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        雷電天氣監(jiān)測與雷電回波特征分析

        2021-04-06 13:32:42馬中元洪麗霞辛瑋琦范小軍
        氣象水文海洋儀器 2021年1期
        關(guān)鍵詞:宜豐宜豐縣弓狀

        宋 雄,馬中元,洪麗霞,辛瑋琦,范小軍

        (1.江西省氣象科學(xué)研究所,南昌 330046;2.江西省宜豐縣氣象局,宜豐 336300)

        0 引言

        雷電災(zāi)害是“聯(lián)合國國際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的10種自然災(zāi)害之一。強(qiáng)雷電會瞬間產(chǎn)生巨大的破壞力,危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。江西地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),境內(nèi)雷電活動頻繁,宜豐縣和上高縣是江西雷電高發(fā)區(qū)。因此,為了提高縣級雷電天氣預(yù)警預(yù)報能力,開展縣級雷電天氣監(jiān)測與雷達(dá)回波特征研究十分必要[2,3]。

        雷電產(chǎn)生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中,常伴有雷暴大風(fēng)和短時強(qiáng)降水。國內(nèi)外學(xué)者開展了強(qiáng)雷電災(zāi)害性天氣監(jiān)測和預(yù)警預(yù)報的技術(shù)研究。馬中元[4-6]等對江西災(zāi)害性強(qiáng)雷電天氣的雷達(dá)回波特性分析得出,強(qiáng)雷電天氣在雷達(dá)回波上具有強(qiáng)對流天氣的特征,如窄而長的颮線、雷暴回波短帶、弓狀回波、風(fēng)暴超級單體、指狀回波等強(qiáng)對流天氣雷達(dá)回波結(jié)構(gòu)特征;傅文兵[7]等總結(jié)出有利于發(fā)生雷電的天氣影響系統(tǒng)和南昌站單站有利于產(chǎn)生雷電天氣的物理量參數(shù);高建平[8]等指出副高邊緣雷達(dá)回波特征主要有兩種:一是南北向短帶回波,有時會發(fā)展為弓狀回波;二是強(qiáng)回波單體,超級單體和復(fù)合單體回波。許愛華[9]等水汽云圖上的強(qiáng)水汽累積區(qū)、雷達(dá)回波上的回波合并與高層強(qiáng)回波區(qū)以及雷達(dá)回波速度場上的“零值線”等特征,是判斷雷電發(fā)生和強(qiáng)對流天氣的重要依據(jù)。

        文章選用2015-2018年雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)和雷達(dá)拼圖數(shù)據(jù),對江西宜豐和上高縣雷電天氣監(jiān)測和雷達(dá)回波特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,試圖通過雷電監(jiān)測系統(tǒng)和雷電拼圖數(shù)據(jù)完成對雷電天氣的不間斷監(jiān)測工作,為雷電天氣的短臨預(yù)警預(yù)報和服務(wù)提供依據(jù)。

        1 資料來源

        雷電資料來源于CIMISS雷電數(shù)據(jù)庫和江西省強(qiáng)天氣監(jiān)測平臺,數(shù)據(jù)范圍以江西省為中心,包括周邊6省的雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)。江西省強(qiáng)天氣監(jiān)測平臺能夠監(jiān)測雷暴、雷暴大風(fēng)、冰雹、龍卷、雷電和短時強(qiáng)降水等多種強(qiáng)天氣現(xiàn)象,雷電數(shù)據(jù)可以多種方式顯示。文章采用以宜豐縣和上高縣地理中心(28°34′N,114°79′E)為原點(diǎn),36 km為半徑的圓來顯示影響宜豐縣和上高縣的雷電分布。

        雷達(dá)回波拼圖來源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖應(yīng)用平臺,該平臺的雷達(dá)基數(shù)據(jù)取自于CIMISS實(shí)時數(shù)據(jù)庫,有24部雷達(dá)參加拼圖,集雷達(dá)回波、雷電數(shù)據(jù)和自動站數(shù)據(jù)為一體,精度為1 km×1 km,采用Web技術(shù)和谷歌瓦片式地圖顯示技術(shù)進(jìn)行交互式顯示。雷達(dá)拼圖的探測范圍、擋角盲區(qū)、遠(yuǎn)距離衰減和地球曲率影響等都優(yōu)于單部雷達(dá)。

        雷電數(shù)據(jù)來源于CIMISS實(shí)時數(shù)據(jù)庫,可以進(jìn)行10 min間隔的雷電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、描繪和分析,“宜豐雷電監(jiān)測產(chǎn)品自動顯示與預(yù)警系統(tǒng)”使用C# 2010進(jìn)行編程。

        2 雷電天氣分布

        2.1 雷電天氣年分布

        宜豐縣和上高縣每年都會受到雷電影響,一些強(qiáng)雷電過程還會帶來不同程度的雷電災(zāi)害。2015-2018年,雷電年分布(表1)特點(diǎn)是:雷電次數(shù)逐漸增多,雷電強(qiáng)度不斷增大。

        表1 2015-2018年宜豐和上高縣雷電年分布統(tǒng)計(jì)

        除資料缺失(2016年)影響外,其他年份雷電次數(shù)都在10,000次以上,2018年超過17,000次。最強(qiáng)的雷電分別發(fā)生在3、5、6、9月,最大強(qiáng)度達(dá)到-764 kA(負(fù)閃6月)。

        江西省強(qiáng)天氣監(jiān)測平臺是監(jiān)測雷電發(fā)生的實(shí)時業(yè)務(wù)平臺,在監(jiān)測平臺上,以宜豐縣和上高縣地理中心(28°34′N,114°79′E)為原點(diǎn),36 km為半徑的范圍內(nèi),分別顯示影響宜豐縣和上高縣的雷電分布??梢钥闯觯?015年雷電以正閃為主;2016-2018年以負(fù)閃為主。宜豐縣和上高縣雷電分布均勻,沒有明顯的中心。此種現(xiàn)象可能與雷電過程連續(xù)時間短有關(guān),也可能與所選參考區(qū)域面積較小有關(guān)。

        2.2 雷電天氣月分布

        通過分析雷電的月變化(表2),可知,宜豐縣和上高縣雷電主要分布在3-9月,10月份有少數(shù)雷電發(fā)生。每年的8月份雷電次數(shù)最多(11,492次),5月份次之(9090次),1-2月、11-12月基本沒有雷電發(fā)生。

        表2 2015-2018年宜豐和上高縣雷電月分布統(tǒng)計(jì)

        近年來,宜豐縣和上高縣雷電活動次數(shù)逐漸增多增強(qiáng),最大雷電強(qiáng)度達(dá)到-764 kA(6月);雷電主要分布在3-9月,以8月份雷電次數(shù)最多,其次是5-7月。

        3 雷達(dá)回波特征

        雷電監(jiān)測平臺主要有兩種:一是江西省強(qiáng)天氣監(jiān)測平臺,可以實(shí)時監(jiān)測雷暴、雷暴大風(fēng)、冰雹、龍卷、雷電和短時強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣現(xiàn)象;二是江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺,聚集了24部雷達(dá)組網(wǎng)拼圖,可以對自動氣象站(國家站、區(qū)域站)各種要素進(jìn)行疊加,也可以進(jìn)行雷電的疊加。

        影響宜豐縣和上高縣的雷電可以發(fā)生在不同的對流系統(tǒng)回波中,一般性的雷雨回波、夏季副熱帶高壓邊緣的熱雷雨回波等,都能造成一定數(shù)量的雷電。但造成宜豐縣和上高縣雷電災(zāi)害的雷達(dá)回波特征主要有兩種:一是雷暴回波帶(颮線、弓狀回波和短帶回波等);二是超級單體回波(弱超級單體、強(qiáng)回波單體等)。

        3.1 雷暴回波帶

        雷暴回波帶經(jīng)過宜豐縣和上高縣時會帶來雷暴大風(fēng)和強(qiáng)雷電,有時甚至?xí)霈F(xiàn)冰雹。雷暴回波帶發(fā)展強(qiáng)烈會發(fā)展成為颮線系統(tǒng),出現(xiàn)弓狀回波帶(圖1)。

        14:00(圖1a),一條東南-西北走向的回波帶向東北偏東方向移動,很明顯會影響宜豐縣和上高縣?;夭◣Оl(fā)展旺盛并具有一定的弧度,已經(jīng)形成弓狀回波結(jié)構(gòu)。與此同時,雷電分布圖顯示雷電主要分布在回波帶上,呈弧狀排列。14:20(圖1b),回波帶前沿已經(jīng)開始影響宜豐縣和上高縣,并帶來大風(fēng)、強(qiáng)降水和雷電天氣,雷電分布基本上沿回波帶走向排列。14:40(圖1c,d),回波帶移出了宜豐縣和上高縣,雷電也移出了宜豐縣和上高縣。

        圖1 2018-03-04T14:00-15:00颮線回波和雷電過境宜豐縣和上高縣

        3.2 超級單體回波

        超級單體回波經(jīng)過宜豐縣和上高縣時會帶來局地冰雹、雷暴大風(fēng)、短時強(qiáng)降水和強(qiáng)雷電等天氣。也是影響宜豐縣和上高縣產(chǎn)生雷電天氣的重要天氣系統(tǒng)(圖2)。

        16:40(圖2a),宜豐縣和上高縣上方受超級單體回波影響,強(qiáng)度達(dá)到60~65 dBz,并向東南偏東方向移動。17:00(圖2b),超級單體回波繼續(xù)發(fā)展加強(qiáng),強(qiáng)回波面積不斷擴(kuò)大,60 dBz回波面積大于200 km2,強(qiáng)度增到65~70 dBz,達(dá)到江西冰雹云回波標(biāo)準(zhǔn)。17:20(圖2c),超級單體回波有所減弱,中心強(qiáng)度達(dá)到55~60 dBz,宜豐縣和上高縣境內(nèi)仍有雷電天氣。17:40(圖2d),超級單體開始逐漸移出宜豐縣和上高縣境內(nèi),沿途均產(chǎn)生了強(qiáng)雷電天氣和強(qiáng)對流天氣。

        圖2 2018-05-06T16:40-17:40超級單體回波過境宜豐和上高縣

        由此可見,颮線回波帶是造成宜豐縣和上高縣雷電天氣的重要回波系統(tǒng),尤其是回波帶出現(xiàn)弧形彎曲,形成弓狀回波帶時,雷電天氣更加明顯。超級單體回波也是造成宜豐縣和上高縣雷電天氣的重要回波系統(tǒng),尤其是超級單體回波里伴有冰雹、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)天氣出現(xiàn)時,對宜豐縣和上高縣的影響更大。

        4 雷電天氣的監(jiān)測與預(yù)警

        宜豐縣10 min雷電監(jiān)測產(chǎn)品自動顯示與預(yù)警系統(tǒng)從CIMISS數(shù)據(jù)庫中讀取雷電數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)點(diǎn)繪在雷電產(chǎn)品圖上,根據(jù)用戶設(shè)定的雷電密集等級,通過微信群發(fā)表實(shí)時的雷電位置、次數(shù)和強(qiáng)度等信息,達(dá)到雷電信息的預(yù)警作用。

        系統(tǒng)軟件使用C# 2010編程,由參數(shù)文件:cs_btldcpccml.txt 設(shè)置不同參數(shù)值。包括:程序標(biāo)題、10 min雷電產(chǎn)品目錄、雷電預(yù)警文字產(chǎn)品目錄、是否聲音報警、設(shè)置圖像位置大小和雷電圖片格式等。

        當(dāng)最近時次的10 min雷電產(chǎn)品不存在時,會出現(xiàn)“最近時次的10 min雷電產(chǎn)品不存在,請檢查!”信息條。

        參數(shù)設(shè)置目錄里有兩種提示圖片可供選擇:一種有底圖,一種無底圖。雷電預(yù)警文字產(chǎn)品文件名舉例:雷電預(yù)警_201901200320.txt。10 min雷電產(chǎn)品文件名舉例:LD_Pro_201901231010_10分鐘.png。如果需要 QQ 或微信報警,請開啟 QQ 或微信。

        雷電監(jiān)測可以通過“宜豐雷電監(jiān)測產(chǎn)品自動顯示與預(yù)警系統(tǒng)”發(fā)布,有效地提高了雷電識別能力和及時發(fā)布預(yù)警信息的能力。

        5 結(jié)束語

        使用2015-2018年雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)和雷達(dá)拼圖數(shù)據(jù),對宜豐縣和上高縣的雷電天氣和雷達(dá)回波特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,得到以下結(jié)論:

        1)近年來,宜豐縣和上高縣雷電活動次數(shù)逐漸增多增強(qiáng),雷電強(qiáng)度最大達(dá)到-764 kA(6月);雷電主要分布在3-9月份,以8月份雷電次數(shù)最多,其次是5-7月份;

        2)颮線回波帶是造成宜豐縣和上高縣雷電天氣的重要回波系統(tǒng),尤其是回波帶出現(xiàn)弧形彎曲,形成弓狀回波帶時,雷電天氣更加明顯;

        3)超級單體回波也是造成宜豐縣和上高縣雷電天氣的重要回波系統(tǒng),尤其是超級單體回波里伴有冰雹、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)天氣出現(xiàn)時,對宜豐縣和上高縣的影響更大;

        4)雷電監(jiān)測可以通過“宜豐雷電監(jiān)測產(chǎn)品自動顯示與預(yù)警系統(tǒng)”發(fā)布。

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