阅读说明：本技术 一种人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法及系统 (effective operation method and system for artificially defending hail scientific application safety shooting range ) 是由 李红斌 邓国峰 姚展予 夏薇 张靖萱 何阳 闻家梁 孙承梁 于 2019-08-07 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法及系统,基于国家最新的人影高炮作业安全射界图应用规范,结合人工防雹催化原理及最新防雹理论,根据风暴单体的类型、防雹作业点的设置位置以及获取多普勒雷达回波的时间参量,确定作业发射仰角,与单纯依据作业安全射界图确定作业发射仰角相比,本申请最大限度地将高炮防雹作业的科学性和安全性有机结合,开展科学和安全有效的防雹作业,最大限度地减少炮弹损失和浪费,确保高炮人工防雹作业的有效实施,将冰雹灾害损失降到最低,从而达到人工防雹的目的,取得防雹作业社会综合效益。(The application provides an effective operation method and system for artificially defending hail scientific application safety shooting, based on the application specification of the latest national figure antiaircraft gun operation safety shooting map, the artificial hail prevention catalysis principle and the latest hail prevention theory are combined, according to the type of a storm monomer, the setting position of a hail prevention operation point and the time parameter for obtaining Doppler radar echo, the operation launching elevation angle is determined, and compared with the operation launching elevation angle determined only according to the operation safety shooting map, the application organically combines the scientificity and the safety of the antiaircraft gun hail prevention operation to the maximum extent, the scientific and safe and effective hail prevention operation is carried out, the shell loss and the waste are reduced to the maximum extent, the effective implementation of the antiaircraft gun artificial hail prevention operation is ensured, the hail disaster loss is reduced to the minimum, the aim of artificial hail prevention is achieved, and the comprehensive benefits of the hail prevention operation society are obtained.)

一种人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法及系统

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御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法及系统。

背景技术

冰雹灾害是我国最严重的气象灾害之一。人工防雹是气象防灾减灾的一项重要措施和手段。大连位于东北最南端，三面环海的特殊地理环境和气候特点致使大连地区春、秋冰雹天气频繁，每年由冰雹产生的灾害给当地国民经济发展，特别是农业和农民生产生活带来严重影响和上亿元经济损失，因此，受到各级政府领导高度重视，上世纪50年代便以开展了高炮人工防雹作业，在实践中不断积累了科学作业经验。

随着我国新一代天气雷达的迅速发展和应用，雹云识别及防雹作业技术方法研究都取得了新进展，不断提高了人工防雹作业的科技水平和作业效益；同时也看到，由于我国社会经济的不断发展，火箭、高炮作业点周围的建筑设施等作业安全隐患因素的不断增多，使人工影响天气作业存在着作业安全射界图的局限，无法将人雨弹作业在适当部位发挥应有的效益，特别是高炮人工防雹作业，由于受到安全射界的限制，会造成炮弹的损失和浪费，甚至会出现冰雹越打越大的相反结果，造成严重的雹灾损失，给当地作业点和气象防灾减灾工作带来不利影响等问题。

发明内容

本发明提供一种人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法及系统，以解决人工影响天气火箭、高炮作业安全射界图的局限性，特别是高炮人工防雹作业由于受到安全射界的局限所造成炮弹损失和浪费，甚至出现冰雹越打越大的相反结果，造成严重的雹灾损失，给当地作业点和气象防灾减灾工作带来不利影响的问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法，所述方法包括：

获取风暴单体的多普勒雷达回波；

根据所述多普勒雷达回波，判定所述风暴单体的类型；

当所述风暴单体为成熟阶段的强雹云，且位于防雹作业点的射程内时，根据防雹作业点的设置位置，确定作业发射仰角；

当所述风暴单体为单体雹云或多单体雹云，且位于防雹作业点的射程内时，根据获取所述多普勒雷达回波的时间参量，确定作业发射仰角。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本申请技术方案，基于国家最新的人影高炮作业安全射界图应用规范，结合人工防雹催化原理及最新防雹理论，根据风暴单体的类型、防雹作业点的设置位置以及获取多普勒雷达回波的时间参量，确定作业发射仰角，与单纯依据作业安全射界图确定作业发射仰角相比，本申请最大限度地将高炮防雹作业的科学性和安全性有机结合，开展科学和安全有效的防雹作业，最大限度地减少炮弹损失和浪费，确保高炮人工防雹作业的有效实施，将冰雹灾害损失降到最低，从而达到人工防雹的目的，取得防雹作业社会综合效益。

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示出了一种人影37mm高炮的设置场景图；

图2示出了一种人影37mm高炮的作业点安全射界图；

图3示出了本申请一实施例提供的一种人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法的步骤流程图；

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；

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；

图6示出了本申请一实施例提供的一种人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业系统的结构框图。

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。

随着我国人工防雹作业需求和规模的不断扩大，人们对冰雹云空间结构的认知是有效实施防雹作业前提，而新一代天气雷达是了解冰雹云云体结构的重要技术手段，也是目前人工防雹作业决策指挥必不可少的探测工具。随着天气雷达技术的不断发展，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，但如何在此基础上科学应用安全射界图，安全、有效实施人工防雹作业，减少人雨弹损失和浪费，将雹灾经济损失降到最低仍是一个技术难题。

人工防雹作业主要是利用高炮(或火箭)向冰雹云中适当部位发射炮弹(或火箭弹)在云中***(或喷洒)的方式，将人工催化冰核(AgI)输送到雹云中的雹胚生长区，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而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，既影响作业效果，也会造成炮弹的损失和浪费，特别是对已发展成熟的强雹云将决定作业的成败。

人工防雹作业安全射界是为避免空中未爆弹丸落地时造成地面人员或重要设施损害所预选的未爆弹丸落地安全区范围。人影高炮、火箭作业是准军事化活动，作业安全一直是人影头等大事备受重视，在2001年国家颁布的人影安全管理条例就对此已有规定，目前，中国气象局也已颁布(2015年)了最新人影37mm高炮(参照图1)作业点安全射界图(参照图2)制作规范行标。

为了解决人工影响天气火箭、高炮作业安全射界图的局限性，特别是高炮人工防雹作业由于受到安全射界的局限所造成炮弹损失和浪费，甚至出现冰雹越打越大的相反结果，造成严重的雹灾损失，给当地作业点和气象防灾减灾工作带来不利影响等问题。本发明基于国家最新的人影高炮作业安全射界图应用规范，通过近年对高炮人工防雹作业安全射界行标的业务应用实践，特别是高炮对发展强盛的强雹云实施作业中发现存在作业失效等问题，结合人工防雹催化原理及最新防雹理论，以及大连地区多年防雹作业实践调研，特别是对2018年9月29日大连市一次典型强降雹高炮防雹作业的技术分析，针对高炮人工防雹如何科学应用安全射界图，确保安全、有效实施防雹作业进行了深入分析和总结，总结了一种人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法，具体如下：

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；根据多普勒雷达回波，判定风暴单体的类型；当风暴单体为成熟阶段的强雹云，且位于防雹作业点的射程内时，根据防雹作业点的设置位置，确定作业发射仰角；当风暴单体为单体雹云或多单体雹云，且位于防雹作业点的射程内时，根据获取多普勒雷达回波的时间参量，确定作业发射仰角。

参照图3示出了本实施例提供的一种人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法的步骤流程图。

其中，风暴单体即对流云，包括雷雨云和冰雹云。

具体地，可以根据多普勒雷达回波的雷达特征参数，确定风暴单体的类型，其中，雷达特征参数包括：风暴单体的回波强度、回波形态、回波面积、强中心高度、云顶高度和垂直积分液态水含量。

例如，当多普勒雷达回波的回波强度大于或等于25dBZ、强中心(30dBZ)高度在4.0km至5.3km之间、强中心(30dBZ)顶高在6km至11km之间、云顶高度在8km至16km之间、且垂直积分液态水含量在5g/m²至40g/m²之间时，可以判定风暴单体为单体雹云。

当多普勒雷达回波的回波强度大于或等于30dBZ、强中心(30dBZ)高度在4.0km至6km之间、强中心(30dBZ)顶高在7km至13km之间、云顶高度在10km至17km之间、且垂直积分液态水含量在10g/m²至50g/m²之间时，可以判定风暴单体为多单体雹云。

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。进一步地，可以根据强雹云的形态、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等雷达特征参数，判定该强雹云是否处于成熟阶段。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，分别对成熟阶段的强雹云的雷达特征参数数值进行定义。

当风暴单体为成熟阶段的强雹云，且位于防雹作业点的射程内时，可以根据防雹作业点的设置位置，确定该防雹作业点的作业发射仰角。

当风暴单体为单体雹云或多单体雹云，且位于防雹作业点的射程内时，可以根据获取多普勒雷达回波的时间参量所对应的季节，确定作业发射仰角。

本实施例提供的人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法，基于国家最新的人影高炮作业安全射界图应用规范，结合人工防雹催化原理及最新防雹理论，根据风暴单体的类型、防雹作业点的设置位置以及获取多普勒雷达回波的时间参量，确定作业发射仰角，与单纯依据作业安全射界图确定作业发射仰角相比，本申请最大限度地将高炮防雹作业的科学性和安全性有机结合，开展科学和安全有效的防雹作业，最大限度地减少炮弹损失和浪费，确保高炮人工防雹作业的有效实施，将冰雹灾害损失降到最低，从而达到人工防雹的目的，取得防雹作业社会综合效益。

在本实施例的一种实现方式中，根据防雹作业点的设置位置，确定作业发射仰角的步骤，可以包括：当防雹作业点设置在农作物保护区时，确定作业发射仰角为45°；当防雹作业点设置在重要农作物保护区上游的低植作物区时，确定作业发射仰角大于或等于55°。

具体地，当发展成熟的强雹云(超级单体雹云)进入防雹作业点的射程内时，防雹作业仰角的选择根据实际情况有两种方案，方案一：若该防雹作业点布设在在重要农作物保护区上游的低植作物区(即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)，则防雹作业安全射界仰角应为≥55度，即泄雹点，将强冰雹在此提前降落(即“丢车保帅”原则)，以便保护下游的重要农作物区，将冰雹灾害降到最低，达到防雹目的；方案二：若该防雹作业点恰好布设在农作物保护区，高炮防雹作业安全射界仰角应选择45度，即雹云雷达强回波中心前下方的弱回波区(10-30dBz)，或者选择不实施防雹作业，避免出现相反结果。

在本实施例的一种实现方式中，根据获取多普勒雷达回波的时间参量，确定作业发射仰角的步骤，可以包括：当单体雹云或多单体雹云的时间参量为春季或秋季时，确定作业发射仰角为45°；当单体雹云或多单体雹云的时间参量为夏季时，确定作业发射仰角为强回波中心高度仰角或-6℃层所对应的高度仰角。

进一步地，根据获取多普勒雷达回波的时间参量，确定作业发射仰角的步骤，还可以包括：当单体雹云或多单体雹云的时间参量为春季或秋季时，确定作业部位为多普勒雷达回波的强回波中心处或靠近强回波中心的安全射界区内；当单体雹云或多单体雹云的时间参量为夏季时，确定作业部位为多普勒雷达回波的强回波中心处或-6℃层高度。

具体地，在春、秋两季(或零度层高度较低)实施人工防雹作业，对单体雹云或多单体雹云实施防雹作业的发射仰角均应选择45度(即高炮安全作业最低仰角)，即对单体雹云或多单体雹云实施防雹作业时，其作业部位均选择在雷达回波RHI强中心处(或靠近强中心一侧的安全射界区内)；若仰角偏高，会降低防雹增雨作业效益(人工催化冰核争食过冷水的效果不显)，造成大量人雨弹的损失和浪费。

在夏季对单体雹云或多单体雹云实施人工防雹作业时，其作业部位应选择在雹云雷达回波RHI强回波中心或-6℃层所对应的高度处，高炮发射的仰角为强回波中心高度仰角或-6℃层所对应的高度仰角。

通过本申请提供的人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法，可将安全作业与科学作业有机融合，确保高炮人工防雹作业的有效实施，将冰雹灾害损失降到最低，达到人工防雹效果和目的。

在实际应用过程中，可以首先在已研发建立的大连市人工防雹作业决策指挥系统的基础上，通过将高炮作业点安全射界图与防雹决策指挥系统叠加，根据雷达研发相关技术，将实时输出的高炮作业仰角、方位角与上述技术思路方法相结合，获得高炮防雹安全有效实施的作业部位的确定技术方法。

当气象台发出短时24小时对流性降雨或冰雹天气预报时，市人影指挥中心业务平台根据大连市新一代天气雷达实时监控，保障人工防雹作业决策指挥系统的业务化运行，对作业点一定区域内的冰雹云进行实时作业预警和决策判别，并适时确定和输出相关作业点高炮防雹作业技术方案(既作业的时机、部位及用弹量等)并发出作业报警。

市人影指挥中心根据雷达防雹决策指挥系统报警及输出的相关作业点及作业技术方案，对雹云雷达回波强度做进一步垂直剖面高显等特征分析，判断雹云是否为成熟强雹云，并慎重确定防雹作业实施方案，及指导作业。

作业后，市人影办应及时进行调查和降雹信息收集，并根据情况向受灾作业点及有关方面进行必要科普说明等工作。

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，结合上述人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业方法进行详细说明。

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指挥系统实时分析发现：该雹云当日上午9时27分生成于渤海上空的一条强对流回波带上，在历时3个多小时的发展演变后，于12时51分在大连北部山区登陆，在地形抬升和热力抬升共同作用下，迅速发展为成熟的强雹云(参照图4中的雷达RHI高显回波强度、伸展空间、强回波中心高度等雷达回波主要特征便可清晰看到即将降雹的强雹云)。市人影办适时组织了当地李官、土城两个防雹作业点及时开展了高炮联防作业。

12时51分，市人影指挥中心防雹指挥系统平台报警，并输出李官、土城作业点防雹作业临近预警方案，市人影指挥中心通过人工订正分析发现，该强雹云呈倾斜状，且强中心位置已在高炮射程内，便立即通知两作业点做好高炮实施准备，根据李官作业点安全射界图要求调整了仰角为55度，在通过作业空域申请后，于12时53分指挥李官、土城两个炮点同时实施了防雹作业，共发射防雹炮弹80发。其中，位于南边土城炮点(位于农作物保护区)采用45度仰角发射防雹炮弹40发，作业后炮点周围下了少量软雹；而北边的李官炮点(位于重要农作物保护区的上游)则采用55度仰角实施作业，在作业过程中，炮点及北部十几平方公里范围内产生了强降雹(即当地二十年不遇的强降雹)，降雹最长持续十几分钟，最大降雹直径20，正直大连苹果成熟采摘时期，使当地果农遭受严重雹灾和经济损失。

经调研和技术发现，北边作业点李官(参照图4中黑色实三角)作业时按安全射界要求抬高了高炮发射仰角，由原来45度升至55度，经测算和分析发现，防雹炮弹正打在强雹云的强中心即泄雹点上(参照图4和图5，采用3305厂炮弹，55度仰角炸点高度为4.3km，水平距离3.5km；从12时51分雷达回波RHI看到，此时强雹云的强中心高度位于4-6km之间，且与李官作业点的水平距离相距3.4km左右)，于是当地产生了强降雹，却无意中保护了下游地区的东马屯大连精品苹果生产基地，将大连市冰雹灾害损失降到了最低。

本申请基于国家最新的人影高炮作业安全射界图应用规范，结合人工防雹催化原理及最新防雹理论，以及大连地区多年防雹作业实践调研，特别是对2018年9月29日大连市一次典型强降雹的作业技术分析，总结研究了针对高炮人工防雹作业安全射界图有效应用的技术方法。该方法是最大限度将高炮防雹作业的科学性和安全性有机结合，开展科学和安全有效的防雹作业，最大限度减少炮弹损失和浪费，将冰雹灾害损失降到最低，从而达到人工防雹的目的，取得防雹作业社会综合效益。

本申请另一实施例也提供了一种人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业系统，参照图6，可以包括：

获取模块601，被配置为获取风暴单体的多普勒雷达回波；

判定模块602，被配置为根据所述多普勒雷达回波，判定所述风暴单体的类型；

第一作业模块603，被配置为当所述风暴单体为成熟阶段的强雹云，且位于防雹作业点的射程内时，根据防雹作业点的设置位置，确定作业发射仰角；

第二作业模块604，被配置为当所述风暴单体为单体雹云或多单体雹云，且位于防雹作业点的射程内时，根据获取所述多普勒雷达回波的时间参量，确定作业发射仰角。

在一种可选地实现方式中，所述判定模块602具体被配置为：

根据所述多普勒雷达回波的雷达特征参数，确定所述雷达回波的类型，其中，雷达特征参数包括：风暴单体的回波强度、回波形态、回波面积、强中心高度、云顶高度和垂直积分液态水含量。

在一种可选地实现方式中，所述第一作业模块603具体被配置为：

当所述防雹作业点设置在农作物保护区时，确定所述作业发射仰角为45°；

当所述防雹作业点设置在重要农作物保护区上游的低植作物区时，确定所述作业发射仰角大于或等于55°。

在一种可选地实现方式中，所述第二作业模块604具体被配置为：

当单体雹云或多单体雹云的时间参量为春季或秋季时，确定所述作业发射仰角为45°；

当单体雹云或多单体雹云的时间参量为夏季时，确定所述作业发射仰角为强回波中心高度仰角或-6℃层所对应的高度仰角。

进一步地，所述第二作业模块604还被配置为：

当单体雹云或多单体雹云的时间参量为春季或秋季时，确定作业部位为所述多普勒雷达回波的强回波中心处或靠近所述强回波中心一侧的安全射界区内；

当单体雹云或多单体雹云的时间参量为夏季时，确定作业部位为所述多普勒雷达回波的强回波中心处或-6℃层高度。

本实施例提供的人工防御冰雹科学应用安全射界的有效作业系统，能够实现图3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。

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御冰雹科学应用安全射界的有效作业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。