浙中地區(qū)一次強對流過程地閃活動特征分析

許洪澤 周梅

（金華氣象局，浙江金華 321000）

浙中地區(qū)一次強對流過程地閃活動特征分析

許洪澤 周梅

（金華氣象局，浙江金華 321000）

借助閃電定位網(wǎng)資料、地面大氣電場觀測資料及多普勒天氣雷達資料，分析浙中地區(qū)一次強對流過程的地閃活動演變特征。結果表明，地面大氣電場的變化曲線與地閃次數(shù)存在較好的對應關系，與地閃的電流強度沒有關聯(lián)性；地閃的移動和次數(shù)與多普勒雷達組合反射率的強回波（＞30dBZ）在空間和時間上都有較好的一致性；MCS成熟和消散階段表明ET能較好地反映雷暴活動的劇烈程度。

強對流；閃電；ET

大風和雷電等自然災害常在強對流系統(tǒng)中產(chǎn)生。利用大氣電場儀、閃電定位儀、多普勒天氣雷達等資料對閃電活動進行統(tǒng)計分析是很多研究普遍采用的方法。很多學者，如Reap等［1］研究了20世紀80年代中期美國閃電觀測網(wǎng)，分析出Oklahoma和Kansas閃電定位資料各自的氣候分布特征；Orville等［2］給出了20世紀末美國大陸和北美大陸的閃電氣候分布特征，但在分析閃電日變化特征時，未能詳細分析不同下墊面對其的影響；馮桂力等［3］分析了山東省濰坊市一次冰雹云形成發(fā)展與閃電活動特征的關系；鄭媛媛等［4］利用多普勒天氣雷達、氣象衛(wèi)星、閃電定位資料及NCEP資料統(tǒng)計分析了2007年7月8日發(fā)生在安徽沿淮西部的一次特大暴雨過程的MCS特征；易笑園等［5］研究了華北颮線系統(tǒng)中地閃活動與ET的關系及預警指標。

強對流天氣活動及雷電分布特征具有較明顯的地域特點和氣候特征，不同下墊面的雷暴閃電特征差異較大。根據(jù)相關統(tǒng)計，浙中地區(qū)屬于我國雷暴高發(fā)區(qū)域之—，本文主要分析該區(qū)域內(nèi)一次強對流的閃電活動特征。

1 地閃活動特征分析

自2011年4月27日凌晨起，一支強對流自西北而西南先后襲擊了安徽省中南部、浙江省大部，尤其是浙江省中部，強對流所經(jīng)之地狂風大作、電閃雷鳴。27日2:30-5:30影響浙江省中部的金華地區(qū)，據(jù)測得強雷暴侵襲來臨時，城區(qū)風向突變，風力猛增，觀測站測得最大風力在18～23m/s；與此同時，氣壓突升，氣溫急降，相對濕度上升幅度也較大。從上述氣象要素變化特征來看，在氣象上將隨強雷暴云的來臨而突然發(fā)作的強烈陣風稱為“飚”。

1.1 地閃演變特征

圖1是利用浙江省地閃資料繪制出發(fā)生于2011年4月47日凌晨此次強對流（MCS）經(jīng)過金華城區(qū)時，每分鐘地閃頻數(shù)隨時間的演變曲線。從圖1可看出，從MCS臨近至遠離，整個過程時間約100min，經(jīng)歷了地閃頻數(shù)由低到高又由高到低的過程，并在4:30左右達到峰值。結合多普勒天氣雷達資料，可將MCS過程分為3個階段，3:30-4:00為MCS的臨近階段，4:00-4:40為正經(jīng)過金華地區(qū)的上空，4:40-5:30則為遠離階段。在MCS經(jīng)過的整個過程中，負地閃占絕大多數(shù)，且頻率隨時間的變化曲線與MCS經(jīng)過時演變過程有較好的一致性。正地閃的頻率相對較低，整個過程只探測到11次。MCS臨近時，地閃頻數(shù)變化率逐漸增強，其中負地閃的變化曲線更能反映增長的過程。經(jīng)過正上空時，地閃變化率達到了最強，且頻數(shù)也達到了峰值，達到16次/min次以上；當MCS遠離時，地閃頻數(shù)變化率逐漸變小，但在4:50左右時出現(xiàn)了一個極大值。此后，地閃頻數(shù)迅速下降，直至MCS徹底遠離金華地區(qū)，直至閃電定位系統(tǒng)無法探測到地閃。

從金華地區(qū)的地閃空間分布來看，地閃分布不均勻，在蘭溪、金華城區(qū)的西面、浦江和義烏的中部、武義和永康交界處地閃相對集中，而其他區(qū)域則分布較為稀疏。

圖1 2011年4月27日MCS發(fā)生時段內(nèi)每分鐘正負地閃頻數(shù)隨時間演變

1.2 地面大氣電場變化與地閃特征的關系分析

當強對流系統(tǒng)臨近時，地面的大氣電場變化率會發(fā)生劇烈變化。為研究MCS臨近和移動時地閃的大氣電場和頻數(shù)及電流強度特征，本文利用金華市城區(qū)站點地面大氣電場資料和浙江省閃電定位資料進行分析（見圖2）。根據(jù)相關研究，地面大氣電場儀的有效探測距離為15～20km，因此這里僅討論MCS過境站點時有效探測范圍內(nèi)的閃電特征。當MCS經(jīng)過各個子站點時，可清楚發(fā)現(xiàn)臨近觀察站點和遠離時地面電場的變化率較小或接近晴天大氣電場特征，而當MCS逐漸臨近時電場變化率也漸漸增大；而當MCS處于站點上空時，電場變化率明顯增大，約4:28場強達到了峰值12kV/m，超過了大氣電場儀設定的第三級預警閾值7kV/m，開始報警，報警一直持續(xù)至5:22左右，此后雖然場強值達到7kV/m，但變化率明顯減小，MCS漸漸遠離，電場曲線漸漸趨于水平（見圖2a、c）。從圖2b、d中可以明顯看出，地閃出現(xiàn)的時間較早，約從4:00一直持續(xù)到5:20左右。與電場變化曲線相比，地閃頻數(shù)持續(xù)出現(xiàn)的時間更早，但結束的時間基本一致，這說明大氣電場儀不能準確預警地閃的發(fā)生，但地閃頻率變化曲線有明顯由從低到高再到低的過程。而地閃電流強度均值的曲線未有明顯變化規(guī)律。MCS在經(jīng)過其他觀察站點上空時，電場的變化曲線類似于城區(qū)金華站。

圖2 2011年4月27日地面大氣電場隨時間變化曲線（a、c）和地閃每分鐘頻數(shù)、強度均值隨時間的變化曲線（b、d）

1.3 地閃活動與雷達回波結構的關系

圖3為MCS不同移動過程中多普勒雷達回波與地閃的疊加圖。此次MCS約在凌晨2:30在浙江省西北角與安徽省交界處形成，并逐漸沿東南方向移動，約在5:30在金華市磐安縣結束。從圖3可以看出，地閃的移動路徑與雷達強回波移動變化（＞30dBZ）基本一致。在MCS形成后不久的02:54左右，在金華市西北角已形成一長約60km、寬30km強回波帶（＞30dBZ）（見圖3a），最強回波出現(xiàn)在西南區(qū)域，呈2個約10km強回波云團，最高達到53dBZ；而地閃集中在兩塊最強回波云團中間和上方，其他區(qū)域幾乎無地閃發(fā)生。

圖3 2011年4月47日2:54（a）、4:00（b）、4:36（c）、5:18（d）的金華雷達組合反射率與前后3min內(nèi)地閃的疊加圖

隨著MCS系統(tǒng)進一步發(fā)展，達到成熟階段，多普勒雷達強回波面積進一步增大，最強回波超過了55dBZ，地閃次數(shù)也明顯增多（見圖3b、c）。從圖3b可看出，4:00強回波區(qū)域明顯分成兩塊，且右邊區(qū)域面積大于左半?yún)^(qū)域；顯然，這兩塊區(qū)域是由前期2個云團發(fā)展而來。地閃在右邊區(qū)域分布范圍較廣，左邊的地閃集中在＞40dBZ的左上半部。至436（見圖3c）強回波區(qū)域繼續(xù)向南偏東方向移動，此時兩塊已連接，＞45dBZ回波區(qū)域變小，地閃主要分布在此區(qū)域的左上部，右邊區(qū)域的地閃次數(shù)相對較少且分布零散?？傮w來說，地閃均分布在＞30dBZ強回波區(qū)域內(nèi)。

隨著MCS向東移動，對流云團開始逐漸消散，至5:18（見圖3d），強回波的范圍迅速減小，云團右半部已消亡，整個云團長約40km，寬約20km。此時，地閃總數(shù)迅速減少，主要落點位于＞40dBZ強回波的左側邊緣。

1.4 地閃活動與回波頂高的關系

在多普勒雷達產(chǎn)品中，回波頂高（ET）是反映MCS的發(fā)展程度的一個重要產(chǎn)品。圖4a中在2:36時，MCS處于發(fā)展的初期，ET值大于9km的面積近3 000km2，其中ET最大值達到14km，面積為112km2，表明發(fā)展非常旺盛，但此時地閃次數(shù)較少，且分布零散，在ET為14km處未有地閃集中出現(xiàn)。在MCS系統(tǒng)發(fā)展成熟階段的4:00和4:36（見圖4b、c），ET值卻明顯變小，高于9km的面積明顯減小，但此時地閃明顯增多。圖4b中，地閃分布相對較廣，主要集中在ET＞9km及以上區(qū)域及其邊緣。相比圖4b，在圖4c中，在ET＞9km區(qū)域的西部地閃分布相對集中。在MCS消亡階段的5:18（見圖4d），ET＞9km面積進一步減小，地閃主要集中在ET為8km高度的范圍內(nèi)。

圖4 2011年4月47日2:36（a）、4:00（b）、4:36（c）、5:18（d）的金華雷達回波頂高與前后3min內(nèi)地閃的疊加圖

從MCS的發(fā)展過程來看，ET在初期值最大達到14km，然而隨著系統(tǒng)發(fā)展成熟，ET值明顯減小，ET＞9km的范圍逐漸變小，到了消亡階段，ET＞9km的范圍進一步減小，直至消失。而地閃次數(shù)符合一般MCS發(fā)展過程，由少到多，達到峰值又逐漸減少的過程。但MCS發(fā)生初期，ET不能較好指示閃電次數(shù)。而MCS成熟和消散階段表明，ET與地閃次數(shù)有較好的對應關系，也能很好地反映雷暴活動的劇烈程度。

2 結論

本文通過對閃電定位網(wǎng)資料、地面大氣電場觀測資料及多普勒天氣雷達資料，分析了一次對浙中地區(qū)影響較大的中尺度強對流系統(tǒng)的地閃活動演變特征。結果表明：①整個系統(tǒng)的發(fā)展過程中，負地閃占絕大部分，正地閃次數(shù)則很少，地面大氣電場的變化曲線與地閃次數(shù)存在較好的對應關系，由從少漸漸增多，達到峰值后又開始減少，而與地閃的電流強度沒有關聯(lián)性；②地閃的移動和次數(shù)與多普勒雷達組合反射率的強回波（＞30dBZ）在空間和時間上都有較好的一致性；③ET的最大值未出現(xiàn)在成熟階段，而MCS初期地閃次數(shù)較少，MCS成熟和消散階段表明ET能較好地反映雷暴活動的劇烈程度。

［1］Reap RM，MacGorman DR.Cloud-to-ground lightning cli?matological characteristics and relationships to mot-ion fields，ra?dar observations，and severe local storms［J］.Mon Wea Rev，1989（3）：518-535.

［2］Orville RE，Silver AC.Lightning ground flash density in the contiguous United States：1992-95［J］.Mon Wea Rev，1991（2）：573-577.

［3］馮桂力，邊道相，劉洪鵬，等.冰雹云形成發(fā)展與閃電演變特征分析［J］.氣象，2001（3）：33-37.

［4］鄭媛媛，張小玲，朱紅芳，等.2007年7月8日特大暴雨過程的中尺度特征［J］.氣象，2009（2）：3-7.

［5］易笑園，宮全勝，李培彥，等.華北颮線系統(tǒng)中地閃活動與雷達回波頂高的關系及預警指標［J］.氣象，2009（2）：34-40.

Characteristics of Ground-Lightning Activity During a Strong Convective Process in the Central Region of Zhejiang Province

Xu HongzeZhou Mei

（Jinhua Meteorological Bureau，Jinhua Zhejiang 321000）

Based on the data of lightning locating network,ground atmospheric electric field and Doppler weather ra?dar data,the evolution characteristics of ground-lightning activity during a strong convective process in the central re?gion of Zhejiang province was analyzed.The results showed that the curve of the ground atmospheric electric field and the number of flashes have a good corresponding relationship,there was no correlation with the current intensity of lightning;strong echo lightning and mobile Doppler radar reflectivity and the number of combinations(＞30dBZ) had good consistency in space and time;MCS mature and dissipating stages showed that the intensity of ET could bet?ter reflect the thunderstorm activity.

strong convection；ground-lightning；ET

P427.32

A

1003-5168（2017）02-0150-03

2017-01-06

金華市科技局2014課題“金華灰霾天氣的大氣污染擴散特征及監(jiān)測預警研究”（2014-3-045）。

許洪澤（1979-），男，碩士，工程師，研究方向：雷電監(jiān)測與預警。