譚惠冰，蘇耀墀，徐碧裕，趙慕潔，黃江輝

（江門市氣象局，廣東江門 529000）

閃電是雷暴云放電而發(fā)生的一種強烈的天氣活動，而雷暴云的發(fā)展與熱氣團在不穩(wěn)定環(huán)境中的對流抬升有關，所以閃電活動與大氣環(huán)境場之間的關系以及閃電活動特征一直是研究的熱點。鄭棟等［1］分析大氣不穩(wěn)定參數(shù)與閃電活動的關系發(fā)現(xiàn)，潛在-對流性穩(wěn)定度指數(shù)、抬升指數(shù)、對流有效位能和700 hPa相當位溫與閃電活動具有較好的相關性；黃延剛等［2］對廣東一次強對流過程中的閃電特征分析發(fā)現(xiàn)，強降水過程中負閃占絕對優(yōu)勢；楊兆禮等［3］分析廣東雷電活動發(fā)現(xiàn)，各種天氣系統(tǒng)會觸發(fā)對流潛熱能量被釋放從而引起強烈的雷電活動；林卓宏等［4］研究了江門地區(qū)閃電頻數(shù)與對流活動的情況；王潔等［5］分析了陜西一次雷暴天氣發(fā)現(xiàn)，閃電的發(fā)生與潛在對流性穩(wěn)定度指數(shù)、抬升指數(shù)、能量場和位勢穩(wěn)定度相關性較好；朱學超等［6］對湛江市東海島一次強雷暴天氣過程進行分析，雷擊發(fā)生前后雷擊點附近的降雨量、風向風速、本站氣壓和能見度等氣象要素產(chǎn)生了明顯的突變。

隨著城市的發(fā)展，微電子設備越來越多，具有大電流、高電壓、強電磁輻射特征的雷電對人類社會的威脅日益加大。江門地處珠江三角洲西部，屬亞熱帶海洋氣候，受熱帶系統(tǒng)和西風帶系統(tǒng)的影響，雷暴災害頻發(fā)，給人們生命財產(chǎn)安全造成嚴重威脅。加強對雷暴發(fā)生時大氣環(huán)境場的研究，有利于提高雷電預報預警準確率，對防雷減災具有重要意義。本研究以2018年8月7日江門市一次強雷暴活動為例，對閃電分布特征、環(huán)流形勢和物理量場進行總結(jié)歸納，為當?shù)亻_展雷電預警預報工作提供參考。

1 閃電實況

該次雷暴活動為夏季一次強雷暴，2018年8月7日 11：00（北京時，下同）開始，持續(xù)至18：00。江門共監(jiān)測到地閃1 097次，其中正地閃8次，負地閃1 089次，新會區(qū)閃電頻次最高，達526次，其次為鶴山市268次。閃電頻次主要集中在13：00—16：00，呈雙峰型分布，15：00出現(xiàn)閃電次數(shù)最高值486次，占該次閃電活動的44.3%。閃電強度主要集中在10～60 kA，占總閃電數(shù)的95.35%；其中20～30 kA的閃電次數(shù)最多，為459次，占比41.8%。該次過程中，新會出現(xiàn)閃電密度最大值1.74次/km2，且在14：17出現(xiàn)閃電強度最大值-105.38 kA。

2 環(huán)流背景分析

從高空形勢來看（圖略），08：00 500 hPa副高588 dagpm線控制黃淮-長江中下游大部分地區(qū)，華南沿海一線在584 dagpm線控制范圍之內(nèi)，廣東處于副高南側(cè)，以偏東氣流為主，500到925 hPa均盛行偏東氣流。從地面圖上分析（圖略），08：00華北到華南大部分地區(qū)均處于1 005.0 hPa均壓場內(nèi)，江門南部開平站為偏東北氣流、東北部鶴山站為偏西氣流，風速較弱，14：00開平站為2 m/s東北風，但鶴山站轉(zhuǎn)為偏東氣流，風速加大到8 m/s，形成了中尺度輻合區(qū)，此時江門地區(qū)雷電活動劇烈。20：00廣東東南沿海地面轉(zhuǎn)為東北氣流，雷電過程基本結(jié)束。

3 雷暴過程中物理量場診斷

雷暴等強對流天氣發(fā)生發(fā)展需要具備3個條件：充沛的水汽、層結(jié)不穩(wěn)定性和適當?shù)奶|發(fā)機制，對能夠表征這3個條件的物理量進行分析，可以了解三者與雷暴過程的關系，為閃電活動的預報提供閾值參考。

3.1 水汽條件

在500 hPa相對濕度場中，08：00（圖 1a）廣東中部及西部地區(qū)相對濕度在80%以上，江門上空達到90%；全省850 hPa比濕在13 g/kg以上，中心值出現(xiàn)在江門北部達14 g/kg。14：00（圖1b）江門地區(qū)相對濕度范圍約為50%～95%，江門處在相對濕度鋒區(qū)，濕度梯度大，濕度鋒區(qū)自東向西移動，高濕區(qū)范圍減??；江門地區(qū)850 hPa比濕值增加，達到了14 g/kg以上。對比閃電活動逐時分布，14：00—16：00為當日閃電活動最強烈時段。因此，500 hPa相對濕度梯度場的變化對強雷暴的發(fā)生具有指示作用。

圖1 2018年8月7日08：00（a）和14：00（b）500 hPa相對濕度（等值線，%）和850 hPa比濕（填色，單位：g/kg）

雷暴的發(fā)生，不僅需要充沛的水汽，還要有源源不斷的水汽輸送至強對流輻合區(qū)。水汽輻合主要由低層水汽通量輻合造成，尤其是800 hPa以下邊界層比重很大。分析850 hPa水汽通量和水汽通量散度場，08：00（圖2a）粵東沿海及江門南部沿海出現(xiàn)水汽通量最大值，約為8 g·cm-1·hPa-1·s-1；江門地區(qū)水汽通量散度場則在 -1.5～-0.5 g·cm-2·hPa-1·s-1之間。14：00（圖2b）水汽通量大值區(qū)范圍明顯擴大，江門上空落在 4～8 g·cm-1·hPa-1·s-1；水汽通量散度大值區(qū)基本維持，但東西向的水汽通量散度梯度比08：00明顯增加，14：00起江門閃電活躍。20：00（圖略）廣東全省的水汽通量及水汽通量散度變小，江門地區(qū)雷暴活動趨于結(jié)束。因此，水汽通量散度對強雷暴的發(fā)生有很好的指示作用。

圖2 2018年 8月7日08：00（a）和14：00（b）850 hPa水汽通量（等值線，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）和水汽通量散度（填色，單位：g·cm-2·hPa-1·s-1）

3.2 熱力和不穩(wěn)定條件

假相當位溫是表征大氣溫度、壓力、濕度的綜合特征量，反映了大氣中能量的分布。分析850 hPa假相當位溫（θse）和K指數(shù)，08：00（圖3a），廣東省850 hPaθse在334～344 K，江門地區(qū)θse在342 K以上，同時廣東地區(qū)θse總體分布為西高東低，最大梯度出現(xiàn)在珠江口以東地區(qū)。K指數(shù)顯示，08：00江門地區(qū)出現(xiàn)高能舌，K指數(shù)值達到35℃以上。14：00（圖3b）江門地區(qū)正處在θse等值線密集區(qū)，即 θse鋒區(qū)，江門地區(qū)西部約344 K，東部約338 K，東西部 θse差值6 K，強的位溫梯度，說明了雷暴系統(tǒng)的劇烈程度。江門地區(qū)K指數(shù)幅度變化不大，始終維持在35～36℃之間。到了20：00（圖略），θse和K指數(shù)低值區(qū)發(fā)展西移，K指數(shù)減小到32℃，雷暴活動結(jié)束。由此可見，850 hPaθse鋒區(qū)和K指數(shù)大值區(qū)對應出現(xiàn)雷電天氣的可能性較大。

圖3 2018年8月7日08：00（a）和 14：00（b）K指數(shù)（填色，單位：℃）和 850 hPaθse（等值線，單位：K）分布

為了更好地分析江門高低空系統(tǒng)配置，選取廣東陽江觀測站（59663）和香港天氣觀測站（45004），其分別位于江門西南部和東部，距離江門市中心100 km左右。從層結(jié)穩(wěn)定度來看，兩站的探空圖08：00 tlogP圖顯示（圖略），在500 hPa以下均為偏東氣流，洋面上暖濕氣流不斷向沿海地區(qū)匯聚，925～200 hPa由偏東氣流轉(zhuǎn)為偏北氣流，風隨高度逆時針旋轉(zhuǎn)有冷平流侵入，700 hPa存在相對弱的干層。這種上冷下暖、上干下濕的配置極易觸發(fā)強對流。從物理量指數(shù)來看，陽江站對流有效位能（以下簡稱 CAPE）為1 397.3 J/kg，風暴強度指數(shù)（以下簡稱 SSI）255.8，香港站 CAPE值達到2 374.6 J/kg，SSI為286.4，一般以 CAPE＞1000 J/kg、SSI＞100作為判別強對流天氣出現(xiàn)的指標，值越大，對流性天氣越強，出現(xiàn)強對流的概率越大。至14：00隨著氣溫不斷升高，大氣層結(jié)不穩(wěn)定性進一步增強。至20：00兩站500～925 hPa轉(zhuǎn)為一致的東北氣流，雷暴過程結(jié)束。

3.3 動力條件

分析江門地區(qū)垂直速度剖面圖，08：00（圖4a）江門地區(qū)（112°E—113.3°E）除東部的新會在800～600 hPa上空存在弱上升運動外，其它地區(qū)均無明顯上升運動，實況是08：00—14：00新會有降水。08：00強的上升運動中心強度達到 -0.35 Pa/s，結(jié)合14：00剖面圖（圖4b），推斷雷暴系統(tǒng)為自東向西移動，且垂直運動中心高度下降，由原來的700～500 hPa下降至900～800 hPa，強中心范圍由縱向分布轉(zhuǎn)為橫向分布，表明從08：00—14：00，江門地區(qū)（112°E—113.3°E）對流層上升運動發(fā)展旺盛，動量下傳，強上升運動將低層的暖濕氣流抬升到高層，有利于不穩(wěn)定能量的釋放，該時段正是閃電活躍時段。20：00以后，從低層到高空都是下沉氣流，此時，全市無閃電活動發(fā)生。因此，閃電活動都發(fā)生在深厚的上升運動區(qū)內(nèi)。

圖4 2018年8月7日08：00（a）和14：00（b）（109°E—118°E，22°N）垂直速度的經(jīng)度 -高度剖面圖（單位：Pa/s）

4 結(jié)論

1）該次強雷電過程主要發(fā)生在午后，閃電強度集中在10～60 kA，占總閃電數(shù)的95.35%，其中20～30 kA的閃電次數(shù)最多，占比41.8%。

2）該次強雷電過程發(fā)生在西太平洋副熱帶高壓強盛的背景下，洋面上暖濕氣流向沿海地區(qū)匯聚，風隨高度逆轉(zhuǎn)，形成中層干冷、低層暖濕的不穩(wěn)定層，有利于強雷電的發(fā)生。

3）500 hPa相對濕度場、850 hPa比濕、水汽通量散度以及θse等物理量的變化對強雷暴的發(fā)生具有指示作用，是雷暴活動預報著眼點，其中，850 hPa比濕達到14 g/kg、水汽通量散度達到-1.5 g·cm-2·hPa-1·s-1、K指數(shù)≥35℃時，更有利于強閃電的發(fā)生。