双偏振天气雷达测雨误差及水凝物识别分析[J]. 气象科技, 2014, 42(3): 364-372.
作者简介：吴江（1974.08），男，土家族，贵州松桃，本科学历，副高级工程师，研究方向：气象电子及网络。