商洛地區(qū)閃電活動特征及其對冰雹強對流預(yù)警的指示作用研究

宋文超 朱杰 王衛(wèi)民 周寧 袁媛

摘要 基于星地多源閃電觀測數(shù)據(jù)，挖掘了以“閃電躍增”為商洛地區(qū)冰雹短臨預(yù)警輔助指標(biāo)的價值，對于商洛地區(qū)冰雹等強對流過程的初生判斷與預(yù)警，對于人工防雹作業(yè)的有效開展具有一定的理論意義和業(yè)務(wù)應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 閃電特征;冰雹;強對流預(yù)警

中圖分類號：P427.3 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）06–0122–02

1 資料與方法

1.1 資料

LMI的探測原理充分利用瞬間爆發(fā)的閃電發(fā)光事件和緩變的海洋、陸地、云層、綠色植被等背景噪聲之間，在光譜、空間和時間等維度上的特性差異，分別采取有針對性的濾除方法，實現(xiàn)噪聲的削減及增強，識別有效閃電信號[1]。

研究所使用的地面閃電觀測數(shù)據(jù)來自國家雷電監(jiān)測網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)基于對電磁脈沖形的分析來識別閃電信號，300多個探測站均采用中科院ADTD閃電探測系統(tǒng)，保證了數(shù)據(jù)的一致性。數(shù)據(jù)以閃擊（stroke）為基本記錄單位，包含閃電發(fā)生的日期、時間、經(jīng)緯度位置、極性、強度等信息[2]。國家雷電監(jiān)測網(wǎng)目前主要用來監(jiān)測和分析我國境內(nèi)發(fā)生的地閃，包括正地閃和負地閃，可以獲得網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的陸地上較為精確的閃電觀測信息，但觀測站點位置布設(shè)不均、信號衰減、信號長距離傳輸干擾等因素，在一定程度上影響著其探測效能。

1.2 方法

針對陜西省商洛市及周邊地區(qū)開展研究，選取的空間地理范圍為108.0～112.0? E、32.0～35.0? N。選取的時間研究區(qū)間為2018年5月至2020年7月。分析上述時空區(qū)間內(nèi)星地兩種探測手段觀測到的閃電活動特征，避免了單一來源數(shù)據(jù)的不確定性、不完整性，同時結(jié)合探索星地閃電觀測技術(shù)的優(yōu)勢和特點，為多源數(shù)據(jù)協(xié)同觀測與分析提供支撐。

在上述工作的基礎(chǔ)上，采用閾值檢驗閃電躍增算法[3]，針對商洛區(qū)域的特點，構(gòu)建有針對性的閃電頻數(shù)躍變模型，充分挖掘閃電活動對該地區(qū)冰雹等深對流過程預(yù)測預(yù)警的指示能力，有助于拓寬閃電資料的應(yīng)用領(lǐng)域，提升區(qū)域冰雹精細化預(yù)報水平。

2 商洛地區(qū)閃電時空分布特征

在空間上，基于我國首次獲取的高軌道平臺星載閃電觀測數(shù)據(jù)——FY4A衛(wèi)星上的閃電成像儀LMI觀測數(shù)據(jù)（L2級，Group數(shù)據(jù)），取空間經(jīng)緯度分辨率均為0.1?，分析上述區(qū)域和時段內(nèi)的閃電密度分布情況，所得結(jié)果如圖1。從圖1中可以看到，商洛及其周邊區(qū)域，2018—2020年衛(wèi)星觀測到的閃電活動分布并不均衡。其中，商州、嵐皋、平利等區(qū)縣都是閃電密度高值區(qū)，衛(wèi)星觀測到的年平均閃電密度明顯高于其他區(qū)域，與這些區(qū)域的地形地貌特征及氣候特點有關(guān)聯(lián)[4]。

在時間上，將FY4A LMI觀測到的閃電數(shù)據(jù)與同時期地基閃電站網(wǎng)探測數(shù)據(jù)綜合分析。從中可以看到，商洛及其周邊地區(qū)每日不同時刻閃電活躍程度并不一致，呈現(xiàn)比較明顯的單峰值特征，且受觀測原理和觀測角度的影響，衛(wèi)星與地基觀測到的閃電活動又有一定的差異。白天（世界時00：00～10：00），地基設(shè)備觀測到的閃電頻數(shù)比衛(wèi)星觀測到的閃電頻數(shù)多;而夜間，這一規(guī)律正好相反。尤其深夜（世界時16：00～18：00），星地兩種閃電頻數(shù)有所波動，均出現(xiàn)了小幅增長，這與當(dāng)?shù)匾褂贻^多的氣候特征相吻合，且與秦巴山區(qū)夜間多山谷風(fēng)效應(yīng)緊密聯(lián)系[5]。

3 商洛地區(qū)閃電躍變對冰雹強對流的指示作用研究

用前文構(gòu)建的區(qū)域性閾值檢驗閃電躍增判識模型，針對2020年4月9日商洛地區(qū)洛南、商州、商南縣一帶的一次典型的冰雹天氣過程開展研究，挖掘閃電躍增在區(qū)域冰雹過程預(yù)警中的應(yīng)用價值。

根據(jù)洛南、商州、商南國家基本氣象站地面冰雹觀測記錄，2020年4月9日有一次突發(fā)的降雹過程，且在雹暴系統(tǒng)移動過程中多次降雹。在北京時間16：00、17：00、19：00（分別對應(yīng)世界時08：00、09：00、11：00），共觀測到三地3次降雹，冰雹直徑為1 cm。

根據(jù)閾值檢驗閃電躍增判識模型，計算降雹前后的總閃電數(shù)量隨時間的變化情況，得到結(jié)果見圖2。可以看出，總閃電頻數(shù)在洛南08：00、商州09：00（世界時）2次降雹之前都出現(xiàn)了明顯的突增特征，對于冰雹過程的初生判識具有較好的指示作用，而在商南11：00（世界時）降雹過程前，未發(fā)生明顯的閃電躍增現(xiàn)象。說明總閃頻數(shù)的變化、閃電活動在短時間內(nèi)明顯增強，對于冰雹的預(yù)警具有一定的輔助判識作用，對于優(yōu)化冰雹過程的預(yù)警時間有一定的幫助。

4 結(jié)論與討論

將國家雷電監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)與地基閃電觀測數(shù)據(jù)相結(jié)合，系統(tǒng)分析了陜西商洛一帶2018—2020年間的閃電時空分布規(guī)律，并與當(dāng)?shù)氐匦蔚孛病夂蛱攸c關(guān)聯(lián)分析，加深了對該區(qū)域閃電活動的認識?；诖?，構(gòu)建了基于閃電躍變判識技術(shù)的區(qū)域冰雹強對流判識模型，基于一次典型冰雹強對流過程，通過計算其伴隨的閃電頻數(shù)隨時間變化率，挖掘了以“閃電躍增”為商洛地區(qū)冰雹短臨預(yù)警有效輔助指標(biāo)的價值，在理論研究和業(yè)務(wù)應(yīng)用兩個層面，均有利于對商洛地區(qū)冰雹等強對流過程進行初生判斷與預(yù)警，優(yōu)化預(yù)警時間，同時有助于人工防雹作業(yè)的有效開展。

參考文獻：

[1] 張丹，邢海虹.1950—2000年陜南冰雹災(zāi)害的時空分布規(guī)律[J].陜西氣象， 2014（2）： 20-23.

[2] 劉嘉慧敏，鄭然，梁綿，等.2018年陜西商洛一次罕見強雹暴環(huán)境條件及雷達特征分析[J]. 陜西氣象， 2020（2）： 1-11.

[3] 李麗麗，鄒書平，曾勇，等.連續(xù)兩次冰雹天氣過程的多源資料分析[J].中低緯山地氣象， 2020， 44（3）： 27-32，44.

[4] 周康輝，鄭永光，藍渝.基于閃電數(shù)據(jù)的雷暴識別、追蹤與外推方法[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報， 2016， 27（2）： 173-181.

[5] 井宇，黃少妮，陳闖.商洛一次局地暴雨診斷分析[J]. 陜西氣象， 2016（2）： 1-4.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Study on the Characteristics of Lightning Activity in Shangluo Area and Its Indicative Effect on Hail Severe Convective Warning

SONG Wen-chao et al （Shangluo Meteorological Bureau， Shangluo， Shaanxi 726000）

Abstract Based on multi-source lightning observation data from the star and ground， this paper explores the value of "lightning jump" as a short-term and impending early warning indicator for hail in Shangluo area， for the initial judgment and early warning of severe convective processes such as hail in Shangluo area， and for artificial hail prevention operations The effective development of the company has certain theoretical significance and business application value.

Key words Lightning characteristics; Hail; Severe convective warning