吳生燦 張燁方 劉冰 林嵐 吳啟綿

（1 福建省南平市氣象局 福建南平 353000；2 福建省氣象災害防御技術中心 福建福州 350008）

臺風結構、強度及路徑預報是做好臺風災害預警、減少臺風過程災害的有效辦法。閃電的形成與云內微物理過程、動力特征密切相關，閃電活動變化表明云內對流正在變化。近年來對臺風過程的閃電活動研究表明，臺風過程中的閃電可能對臺風結構和強度變化預報預警有指示意義。Price C M A等［1］分析了全球56個颶風過程的閃電活動，發(fā)現閃電頻數跟颶風最大持續(xù)風速存在正相關，相關系數達到0.82。在颶風達到最強，氣壓達到最低點前一天閃電頻數增加。潘倫湘等［2］分析了西北太平洋地區(qū)2005～2008年登陸我國的7次臺風過程，發(fā)現在臺風中心最大風速急劇增大階段，眼壁上閃電爆發(fā)，在眼壁閃電（臺風中心100 km范圍內的閃電）爆發(fā)幾小時后中心風速達到最大值，有個別臺風在臺風最強期間的前半段眼壁閃電爆發(fā)。潘倫湘等［3］分析了臺風“圣帕”過程的閃電活動，發(fā)現在臺風中心最大風速急劇增大階段，眼壁上閃電爆發(fā)兩次，在第二次眼壁閃電爆發(fā)后2 h，中心風速達到最大值。雷小途等［4］使用TRMM衛(wèi)星獲得的閃電信息結合熱帶氣旋活動特征，發(fā)現閃電與熱帶氣旋的強度及變化有一定關系，利用發(fā)生在熱帶氣旋不同區(qū)域的閃電信息可對熱帶氣旋的強度進行估算。因此，對臺風中閃電活動的研究具有現實意義。

我國東南沿海地區(qū)，特別是臺灣島—臺灣海峽—福建沿海地區(qū)的近海海域，是最易發(fā)生熱帶氣旋閃電的兩個區(qū)域之一［4］，研究此區(qū)域典型臺風與閃電活動特征，有助于加深對臺風結構、強度與閃電活動的了解。本研究將綜合使用福建省三維閃電定位系統與全球閃電定位系統（World Wide Lightning Location Network，WWLLN）提供的閃電定位數據、中國氣象局熱帶氣旋資料中心提供的臺風數據、福建省氣象局提供的雷達資料對1808號超強臺風中閃電活動特征進行分析。

1 數據來源

1.1 閃電數據

使用福建省三維閃電定位系統（主要用于研究臺風登陸福建前后閃電活動特征）和全球閃電定位系統（World Wide Lightning Location Network，WWLLN）提供的閃電定位數據。使用某時刻前后90 min的閃電代表該時刻閃電發(fā)生情況。

福建省三維閃電定位系統共布設16臺探測儀，探測半徑200 km，可以覆蓋福建全省及中國臺灣海峽近海區(qū)域。全球閃電定位系統（WWLLN）詳細介紹見相關文獻［5］。WWLLN通過探測閃電產生的甚低頻電磁輻射信號，可以探測到數千公里內閃電發(fā)生的電磁輻射信號，實現全時監(jiān)控臺風過程的閃電活動。盡管WWLLN探測效率不高，但其探測結果可以反映海洋上空閃電活動分布規(guī)律，幫助了解熱帶氣旋對流中的閃電活動特征［6-8］。

1.2 臺風資料

使用中國氣象局熱帶氣旋資料中心提供的CMA熱帶氣旋最佳路徑數據集數據。數據集提供了每6 h的臺風信息、臺風登陸前24 h及在我國陸地活動期間每3 h的臺風信息，具體為氣旋編號、時間、中心位置、中心最低氣壓、近中心最大風速等，采用國家標準GB/T 19201-2006［9］定義熱帶氣旋強度等級。

將臺風的徑向方向劃分為內核、內雨帶和外雨帶。其中距臺風中心0～50 km為眼壁區(qū)域，0～100 km為內核區(qū)域，100～200 km為內雨帶區(qū)域，200～500 km為 外 雨 帶區(qū) 域。參 照Kapand［10］、Shu［11］將臺風在海上強度變化的標準定為迅速加強（Rapid Intensity，RI）、一般加強（Average Intensity Change，AIC）、迅速減弱（Rapid Weaken），判定標準是24 h風速變化，即RI為ΔVmax24≥15 m/s、RW為ΔVmax24≤-20 m/s、AIC為-20 m/s≤ΔVmax24≤15 m/s。

1.3 雷達數據

研究表明，6 km高的雷達回波與閃電活動關聯性較好［12］，且眼壁區(qū)閃電與5～7 km高度混合相變區(qū)雷達反射率高值區(qū)關系密切［13］，因此，本研究使用6 km高度處的雷達回波。

2 結果與分析

2.1 臺風過程

1808號強臺風“瑪莉亞”是中華人民共和國成立以來7月直接登陸福建的最強臺風，于2018年7月4日12：00（世界時，下同）生成于美國關島以東海洋面上，2018年7月11日9∶10左右在福州市連江縣黃岐半島沿海登陸，登陸時中心附近最大風力14級，沿海局部最大陣風達17級，至2018年7月11日12時減弱為熱帶低壓。臺風發(fā)展過程與強度信息詳見表1。

表1 臺風發(fā)展過程與強度變化

續(xù)表1 臺風發(fā)展過程與強度變化

2.2 臺風過程中閃電活動分布特征

圖1是臺風過程中距臺風中心500 km內閃電活動徑向分布圖。由表1與圖1可以看出，氣旋過程的閃電活動總體呈現出3個時間段分布，大致對應臺風發(fā)展的初始期（經過熱帶低壓、熱帶風暴、強熱帶風暴等強度等級）、成熟期（經過臺風、強臺風、超強臺風、強臺風、臺風等強度等級）及消散期（經過強熱帶風暴、熱帶風暴、熱帶低壓等強度等級）。

初始期，當處于熱帶低壓、熱帶風暴階段，閃電主要發(fā)生在外雨帶與內雨帶外側區(qū)域。當增強為強熱帶風暴時，內核區(qū)開始出現閃電活動。但閃電活動較弱。隨著中心氣壓降低，近臺風中心最大風速快速增長，氣旋逐漸進入成熟期。內核閃電迅速增加，尤其是眼壁閃電活動增長幅度最大，在6日3∶00達到最高值，而后逐漸回落，8日3∶00眼壁閃電短暫增加后再次減少。內雨帶中遠離臺風中心較遠區(qū)域的閃電持續(xù)時間相對較長，但總體閃電活動偏少。外雨帶閃電活動相對活躍，在各個局域中均有閃電發(fā)生，其中處于外雨帶中間區(qū)域閃電活動變化最為頻繁。消散期，雨帶中閃電活動相對于前兩個階段均有所增強，11日6∶00開始各區(qū)域閃電活動進入爆發(fā)期。臺風登陸前后，外雨帶近臺風中心位置的閃電活動最為活躍。在臺風中心登陸3 h后閃電逐漸減少。在消散期，外雨帶的閃電活動明顯高于另外兩個區(qū)域，并且閃電活動劇烈的位置隨時間變化呈現出從內側向外側變化的趨勢。

總的來說，臺風活動主要發(fā)生在氣旋發(fā)展成熟期至結束，強熱帶風暴、熱帶風暴閃電活動強于臺風及以上等級。外雨帶中內側閃電活動較為活躍，且在臺風登陸減弱為強熱帶風暴后，閃電活動徒增趨勢明顯且維持了一段時間。內雨帶閃電活動最少，在臺風登陸前有短暫增加。內核閃電活動主要發(fā)生在初始至成熟階段，眼壁區(qū)域閃電活動在氣旋增強為超強臺風的階段達到峰值。

2.3 臺風強度變化與閃電活動關系

研究表明，臺風強度快速增強時，閃電活動也可能出現明顯增長，閃電活動與臺風強度變化存在一定的關聯性，這主要是由于臺風活動影響著產生閃電的云內微物理過程。

圖2～3分別是距臺風中心0～50、0～500 km閃電活動與臺風近中心最低風速、中心最低氣壓圖。結合表1、圖2可見，7月4日6∶00，臺風進入RI階段，氣旋中心氣壓迅速減小，近中心最大風速快速增長，眼壁區(qū)域開始出現閃電活動。7月5日14∶00時，眼壁閃電突然陡增，此時臺風正逐漸增強為超強臺風，并于7月6日0∶00時中心氣壓達到最低值，近中心風速達到峰值。眼壁閃電爆發(fā)提前于臺風最大強度10 h。隨后近12 h眼壁閃電活動仍一直處于活躍期，同期中心氣壓逐漸回升。7月6日12∶00時，閃電活動開始快速減少。6 h后中心氣壓逐漸回升，中心風速有所回落。7月8日0∶00時，臺風中心氣壓快速減小，6∶00前后，眼壁閃電經過連續(xù)3 h增長后，中心氣壓第二次達到最低值。結合表1、圖3可見，在整個臺風發(fā)展過程中閃電活動主要集中在AIC與RW，RI期間閃電活動相對較弱，臺風登陸前后的6 h內閃電活動最活躍，7月6日23∶00，閃電次數達到最高值，臺風消散后閃電活動也隨之逐漸減少。在AIC、RW期間，閃電活動變化趨勢與臺風強度的增長趨勢基本相同，但閃電活動變化要提前3 h。

總的來看，眼壁閃電的爆發(fā)提前于臺風最大強度出現，眼壁閃電活動在短時間連續(xù)增長或陡增對臺風強度等級具有一定的指示作用，眼壁閃電爆發(fā)有可能預示著臺風強度正在增強。RI期間臺風過程中閃電活動相對較弱，臺風登陸后閃電活動可能爆發(fā)。

2.4 臺風登陸前后閃電活動

2018年7月11日9∶10，臺風在福州市連江縣黃岐半島沿海登陸，臺風登陸前后福建省內閃電活動情況見表2。從表2中可知，臺風登陸過程中福建省內閃電活動主要發(fā)生在臺風登陸后。臺風登陸前12 h，福建省內幾乎沒有閃電活動，臺風中心登陸前后3 h，沒有閃電發(fā)生，而后閃電活動有所加強，15∶00后閃電活動陡增。登陸后閃電活動負閃明顯多于正閃。圖4～5分別是7月11日15∶00、21∶00的6 km高度處雷達回波與閃電活動分布圖。15∶00熱帶低壓形成的云系覆蓋了福建省內大部分上空，處于外雨帶的漳州、龍巖地區(qū)部分回波強度達到了35 dBZ，該區(qū)域存在較強的閃電活動。21∶00云系已快速消散，此時在漳州、龍巖還零星發(fā)生閃電，但數量已大幅減少?？傮w上看，臺風登陸前福建省內閃電活動很微弱，在臺風即將消散的最后幾小時內，省內閃電活動呈現陡增隨后快速消失的過程。閃電區(qū)域與雷達回波高于35 dBZ的區(qū)域存在較好的一致性。

表2 臺風登陸前后福建省內閃電活動情況

3 結論

閃電活動主要發(fā)生在氣旋穩(wěn)定期與消散期的內核與外雨帶。在臺風強度迅速增強期間內核閃電活動最為活躍，內核閃電的突然爆發(fā)對氣旋強度加強有一定的指示作用。臺風登陸前閃電活動銳減，登陸一段時間后閃電陡增而后快速減少。閃電活動區(qū)域與雷達回波高于35 dBZ的區(qū)域存在較好的一致性。