石薇 廖洪敏 何為 羅俊祎

摘要 為了提高銅仁市雷電預(yù)警的提前量和準(zhǔn)確率，降低因雷電天氣給當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活帶來的損失。選取銅仁市多普勒雷達回波數(shù)據(jù)，結(jié)合閃電定位儀，分析發(fā)生閃電和未發(fā)生閃電時雷達資料。結(jié)果表明：（1）雷達反射率因子≥35 dBZ時，可作為銅仁地區(qū)預(yù)報閃電發(fā)生的因子之一;（2）雷電的產(chǎn)生除了與雷達反射率因子有關(guān)外，還與回波頂高有著密不可分的聯(lián)系;（3）0 ℃和-20 ℃層結(jié)高度達到對應(yīng)值時，也可作為雷電的預(yù)警因子。

關(guān)鍵詞 雷電;雷達資料;雷電預(yù)警

中圖分類號：P427.3 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）09–0031–02

雷電的產(chǎn)生往往伴隨著閃電和雷鳴，其危害程度僅次于暴雨洪澇、山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，因此雷電災(zāi)害已被聯(lián)合國列為“最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一”，被國防電工委員會稱為“電子時代的一大公害”[1]。由于雷電的危害不容小覷，近年來，國內(nèi)外學(xué)者對雷電的研究很多。劉敏等[2]分析了二次回波和K指數(shù)對雷電產(chǎn)生的指示作用，經(jīng)過統(tǒng)計對比得出雷達回波的二次出現(xiàn)可以作為雷電天氣預(yù)報預(yù)警的一個指標(biāo)，當(dāng)K指數(shù)≥30 ℃時，可提前對雷電天氣進行預(yù)報預(yù)警。羅樹如等[3]通過江西南昌的一次強對流天氣過程的多普勒天氣雷達探測資料和同時期的雷電參數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，雷電的頻度變化可以作為對風(fēng)暴的形成、發(fā)展、消亡預(yù)報的一項指標(biāo)，通過統(tǒng)計雷電極性分布，可以判斷出強對流天氣的性質(zhì)。在研究雷電活動與雷達回波關(guān)系中，言穆弘等[4]通過利用觀測資料和模擬計算得出，在-10 ℃和-20 ℃高度處，對雷電活動的影響很大。Maribel等[5]研究了14個對流單體后指出，單體回波中回波強度在40 dBZ以上且回波頂高必須在7 km以上時才會產(chǎn)生雷電。Brandon等[6]將40 dBZ作為指示雷電發(fā)生的一個雷達回波特征參量，并將-10 ℃和-15 ℃層結(jié)高度作為初次地閃發(fā)生的預(yù)測因子;Hondl等[7]通過分析多次雷暴過程發(fā)現(xiàn)，雷達在凍結(jié)層附近探測到的反射率因子為10 dBZ的回波可以作為雷暴初生的特征參量。

在銅仁地區(qū)，雷電是一年四季中最常發(fā)生的災(zāi)害性天氣之一，但其預(yù)報預(yù)警準(zhǔn)確率仍然不高，為了更加準(zhǔn)確地預(yù)報雷電發(fā)生的時間和地點，將雷電造成的各種損失降到最低。通過研究分析銅仁市2016—2018年雷達回波數(shù)據(jù)和閃電定位資料，能夠發(fā)現(xiàn)雷電活動的時空分布與雷達回波相關(guān)參數(shù)的特征量關(guān)系，并將此關(guān)系作為對雷電預(yù)警發(fā)布的一項重要指標(biāo)，提升雷電預(yù)警的準(zhǔn)確率和發(fā)布提前量，把氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)工作做得更好。

1 數(shù)據(jù)來源

本次研究所用的雷達數(shù)據(jù)均來自銅仁Doppler雷達SA格式數(shù)據(jù)，閃電資料則通過貴州省閃電定位儀探測網(wǎng)獲取。

2 雷電時空特征

2.1 銅仁市雷電時間分布

銅仁地區(qū)的雷電活動從3月開始逐漸進入活動頻繁期，8月達到最強，12月最弱。主要集中在夏季（約占全年總雷電活動的53%），春季次之（約占全年總雷電活動的31%），第三是秋季，冬季最弱。一天內(nèi)，雷電活動在下午是高發(fā)期（占一天雷電活動的24%），其次是傍晚（占一天雷電活動的20%）。

2.2 銅仁市雷電空間分布

挑選一年中雷電活動較頻繁的月份（5—8月）分析雷電活動的空間分布。在整個銅仁地區(qū)，松桃北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)極易發(fā)生雷電活動，其次是沿河的東北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，玉屏縣和萬山區(qū)是雷電活動發(fā)生最少的區(qū)（縣）。

3 雷電活動與雷達回波強度及回波頂高的關(guān)系特征

3.1 雷電活動與雷達回波強度關(guān)系

分別從2016—2018年中選取3次雷電活動較強的雷電天氣過程，從中挑選30個發(fā)生閃電的雷暴單體和10個未發(fā)生閃電的雷暴單體的雷達回波強度個例進行分析對比。從選取的30個發(fā)生閃電的雷暴單體來看，大于35 dBZ單體的個數(shù)占所選個數(shù)的86%。而在未發(fā)生閃電的單體中，只有一個剛剛達到35 dBZ，其余都在35 dBZ以下。這一結(jié)果的驗證，對銅仁地區(qū)來說，雷達回波強度大于35 dBZ可作為預(yù)報雷電發(fā)生的參考值。

3.2 雷電活動與雷達回波頂高關(guān)系

在上文選取的雷電天氣過程中，挑選25個發(fā)生閃電的雷暴單體和15個未發(fā)生閃電的雷暴單體的雷達回波頂高個例進行分析比對。在發(fā)生閃電的單體中，雷達回波頂高在7 km以上的有19個，占總個體數(shù)的76%。在未發(fā)生閃電的個體中，只有2個單體回波頂高達到5 km。這一結(jié)果驗證了閃電活動與雷達回波頂高有著密切聯(lián)系，選取回波頂高大于5 km作為將要發(fā)生閃電的預(yù)警參數(shù)，有著可靠的依據(jù)（圖1～圖2）。

3.3 雷達回波強度與雷達回波頂高的關(guān)系

選取27個發(fā)生閃電活動的雷暴單體個例，分析其發(fā)生閃電時雷達回波強度與雷達回波頂高之間的關(guān)系。雷達回波強度在35～45 dBZ之間時，雷達回波頂高在7～13 km之間;雷達回波強度大于45 dBZ時，雷達回波頂高在5～15 km之間。這一結(jié)果驗證了閃電發(fā)生時，當(dāng)雷達回波強度不強，在35～45 dBZ之間，但是回波頂高高，基本都在7 km以上時，也是能夠發(fā)生閃電活動的;回波強度強在45 dBZ以上，如回波頂高不高，在5 km左右，也容易發(fā)生閃電。由此可知，在考慮銅仁地區(qū)是否發(fā)生雷電時，需要同時結(jié)合雷達回波強度和雷達回波頂高考慮，當(dāng)達到其中一個指標(biāo)時，需關(guān)注另一個指標(biāo)值，兩者同時達到時，更加能夠較準(zhǔn)確地預(yù)報雷電活動（表1）。

4 雷電活動與層結(jié)高度的關(guān)系

從2018年中選取15 d發(fā)生閃電的過程和10 d未發(fā)生閃電的過程，分別分析其層結(jié)高度的變化。當(dāng)發(fā)生閃電時，0 ℃層層結(jié)高度在5 km以上的占80%，在5 km以下的只有3 d，且只有1 d低于4 km。同樣，-20 ℃層層結(jié)高度也有12 d在8 km以上，有1 d達到9 km以上;當(dāng)未發(fā)生閃電時，0 ℃層層結(jié)高度大都在5 km以下，只有1 d為5.2 km。同樣，-20 ℃層層結(jié)高度也大都低于8 km，只有1 d高于8 km（達到8.1 km）。由此可見，0 ℃層層結(jié)高度是否在5 km以上和-20 ℃層層結(jié)高度是否在8 km以上，可作為雷暴是否發(fā)生的參考因子。