王鑫森，馬中元，陳鮑發(fā)，黃龍飛，李燕玲

(1.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000；2.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046)

0 引言

雷電是“聯(lián)合國(guó)國(guó)際減災(zāi)十年”公布的10種自然災(zāi)害之一，是一種常見天氣現(xiàn)象，尤其是強(qiáng)雷電，其強(qiáng)大的電流、炙熱的高溫、猛烈的沖擊波以及強(qiáng)烈的電磁輻射等物理效應(yīng)，使其在瞬間產(chǎn)生巨大的破壞力，危害人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

江西地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，境內(nèi)雷電活動(dòng)頻繁。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2013年江西省遭雷擊死亡達(dá)28人；2014年32人；2015年26人，占?xì)庀鬄?zāi)害死亡人數(shù)的70%以上，每年直接經(jīng)濟(jì)損失在10億元以上。隨著天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的發(fā)展，對(duì)雷電天氣的監(jiān)測(cè)手段越來越多，預(yù)警預(yù)報(bào)信息也受到越來越多人的關(guān)注，但目前強(qiáng)雷電的預(yù)警預(yù)報(bào)信息對(duì)公眾的服務(wù)效果達(dá)不到精細(xì)和規(guī)范化的要求。強(qiáng)雷電的定義不明確，雷電預(yù)警發(fā)布雖然頻繁，但沒有具體區(qū)分一般性雷暴和強(qiáng)雷暴，也沒有提出致災(zāi)和不致災(zāi)的區(qū)別。為此文章分析2014—2016年江西省20次強(qiáng)雷電過程，以閃電信息強(qiáng)度、陡度、密度及分布為依據(jù)，結(jié)合雷擊受災(zāi)報(bào)告、雷達(dá)回波等資料，研究致災(zāi)強(qiáng)雷電的標(biāo)準(zhǔn)與特征。

強(qiáng)雷電與回波強(qiáng)度、閃電密度、閃電強(qiáng)度有關(guān)，王鑫森[1]等根據(jù)景德鎮(zhèn)歷年雷擊情況，提出10 min閃電強(qiáng)度最強(qiáng)達(dá)±20 kA以上，且閃電密度達(dá)10 個(gè)/10 km2或以上為致災(zāi)強(qiáng)雷電的標(biāo)準(zhǔn)；許愛華[2-4]等研究表明，雷擊死亡人數(shù)與閃電密度相關(guān)，當(dāng)副高東退，短波槽攜帶弱冷空氣東移，中層為負(fù)變溫，CAPE、K指數(shù)、SI等不穩(wěn)定度指數(shù)均達(dá)到強(qiáng)對(duì)流天氣的閾值時(shí)最易發(fā)生強(qiáng)雷電天氣；馬中元[5]等指出強(qiáng)雷電天氣在雷達(dá)回波上具有強(qiáng)對(duì)流天氣的特征，如窄而長(zhǎng)的颮線、雷暴回波短帶、弓狀回波、風(fēng)暴超級(jí)單體、指狀回波等強(qiáng)對(duì)流天氣雷達(dá)回波結(jié)構(gòu)特征，都極易產(chǎn)生強(qiáng)雷電天氣，甚至出現(xiàn)致災(zāi)強(qiáng)雷電天氣。在雷達(dá)觀測(cè)分析中，必須重視和嚴(yán)密監(jiān)視雷暴回波帶的形成，尤其是注意回波的合并效應(yīng)，幾乎所有的雷暴回波帶都是由單體不斷發(fā)生合并而產(chǎn)生的。易笑園[6]、沈永海[7]、黃蘭蘭[8]等研究了地閃頻數(shù)與雷達(dá)回波頂高的關(guān)系、雷達(dá)回波的結(jié)構(gòu)、正地閃與強(qiáng)回波的移動(dòng)方向，并指出閃電密集區(qū)消失早于強(qiáng)雷達(dá)回波區(qū)消散[9]。這些研究成果均為文章的分析提供了參考依據(jù)。

1 資料與方法

文章以雷電密度為依據(jù)，即在雷電最強(qiáng)時(shí)段能夠達(dá)到或超過50個(gè)/6 min(正負(fù)閃總數(shù))為1次強(qiáng)雷電過程，共選取了江西省2014—2016年20個(gè)強(qiáng)雷電過程，使用江西WebGIS雷達(dá)拼圖及其疊加的10 min閃電信息、江西地面氣象觀測(cè)資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、形態(tài)識(shí)別法進(jìn)行對(duì)比分析。

2 江西強(qiáng)雷電過程的閃電信息特征

自從閃電定位儀在全國(guó)布點(diǎn)，其正負(fù)閃數(shù)據(jù)成為直接觀測(cè)到雷電的記錄。從江西省2014—2016年20次強(qiáng)雷電過程10 min最強(qiáng)閃擊時(shí)段閃電定位資料信息可以得出，在短短10 min之內(nèi)，每個(gè)強(qiáng)雷電過程均有密集閃電區(qū)，密集程度非常高，聚集在一起形成蜂窩狀，根據(jù)估算，閃電密度均超過10個(gè)/10 km2或以上，達(dá)到致災(zāi)強(qiáng)雷電的定義標(biāo)準(zhǔn)[1]，同時(shí)，發(fā)現(xiàn)2014-06-17、2014-07-18、2015-07-16、2016-04-03、2016-06-19密集閃電區(qū)的面積大，10 min之內(nèi)強(qiáng)雷電覆蓋多個(gè)縣區(qū)，覆蓋面積達(dá)100 km2或以上，此類強(qiáng)雷電稱之為大范圍致災(zāi)強(qiáng)雷電。根據(jù)江西各地的雷擊報(bào)告，大范圍致災(zāi)強(qiáng)雷電均會(huì)有明顯的雷擊損傷，應(yīng)重點(diǎn)防范。

由此可見，江西強(qiáng)雷電過程都會(huì)出現(xiàn)雷電密集區(qū)，10 min雷電正負(fù)閃密集程度反映了雷電過程的強(qiáng)弱，當(dāng)閃電密度均超過10個(gè)/10 km2或以上時(shí)，易出現(xiàn)雷電災(zāi)害，可以考慮發(fā)布雷電橙色預(yù)警，當(dāng)閃電密集且覆蓋大范圍地區(qū)時(shí)(100 km2或以上)，可以發(fā)布雷電紅色預(yù)警。

3 江西致災(zāi)強(qiáng)雷電的雷達(dá)回波特征

雷達(dá)回波是監(jiān)測(cè)閃電的重要手段，文章使用江西WebGIS雷達(dá)拼圖及其疊加的10 min閃電信息分析致災(zāi)強(qiáng)雷電過程，表1為江西2014—2016年致災(zāi)強(qiáng)雷電發(fā)生時(shí)的雷達(dá)回波強(qiáng)度、形態(tài)統(tǒng)計(jì)，可以看到致災(zāi)強(qiáng)雷電由帶狀強(qiáng)回波和局地團(tuán)(絮)狀強(qiáng)回波造成。當(dāng)幾個(gè)局地回波團(tuán)有組織的形成颮線，或短帶回波東移發(fā)展成颮線時(shí)，強(qiáng)雷電的影響范圍擴(kuò)大，時(shí)間最持久，大范圍(10 min覆蓋100 km2以上)致災(zāi)強(qiáng)雷電過程幾乎都是強(qiáng)颮線造成的。強(qiáng)雷電發(fā)生時(shí)強(qiáng)回波中心強(qiáng)度一般達(dá)45 dBz或以上，大部分強(qiáng)雷電過程最大回波強(qiáng)度可達(dá)55 dBz以上，可以把45～55 dBz的雷達(dá)回波強(qiáng)度定為強(qiáng)雷電發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)閾值。

表1 江西2014—2016年致災(zāi)強(qiáng)雷電發(fā)生時(shí)的雷達(dá)回波強(qiáng)度、形態(tài)統(tǒng)計(jì)

由此可見，江西強(qiáng)雷電由帶狀強(qiáng)回波和局地團(tuán)(絮)狀強(qiáng)回波造成，回波強(qiáng)度達(dá)45～65 dBz，當(dāng)局地回波單體或短帶回波發(fā)展成颮線時(shí)，往往會(huì)造成大范圍的致災(zāi)強(qiáng)雷電過程。

4 強(qiáng)雷電過程個(gè)例分析

圖1為2014-07-18江西省大范圍致災(zāi)強(qiáng)雷電過程的雷達(dá)回波演變，15：40贛南有許多強(qiáng)對(duì)流單體，總體呈西北—東南走向，回波中心強(qiáng)度達(dá)45～55 dBz。1 h后，16：40多個(gè)強(qiáng)對(duì)流單體進(jìn)行合并，結(jié)構(gòu)密實(shí)，連成一線，形成了典型的颮線結(jié)構(gòu)。從圖1上看到，颮線呈東西向，長(zhǎng)度達(dá)500 km左右，且颮線以西的湖南中部還有多個(gè)強(qiáng)對(duì)流單體構(gòu)成的強(qiáng)回波團(tuán)。從氣象上尺度的劃分，已屬于中α尺度上較大的系統(tǒng)。颮線帶上有多個(gè)60～65 dBz強(qiáng)中心，所經(jīng)之處，不僅帶來了密集的強(qiáng)雷電，還造成多地雷暴大風(fēng)，其中16：35永新出現(xiàn)冰雹，最大直徑1 mm。17：40颮線向北移動(dòng)，湖南中部的強(qiáng)回波團(tuán)并入颮線，強(qiáng)度總體增強(qiáng)，構(gòu)成颮線的多個(gè)強(qiáng)單體連成一線，強(qiáng)度都達(dá)到了55～65 dBz。在此過程中17：07萍鄉(xiāng)市蓮花縣出現(xiàn)極大瞬間風(fēng)17 m/s(東南風(fēng))。18：40颮線繼續(xù)向北移動(dòng)，中部向上供起，形成較為典型的“弓”形結(jié)構(gòu)，“弓”形頭部回波強(qiáng)度達(dá)60～65 dBz，出現(xiàn)大風(fēng)的范圍擴(kuò)大，有3個(gè)國(guó)家站出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)，其中18：24廣昌出現(xiàn)極大瞬間風(fēng)速19 m/s(南東南風(fēng))、18：27萍鄉(xiāng)出現(xiàn)極大瞬間風(fēng)速18 m/s(西南風(fēng))、18：31宜春出現(xiàn)極大瞬間風(fēng)速20 m/s(東東南風(fēng))。19：40颮線繼續(xù)向北移動(dòng)，形態(tài)完整，中心強(qiáng)度變化不大，強(qiáng)雷電的范圍與強(qiáng)度仍很大。20：40颮線中段、西段強(qiáng)度減弱，出現(xiàn)斷裂，但強(qiáng)雷電的范圍與強(qiáng)度變化不大。21：40颮線形態(tài)已消失，但位于原颮線東段的回波強(qiáng)度仍達(dá)55～65 dBz，在其范圍以內(nèi)仍有大范圍的強(qiáng)雷電出現(xiàn)。22：40整體回波繼續(xù)減弱，強(qiáng)回波范圍也明顯縮小，只有在一些范圍較小的55～65 dBz強(qiáng)回波中心才有密集閃電區(qū)，雖然也達(dá)到了是致災(zāi)強(qiáng)雷電的標(biāo)準(zhǔn)，但影響范圍已降至50 km2以下。

圖1 2014-07-18江西省大范圍致災(zāi)強(qiáng)雷電過程的雷達(dá)回波演變

圖2為 2014-07-18T15：40—2014-07-18T16：50逐10 min閃電定位資料信息，可以看到與颮線相對(duì)應(yīng)，其45 dBz強(qiáng)回波周圍伴有明顯的閃電。15：40颮線還未形成，在贛南西部有多個(gè)對(duì)流單體，伴有密集閃電區(qū)，15：50、16：00、16：10該密集區(qū)的密集程度加劇，16：20、16：30在贛南西部與贛南東部的強(qiáng)回波之間閃電開始增多，但仍有斷裂，此時(shí)颮線已經(jīng)形成，形態(tài)趨于完整，16：40、16：50東西兩塊閃電密集區(qū)的中間空檔被新增閃電填滿，形成一條西北—東南向的閃電密集帶，與颮線形態(tài)完整對(duì)應(yīng)。

圖2 2014-07-18T15：40—16：50逐10 min閃電定位資料信息

由此可見，在多個(gè)強(qiáng)對(duì)流單體合并形成颮線后，致災(zāi)強(qiáng)雷電的范圍明顯擴(kuò)大，影響時(shí)間明顯延長(zhǎng)，并伴有劇烈的雷暴大風(fēng)天氣，易造成雷擊、強(qiáng)風(fēng)災(zāi)害，從颮線演變過程看，致災(zāi)強(qiáng)雷電早于颮線產(chǎn)生，但落后于颮線消亡，要注意颮線結(jié)構(gòu)解散后，在55～65 dBz強(qiáng)回波中心仍會(huì)伴有密集強(qiáng)雷電。

5 結(jié)束語

文章分析了2014—2016年江西20次致災(zāi)強(qiáng)雷電的閃電定位、雷達(dá)回波等特征，主要結(jié)論如下：

1)江西強(qiáng)雷電過程都會(huì)出現(xiàn)雷電密集區(qū)，10 min雷電正負(fù)閃密集程度反映了雷電過程的強(qiáng)弱，當(dāng)閃電密度超過10個(gè)/10 km2或以上時(shí)，易出現(xiàn)雷電災(zāi)害，可以考慮發(fā)布雷電橙色預(yù)警，當(dāng)閃電密集且覆蓋大范圍地區(qū)時(shí)(100 km2或以上)，可以發(fā)布雷電紅色預(yù)警；

2)江西強(qiáng)雷電由帶狀強(qiáng)回波和局地團(tuán)(絮)狀強(qiáng)回波造成，回波強(qiáng)度達(dá)45～65 dBz，當(dāng)局地回波單體或短帶回波發(fā)展成颮線時(shí)，往往會(huì)造成大范圍的致災(zāi)強(qiáng)電過程；

3)在多個(gè)強(qiáng)對(duì)流單體合并形成颮線后，致災(zāi)強(qiáng)雷電的范圍明顯擴(kuò)大，影響時(shí)間明顯延長(zhǎng)，并伴有劇烈的雷暴大風(fēng)天氣，易造成雷擊、強(qiáng)風(fēng)災(zāi)害，從颮線演變過程看，致災(zāi)強(qiáng)雷電早于颮線產(chǎn)生，但落后于颮線消亡，要注意颮線結(jié)構(gòu)解散后，在55～65 dBz強(qiáng)回波中心仍會(huì)伴有密集閃電區(qū)。