2007—2017年浙江省雷暴路徑時(shí)空特征分析

(浙江省氣象安全技術(shù)中心，浙江 杭州 310008)

引言

雷暴是一種伴有雷電現(xiàn)象的局地對(duì)流過程，其中雷電作為一種強(qiáng)烈的大氣放電現(xiàn)象[1]，具有大電流、高電位和強(qiáng)電磁輻射的特征，能夠造成重大的災(zāi)害[2-4]。浙江省位于中國東南沿海長(zhǎng)江三角洲南翼，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冷暖氣流交匯頻繁且水汽充足易產(chǎn)生對(duì)流活動(dòng)，雷暴發(fā)生頻率高。另外,浙江省是中國經(jīng)濟(jì)最活躍的省份之一，地形復(fù)雜涵蓋了平原、盆地和山區(qū)等，是中國雷電災(zāi)害的主要發(fā)生地之一[4-6]。根據(jù)浙江省氣象安全技術(shù)中心統(tǒng)計(jì)，浙江省近十來年全省共發(fā)生雷電災(zāi)害近萬起，直接經(jīng)濟(jì)損失10億元左右，造成人員傷亡近350人，其中死亡近150人。因此,分析雷暴的分布特征，揭示雷電活動(dòng)規(guī)律，既是防雷減災(zāi)工作的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，也是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。

隨著防雷體制改革的推進(jìn)，區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和雷電預(yù)警的需求愈來愈強(qiáng)。史培軍[7-8]認(rèn)為災(zāi)害的發(fā)生是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境與承災(zāi)體綜合作用所導(dǎo)致的，在以上因子綜合論述的基礎(chǔ)上，提出區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)論的理論觀點(diǎn)。系統(tǒng)性評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)需要考慮諸多的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中雷暴移動(dòng)路徑是一項(xiàng)重要因子。通過掌握浙江省雷暴路徑可用于提示不同區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)程度，為建設(shè)規(guī)劃和設(shè)計(jì)防御措施提供科學(xué)基礎(chǔ)和參考。另一方面，強(qiáng)對(duì)流天氣過程通常伴隨著閃電的發(fā)生[9-10]，掌握雷暴過程移動(dòng)路徑的特征對(duì)了解浙江省強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

目前國內(nèi)外基于雷達(dá)的對(duì)流識(shí)別和追蹤的算法研究比較多[11-13]，產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)短臨預(yù)報(bào)具有明顯的提高。雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)具有更高的觀測(cè)實(shí)時(shí)性與更低的傳輸時(shí)延，相比雷達(dá)資料在某些方面具備明顯的優(yōu)勢(shì)?；诶纂姅?shù)據(jù)的雷暴識(shí)別、追蹤國內(nèi)外也有一些嘗試，但相對(duì)還是偏少。Tuomi和Larjavaara[14]通過設(shè)定時(shí)空閾值辨識(shí)不同雷電簇來識(shí)別追蹤雷暴的算法，研究分析了芬蘭地區(qū)的雷暴活動(dòng)特征。Murphy等[15]、Mccaul等[16]結(jié)合閃電定位網(wǎng)和大氣電場(chǎng)儀等資料開發(fā)了雷暴預(yù)警系統(tǒng)。Bonelli等[17]基于閃電定位數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)，采用時(shí)空閾值算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)雷暴路徑的識(shí)別、追蹤與外推。Betz等[18]基于閃電密度判別的雷暴追蹤算法，分析了LINET閃電定位數(shù)據(jù)。侯榮濤等[19]在對(duì)DBSCAN聚類算法改進(jìn)的基礎(chǔ)上通過對(duì)雷電簇識(shí)別、追蹤，從而構(gòu)建了江蘇地區(qū)的臨近預(yù)報(bào)模型。姚葉青等[20]通過疊加分析雷電集中區(qū)與風(fēng)暴的關(guān)聯(lián)，建立風(fēng)暴追蹤技術(shù)，并通過對(duì)雷電集中區(qū)進(jìn)行臨近外推實(shí)現(xiàn)雷電的臨近預(yù)報(bào)。本文基于浙江省閃電定位資料，通過更為高效的方法，統(tǒng)計(jì)浙江省主要的大范圍雷暴過程的路徑，并研究其時(shí)空分布特征。

1 資料與方法

1.1 資料來源

浙江省運(yùn)行的ADTD(Advanced TOA and Direction system)二維閃電定位系統(tǒng)工作在VLF/LF頻段，采用多站測(cè)向時(shí)差聯(lián)合定位技術(shù)，每條地閃信息包括時(shí)間、經(jīng)緯度、強(qiáng)度、陡度以及定位方式等，其中定位方式包括二站混合、二站振幅、三站混合、四站算法。定位網(wǎng)由11個(gè)觀測(cè)站組成，分別位于省內(nèi)11個(gè)地市。探測(cè)效率為80%—90%，平均探測(cè)范圍為300 km，測(cè)向誤差為0.5°。自2007年并入全國監(jiān)測(cè)網(wǎng)投入使用已連續(xù)運(yùn)行10多年。本文采用2007—2017年地閃資料。

文中所使用的地表高程數(shù)據(jù)為SRTM30，由美國國家航天航空局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)和美國國家圖像測(cè)繪局(National Imagery and Mapping Agency,NIMA)于2000年2月通過SRTM(Shuttle Tadar Topography Mission)計(jì)劃獲取，是在短期內(nèi)由航天飛機(jī)雷達(dá)測(cè)繪得到的無縫隙數(shù)據(jù)，水平分辨率為30 arcs，在浙江區(qū)域精度約900 m。

1.2 研究方法

本文中雷暴識(shí)別和追蹤算法引用自周康輝等[21]。雷暴的識(shí)別采用密度極大值快速搜索聚類算法，閃電密度值以每個(gè)閃電一定距離為半徑范圍的閃電數(shù)(該半徑的取值是動(dòng)態(tài)，依據(jù)每組數(shù)據(jù)地閃空間分布計(jì)算得出)，進(jìn)而結(jié)合中心尺度天氣系統(tǒng)的特征，通過密度大值中心的距離確定聚類中心。該算法只考慮點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離，識(shí)別地閃密度極大值中心點(diǎn)，不需要預(yù)指定聚類中心，更適用于非球面性狀的雷暴，詳細(xì)方法見Rodriguez和Laio[22]。雷暴的追蹤利用卡爾曼濾波算法，在雷暴線性移動(dòng)的假設(shè)條件下，在線性無偏最小方差估計(jì)準(zhǔn)則下對(duì)路徑做出最優(yōu)估計(jì)[23]。通過建立系統(tǒng)狀態(tài)方程及觀測(cè)方程，利用卡爾曼濾波遞推方法不斷預(yù)測(cè)目標(biāo)下一時(shí)刻的位置，從而確定雷暴的生成和走向。

本文中地閃資料以日地閃作為一個(gè)數(shù)據(jù)單元，綜合考慮較強(qiáng)雷暴的識(shí)別以及地閃資料的精度和質(zhì)量。首先篩選出日地閃數(shù)大于1000次的資料，共計(jì)463個(gè)日地閃數(shù)據(jù)樣本。崔雪東和王康挺[24]在對(duì)浙江省閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的地閃數(shù)據(jù)質(zhì)量分析中發(fā)現(xiàn)，二站定位監(jiān)測(cè)的地閃數(shù)據(jù)空間精度誤差較大，集中分布在各站點(diǎn)周邊，以各站點(diǎn)的連線呈放射狀分布，其中以二站振幅定位方式的數(shù)據(jù)尤為明顯；而三站和四站定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)受測(cè)站位置影響不大。因?yàn)槎径ㄎ恢饕捎么哦ㄏ蚍?Magnetic Direction Finding,MDF)，與多站定位相比在精度上存在較大的劣勢(shì)[25]，為降低對(duì)路徑追蹤造成干擾，預(yù)先剔除數(shù)據(jù)中由于二站定位造成的影響。

由于強(qiáng)對(duì)流過程在午夜發(fā)生極少，所以文中雷暴路徑的計(jì)算是對(duì)每日的地閃(00—24時(shí))資料以10 min為間隔識(shí)別雷電簇，并追蹤其路徑。為獲取具有明顯移動(dòng)特征的大范圍雷暴過程，路徑篩選過程遵循以下規(guī)定：

1)剔除雷電簇密度值較低的路徑，即每個(gè)雷電簇地閃數(shù)均小于50次；

2)剔除雷暴過程較短的路徑，即所追蹤的一次雷暴過程的移動(dòng)時(shí)長(zhǎng)低于1.5 h；

3)剔除局地雷暴的路徑，即雷暴的移動(dòng)沒有明顯的線性規(guī)律。

通過對(duì)預(yù)處理后的地閃數(shù)據(jù)的聚類及識(shí)別追蹤，并依據(jù)以上的路徑篩選規(guī)定，共計(jì)挑選出261條明顯的大范圍雷暴路徑。

2 結(jié)果分析

2.1 追蹤效果

周康輝等[21]基于國家雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)的地閃資料，利用該方法對(duì)一次典型的強(qiáng)對(duì)流過程進(jìn)行了詳細(xì)分析，表明該方法能夠很好地對(duì)閃電進(jìn)行聚類，并可有效追蹤雷暴的移動(dòng)路徑。本文則根據(jù)不同年份不同月份4個(gè)典型個(gè)例對(duì)該方法識(shí)別追蹤浙江省雷暴路徑的情況做驗(yàn)證分析。2010年6月28日有一次明顯的系統(tǒng)過程，雷暴起始于浙江和江西交界處，沿著衢州中部地區(qū)向東偏北方向發(fā)展，一直持續(xù)到金華北部地區(qū)(圖1a)。2010年9月2日則發(fā)生三次明顯的雷暴過程，分別位于湖州至杭州東部地區(qū)、杭州中部和杭金衢交界區(qū)域，方向都是北偏東方向(圖1b)。2012年4月10日為初春季節(jié)，地閃數(shù)相比夏季偏少，分布較為稀疏，但是系統(tǒng)過程持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，雷暴過程自西向東橫穿整個(gè)浙江中部地區(qū)(圖1c)。2017年7月10日則存在明顯的東偏北方向移動(dòng)的雷暴以及局地雷暴過程(圖1d)。以上4個(gè)個(gè)例中，閃電分布大體上呈現(xiàn)較明顯的線狀，且與識(shí)別追蹤的雷暴路徑具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。表明該方法對(duì)不同閃電數(shù)量的雷電簇均能按照其空間位置分布實(shí)現(xiàn)較好的聚類，追蹤的雷暴移動(dòng)路徑與呈較明顯線狀的分布地閃能夠有較好的重合。

2.2 時(shí)間分布

由圖2可知，2007—2017年雷暴路徑數(shù)和地閃頻次的變化趨勢(shì)類似，兩者之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.74，在地閃頻發(fā)的年份過程性強(qiáng)雷暴天氣也多發(fā)。路徑數(shù)和地閃頻次總體上都呈現(xiàn)為中間高兩頭低的特征，且高值年與低值年的路徑數(shù)和地閃頻次之間的差距都較大，最大相差近4—5倍。2010年、2011年和2017年路徑較多，超過30條，其中2011年最多，達(dá)到48條；2009年和2015年路徑數(shù)較少，不足10次。從圖2也可以發(fā)現(xiàn)，也存在個(gè)別年份雖然地閃頻次較高，但是路徑數(shù)較少的情況，比如2009年地閃數(shù)與2007年相當(dāng)，但路徑數(shù)僅為2007年的一半，說明這些年份較其他年份大范圍的雷暴過程相對(duì)較少，而局地雷暴較多。

圖1 2010年6月28日(a)，2010年9月2日(b)，2012年4月10日(c)和2017年7月10日(d)浙江省日地閃空間分布以及識(shí)別追蹤的路徑分布Fig.1 Spatial distributions of daily cloud-to-ground lightning and moving distribution of thunderstorm tracks on June 28 (a),September 2 (b),2010,April 10,2012 (c),and July 10,2017 (d) in Zhejiang province

圖2 2007—2017全省雷暴路徑數(shù)和地閃數(shù)逐年變化Fig.2 Interannual variation of the numbers of thunderstorm tracks for the whole province and cloud-to-ground lightning from 2007 to 2017

從圖3可以看出，地閃頻次具有明顯月分布特征，雷暴路徑的年變化也比較明顯，所追蹤的路徑主要分布在夏季，6月、7月、8月都超過50條，其中7月最多，達(dá)到62條；其他兩個(gè)月相當(dāng)，6月稍多一些，這與曾波等[26]利用衛(wèi)星云圖資料對(duì)我國東部地區(qū)中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCS)的研究結(jié)果相一致。7月冷暖空氣交匯頻繁，產(chǎn)生的中尺度對(duì)流系統(tǒng)較多，易形成雷暴云。而6月處在大氣的轉(zhuǎn)換季節(jié)，大范圍冷、暖空氣勢(shì)力相當(dāng)[27]。冬季氣溫低不易形成對(duì)流，閃電較少，只有在2月識(shí)別到少量幾條雷暴路徑。值得注意的是，春季雷暴路徑有50多條，而且主要發(fā)生的初春(3月和4月初)。

圖3 2007—2017全省月雷暴路徑數(shù)及平均時(shí)長(zhǎng)的月變化Fig.3 Monthly variation of the number for the whole province and the moving time length of thunderstorm tracks from 2007 to 2017

從雷暴路徑移動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的月平均分布來看，總體上表現(xiàn)為前半年高于后半年，在一年之中時(shí)長(zhǎng)呈下降的趨勢(shì)，其中在冬末初春季節(jié)移動(dòng)時(shí)間明顯高于其他月份。初春季節(jié)的這種雷暴路徑數(shù)量季節(jié)性次高和移動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的特征，從大尺度環(huán)流特征來看因?yàn)榇禾鞖鉁鼗嘏諝獬睗?，所以暖濕氣流活躍，同時(shí)太陽輻射強(qiáng)烈，近地面氣流上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，一旦遇到北方的強(qiáng)冷空氣南侵，引發(fā)強(qiáng)烈的垂直對(duì)流活動(dòng)，形成高大的積雨云，容易形成大過程的雷雨天氣；從雷暴生成的動(dòng)力來看，雖然春季和夏季雷暴過程發(fā)生前中高層都為西南風(fēng)，但春季高空風(fēng)速較夏季大，垂直風(fēng)切變較夏季強(qiáng)，導(dǎo)致了春季雷暴上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，動(dòng)力作用更加明顯，十分有利于長(zhǎng)生命史雷暴的發(fā)展和加強(qiáng)[28-29]。

2.3 路徑移動(dòng)特征

閃電識(shí)別追蹤的雷暴路徑具有明顯的線狀分布特征，通過對(duì)路徑的線性擬合可確定其移動(dòng)的方向。下面主要從16個(gè)方位來進(jìn)行分類，各方位代表雷暴路徑移動(dòng)的方向，分別為E(東)、ENE(東北偏東)、NE(東北)、NNE(東北偏北)、N(北)、NNW(西北偏北)、NW(西北)、WNW(西北偏西)、W(西)、WSW(西南偏西)、SW(西南)、SSW(西南偏南)、S(南)、SSE(東南偏南)、SE(東南)、ESE(東南偏南)。統(tǒng)計(jì)以各個(gè)方向?yàn)橹行淖笥腋?1.25°區(qū)域內(nèi)的路徑。

從路徑在16方位圖中的分布可以發(fā)現(xiàn)(圖4)，雷暴路徑移動(dòng)的方向主要為自西向東。具體為E方向最多，達(dá)到92條(其中正東偏北方向?yàn)?3條，占57.61%)，占總路徑數(shù)的35.25%；其次為ENE方向，有72條，占總路徑數(shù)的27.59%；ESE、NE、SE方向分別有33條、20條、14條，各自占總路徑數(shù)的12.64%、7.66%、5.36%；其余方向的路徑數(shù)都不足10次，其中SW、WNW、W方向沒有識(shí)別追蹤到路徑。從大方向上統(tǒng)計(jì)來看，自西往東移動(dòng)的路徑占總路徑數(shù)的88.51%(東南方向至東北方向之間的所有路徑)，其中偏北方向移動(dòng)的路徑占62.77%；自北向南和自南向北移動(dòng)的路徑各占5%左右；自東向西的路徑極少，占總路徑數(shù)的1.15%。

圖4 2007—2017浙江省雷暴路徑移動(dòng)方向分布Fig.4 Moving direction distribution of thunderstorm tracks from 2007 to 2017 in Zhejiang province

由圖5可知，3個(gè)方向的雷暴路徑數(shù)與總的雷暴路徑數(shù)月分布大體一致(圖3)，存在明顯的年變化。3個(gè)方向所追蹤的路徑主要發(fā)生在夏季，其次為春季，特別是初春3月、4月，冬季則基本沒有追蹤到雷暴路徑。

圖5 2007—2017全省E、ENE、ESE三個(gè)主要方向的雷暴路徑數(shù)及占比的月分布Fig.5 Monthly distribution of the number and the percentage of thunderstorm track which moving along E,ENE,and ESE from 2007 to 2017 for the whole province

從這3個(gè)方向上雷暴路徑數(shù)占總路徑數(shù)的比例來看，2月和3月追蹤的所有路徑都在這3個(gè)方向上，4月這3個(gè)方向路徑數(shù)占比近90%。依據(jù)Corfidi等[30]提出的向量法移動(dòng)概念模型，初春季節(jié)中大尺度環(huán)流較為穩(wěn)定，中高層受西風(fēng)帶的影響，低層以冷高壓引導(dǎo)的偏南急流為主，因此對(duì)流系統(tǒng)向偏東方向移動(dòng)趨勢(shì)明顯，而夏季低層環(huán)流受鋒面、臺(tái)風(fēng)、副熱帶高壓等影響[27,31]。其他月份雖然這3個(gè)方向也是主導(dǎo)的移動(dòng)方向，但其余方向上路徑數(shù)占比相對(duì)春季更高，其中8月這3個(gè)方向的路徑數(shù)占56.6%(占比最低)，一方面可能是因?yàn)槭⑾募竟?jié)期間底層急流增強(qiáng)導(dǎo)致雷暴移動(dòng)方向多變；另一面8月影響浙江的熱帶氣旋偏多，熱帶低壓倒槽引發(fā)的雷暴過程移動(dòng)的方向受熱帶氣旋的影響[31]。

此外，各方向上雷暴路徑數(shù)的月分布存在著差異，其中2—6月的雷暴移動(dòng)方向主要集中在E方向，其路徑數(shù)占總路徑數(shù)都在40%以上，這主要與我國中緯度西風(fēng)帶天氣系統(tǒng)背景相關(guān)。E方向上路徑數(shù)在春季和夏季都分別呈逐月減少的趨勢(shì)。在ENE方向上，7月和8月的雷暴移動(dòng)路徑最為集中，分別占總路徑數(shù)的36.5%和24.5%，這可能是受副熱帶高壓的影響。戴建華[31]對(duì)不同季節(jié)雷暴的活動(dòng)特征研究表明，盛夏期雷暴主要來源于副熱帶高壓邊緣型，副熱帶高壓強(qiáng)盛時(shí)，其主體位于浙江中南部，北側(cè)有弱西風(fēng)(橫)槽滯留或東移，地面加熱不均導(dǎo)致的邊界層幅合觸發(fā)對(duì)流云團(tuán)的爆發(fā)并沿副熱帶高壓邊緣移動(dòng)。而ESE方向的路徑數(shù)相比E和ENE方向偏少，在6—9月呈逐月增加的趨勢(shì)，但其變化趨勢(shì)較為平緩。

2.4 雷暴移動(dòng)速度

浙江省汛期冷暖空氣頻繁交匯，對(duì)流活動(dòng)多發(fā)，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)[27]。在汛期強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)中，了解雷暴的移動(dòng)速度可為對(duì)流活動(dòng)的預(yù)警時(shí)間提供參考意義。本節(jié)將著重分析汛期每條雷暴路徑移動(dòng)速度的特征，通過計(jì)算每次雷暴過程各聚類中心速度的平均值作為本條路徑的移動(dòng)速度，這期間路徑數(shù)為235條，占90%。各路徑的移動(dòng)速度區(qū)間主要在35—70 km·h-1(圖6灰色曲線)，此區(qū)間路徑數(shù)占總路徑數(shù)的80.4%，所有路徑的平度移動(dòng)速度為53.37 km·h-1，標(biāo)準(zhǔn)差為13.96 km·h-1，移動(dòng)速度低于35 km·h-1或高于70 km·h-1的雷暴約占總雷暴數(shù)的10%，總體而言雷暴的移動(dòng)速度較為集中。從各移動(dòng)方向雷暴路徑平均速度來看，E、ENE和WSW方向的平均移動(dòng)速度高于所有路徑的平均值(圖6黑色柱)，其中E和ENE兩個(gè)方向速度相當(dāng)，而WSW方向的移動(dòng)速度雖然最快，但此方向的路徑數(shù)僅有3條。移動(dòng)速度較慢的方向總體上是自北向南移動(dòng)，低于平均速度10 km/h左右。結(jié)合雷暴路徑數(shù)移動(dòng)方位的分布特征，路徑數(shù)最多的移動(dòng)方向上的雷暴其平均移動(dòng)速度相比也是最快的，此結(jié)果與王婷波等[32]和卓鴻等[33]關(guān)于雷暴移動(dòng)速度和移動(dòng)方向較為一致，中高層偏西風(fēng)及高空冷渦導(dǎo)致的雷暴主要以自西往東方向移動(dòng)，且在不同風(fēng)速和地形地貌的作用下影響雷暴移動(dòng)速度的快慢[33-35]。

圖6 2007—2017全省所有雷暴路徑的移動(dòng)速度和平均移動(dòng)速度以及各移動(dòng)方向的平均移動(dòng)速度Fig.6 Variations of moving speed of each thunderstorm,the average moving speed of all thunderstorms,and moving direction of the average speed thunderstorm from 2007 to 2017 for the whole province

2.5 雷暴路徑空間分布特征

為更好掌握雷暴路徑的空間分布，圖7展示了路徑數(shù)前4的移動(dòng)方向上逐條雷暴路徑的地理分布特征，其余方向由于路徑數(shù)較少且路徑分布較分散，故不作展示。E方向的雷暴路徑主要分布在3個(gè)區(qū)域通道內(nèi)，一是沿著衢州金華方向的區(qū)域；二是杭州中部—紹興中部—寧波一帶分布；三是沿湖洲嘉興地區(qū)入海至舟山群島分布；麗水、溫州、臺(tái)州區(qū)域內(nèi)雷暴路徑較少。前兩個(gè)通道的路徑移動(dòng)方向整體東偏北，嘉湖平原通道的路徑整體東偏南。ENE方向的雷暴路徑主要是沿著衢州、金華經(jīng)過紹興和寧波北部地區(qū)一直到舟山群島這一通道。ESE方向的雷暴路徑相對(duì)偏少，路徑主要分布區(qū)域?yàn)獒橹葜聋愃辈繀^(qū)域以及杭州中部至紹興和寧波南部區(qū)域。NE方向的雷暴存在的一個(gè)主要通道是沿著溫州、臺(tái)州、寧波方向移動(dòng)。綜合以上結(jié)果可以看出，E、ENE和ESE這3個(gè)方向上的雷暴路徑空間分布具有相似性，主要發(fā)生在衢州、金華一帶和湖州、嘉興一帶。從空間分布特征來看，E、ENE和ESE這3個(gè)方向?yàn)檎憬±妆┞窂降闹饕苿?dòng)方向。

從圖7可以明顯看出，所識(shí)別追蹤的雷暴的發(fā)展有些從省外持續(xù)發(fā)展到省內(nèi)，有些則從省內(nèi)發(fā)展在省內(nèi)陸域消亡或臨海海域消亡。統(tǒng)計(jì)得出，共有193條路徑由省內(nèi)陸域發(fā)展，占總路徑數(shù)的75.85%，其中55條結(jié)束于省內(nèi)陸域，其他大部分消亡于近海海域。另外68條由省外或者海域發(fā)展的路徑中，14條結(jié)束于省內(nèi)陸域，另外54條則結(jié)束于省外或近海海域。

因?yàn)榻^大部分雷暴過程呈線性自西向東移動(dòng)，通過計(jì)算3個(gè)主要移動(dòng)方向(E、ENE和ESE)雷暴路徑各雷電簇的緯度平均值可大致了解路徑的中心位置，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)各緯度區(qū)間內(nèi)的雷暴路徑數(shù)(表1)，揭示其經(jīng)向分布特征。大部分雷暴路徑位于28.5°—30.0°N之間，占3個(gè)方向總雷暴路徑數(shù)的72.31%，其區(qū)域?yàn)檎憬胁康貐^(qū)，包括杭州、寧波、紹興、金華、衢州、臺(tái)州。其中29.0°—29.5°N經(jīng)向空間內(nèi)路徑最為密集，占總路徑數(shù)的28.72%，其區(qū)域?yàn)榻疳榕璧厮诘貐^(qū)。另外在偏東移動(dòng)方向，30.5°—31.0°N經(jīng)向區(qū)間內(nèi)相對(duì)而言路徑較為密集，對(duì)應(yīng)為嘉湖平原地區(qū)。

圖7 2007—2017 年浙江省四個(gè)方向上E(a)，ENE(b)，ESE(c)和NE(d)雷暴路徑移動(dòng)空間分布及地形分布Fig.7 Spatial and topographical distributions of thunderstorm tracks along the direction of E (a),ENE (b),ESE (c),and NE (d) from 2007 to 2017 in Zhejiang province

表1 2007—2017年E、ENE和ESE移動(dòng)方向上不同緯度區(qū)間的雷暴路徑數(shù)Table 1 The number of thunderstorm tracks along with E,ENE,and ESE in different latitudes from 2007 to 2017

2.6 地形與雷暴路徑的關(guān)系

根據(jù)放電機(jī)理，雷電活動(dòng)和分布特征受地形地貌的影響[36-37]，結(jié)合浙江省地形特征和路徑空間分布(圖7)，發(fā)現(xiàn)雷暴主要發(fā)生在平原及丘陵地區(qū)，其最主要的移動(dòng)通道是沿著仙霞嶺山脈與白際山脈南段和千里崗山脈之間的金衢走廊式盆地至紹興、寧波地區(qū)，該區(qū)域也是浙江省地閃的高密度區(qū)。另一個(gè)明顯的通道則為天目山山脈以北的嘉湖平原地區(qū)。麗水和溫州部分山區(qū)識(shí)別追蹤的雷暴路徑較少，此區(qū)域雖然常年有雷電發(fā)生但強(qiáng)雷暴較少。

因?yàn)樽R(shí)別追蹤的雷暴路徑是由每10 min的聚類點(diǎn)組成，通過路徑的每個(gè)聚類點(diǎn)與高程數(shù)據(jù)網(wǎng)格經(jīng)緯度相比較，獲取最近點(diǎn)的高度信息，統(tǒng)計(jì)所有路徑每個(gè)雷電簇的海拔高度，宏觀分析浙江省雷暴路徑的地形分布特征。按照高度區(qū)間(每隔50 m)分析雷暴路徑的分布與地形的關(guān)系(圖8)。對(duì)于平原地帶(海拔高度小于50 m)，雷暴路徑的聚類點(diǎn)發(fā)生在此區(qū)域占總聚類點(diǎn)的20.39%，而此區(qū)域面積占全省陸域的34.32%；對(duì)于丘陵地帶(海拔高度在50—600 m之間)，發(fā)生在此區(qū)域內(nèi)雷暴路徑占總路徑的比例要高于此丘陵區(qū)域面積總和占全省面域的比例，總體上，丘陵地帶的雷暴路徑數(shù)占比比丘陵區(qū)域面積占比高出16.4個(gè)百分點(diǎn)；而山地(海拔高度大于600 m)雷暴路徑數(shù)占比相比于此區(qū)域面積的占比越來越低。

地形高度以50 m間隔，統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)間的路徑數(shù)圖8 2007—2017全省雷暴路徑與地形的關(guān)系Fig.8 Relationship between the terrain height and thunderstorm tracks from 2007 to 2017 in Zhejiang province

3 結(jié)論與討論

(1)本文采用的方法能夠較好地聚類不同閃電數(shù)量的雷電簇，并有效地追蹤浙江省各類呈線狀分布特征的雷暴路徑。雷暴路徑數(shù)存在明顯的年際變化和年變化特征，從年際變化上看，主要集中在2010—2014年，且與年地閃頻次數(shù)存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；從年變化上看，7月路徑最多，其次為6月和8月，另外初春3月過程雷暴較多。從路徑移動(dòng)時(shí)長(zhǎng)上來看，春季大過程雷暴較多，移動(dòng)時(shí)間高于其他季節(jié)。

(2)絕大部分雷暴路徑移動(dòng)方向?yàn)樽晕飨驏|，其中偏北方向多于偏南方向，這與我國中緯度西風(fēng)帶天氣系統(tǒng)的移動(dòng)路徑基本一致。雷暴移動(dòng)的路徑大部分集中在E、ENE、ESE這3個(gè)主導(dǎo)方向上，但各移動(dòng)方向的雷暴路徑數(shù)的月分布存在明顯的差異。

(3)浙江省汛期雷暴移動(dòng)速度主要集中在35—70 km·h-1，其平均移動(dòng)速度為53.37 km·h-1。E、ENE和WSW方向的平均移動(dòng)速度高于平均值，而北向南移動(dòng)的雷暴其移動(dòng)速度低于平均速度10 km·h-1。路徑數(shù)最多的移動(dòng)方向上的雷暴其平均移動(dòng)速度相比也是最快的。

(4)在空間分布上，雷暴路徑主要集中在兩個(gè)通道區(qū)域，分別是沿金衢盆地、紹興和寧波方向的空間區(qū)域以及天目山脈以北的嘉湖平原地區(qū)。從地形特征來看，路徑主要發(fā)生在丘陵地帶，平原及山地相對(duì)偏少，且地勢(shì)越高路徑相對(duì)越少。

本文依據(jù)地閃資料研究探討了2007—2017年浙江省雷暴活動(dòng)及其移動(dòng)特征，而對(duì)流天氣往往伴隨著閃電活動(dòng)，在此研究基礎(chǔ)上，今后的工作需結(jié)合氣象背景場(chǎng)特征對(duì)雷暴過程進(jìn)行深入分析，進(jìn)而為閃電數(shù)據(jù)更好的融入對(duì)流天氣的預(yù)警預(yù)報(bào)中提供理論依據(jù)。