江西致災(zāi)強雷電的特征分析

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.江西省氣象科學研究所，南昌 330046)

0 引言

雷電是“聯(lián)合國國際減災(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，尤其是強雷電，其強大的電流、炙熱的高溫、猛烈的沖擊波以及強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，危害人民的生命財產(chǎn)安全。

江西地處亞熱帶季風氣候區(qū)，境內(nèi)雷電活動頻繁。據(jù)不完全統(tǒng)計，2013年江西省遭雷擊死亡達28人；2014年32人；2015年26人，占氣象災(zāi)害死亡人數(shù)的70%以上，每年直接經(jīng)濟損失在10億元以上。隨著天氣預(yù)報業(yè)務(wù)的發(fā)展，對雷電天氣的監(jiān)測手段越來越多，預(yù)警預(yù)報信息也受到越來越多人的關(guān)注，但目前強雷電的預(yù)警預(yù)報信息對公眾的服務(wù)效果達不到精細和規(guī)范化的要求。強雷電的定義不明確，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次強雷電過程，以閃電信息強度、陡度、密度及分布為依據(jù)，結(jié)合雷擊受災(zāi)報告、雷達回波等資料，研究致災(zāi)強雷電的標準與特征。

強雷電與回波強度、閃電密度、閃電強度有關(guān)，王鑫森[1]等根據(jù)景德鎮(zhèn)歷年雷擊情況，提出10 min閃電強度最強達±20 kA以上，且閃電密度達10 個/10 km2或以上為致災(zāi)強雷電的標準；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)，當副高東退，短波槽攜帶弱冷空氣東移，中層為負變溫，CAPE、K指數(shù)、SI等不穩(wěn)定度指數(shù)均達到強對流天氣的閾值時最易發(fā)生強雷電天氣；馬中元[5]等指出強雷電天氣在雷達回波上具有強對流天氣的特征，如窄而長的颮線、雷暴回波短帶、弓狀回波、風暴超級單體、指狀回波等強對流天氣雷達回波結(jié)構(gòu)特征，都極易產(chǎn)生強雷電天氣，甚至出現(xiàn)致災(zāi)強雷電天氣。在雷達觀測分析中，必須重視和嚴密監(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)與雷達回波頂高的關(guān)系、雷達回波的結(jié)構(gòu)、正地閃與強回波的移動方向，并指出閃電密集區(qū)消失早于強雷達回波區(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)，即在雷電最強時段能夠達到或超過50個/6 min(正負閃總數(shù))為1次強雷電過程，共選取了江西省2014—2016年20個強雷電過程，使用江西WebGIS雷達拼圖及其疊加的10 min閃電信息、江西地面氣象觀測資料，采用數(shù)理統(tǒng)計方法、形態(tài)識別法進行對比分析。

2 江西強雷電過程的閃電信息特征

自從閃電定位儀在全國布點，其正負閃數(shù)據(jù)成為直接觀測到雷電的記錄。從江西省2014—2016年20次強雷電過程10 min最強閃擊時段閃電定位資料信息可以得出，在短短10 min之內(nèi)，每個強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/10 km2或以上，達到致災(zāi)強雷電的定義標準[1]，同時，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)強雷電覆蓋多個縣區(qū)，覆蓋面積達100 km2或以上，此類強雷電稱之為大范圍致災(zāi)強雷電。根據(jù)江西各地的雷擊報告，大范圍致災(zāi)強雷電均會有明顯的雷擊損傷，應(yīng)重點防范。

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

3 江西致災(zāi)強雷電的雷達回波特征

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

表1 江西2014—2016年致災(zāi)強雷電發(fā)生時的雷達回波強度、形態(tài)統(tǒng)計

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

4 強雷電過程個例分析

圖1為2014-07-18江西省大范圍致災(zāi)強雷電過程的雷達回波演變，15：40贛南有許多強對流單體，總體呈西北—東南走向，回波中心強度達45～55 dBz。1 h后，16：40多個強對流單體進行合并，結(jié)構(gòu)密實，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，長度達500 km左右，且颮線以西的湖南中部還有多個強對流單體構(gòu)成的強回波團。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60～65 dBz強中心，所經(jīng)之處，不僅帶來了密集的強雷電，還造成多地雷暴大風，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，湖南中部的強回波團并入颮線，強度總體增強，構(gòu)成颮線的多個強單體連成一線，強度都達到了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17 m/s(東南風)。18：40颮線繼續(xù)向北移動，中部向上供起，形成較為典型的“弓”形結(jié)構(gòu)，“弓”形頭部回波強度達60～65 dBz，出現(xiàn)大風的范圍擴大，有3個國家站出現(xiàn)8級以上大風，其中18：24廣昌出現(xiàn)極大瞬間風速19 m/s(南東南風)、18：27萍鄉(xiāng)出現(xiàn)極大瞬間風速18 m/s(西南風)、18：31宜春出現(xiàn)極大瞬間風速20 m/s(東東南風)。19：40颮線繼續(xù)向北移動，形態(tài)完整，中心強度變化不大，強雷電的范圍與強度仍很大。20：40颮線中段、西段強度減弱，出現(xiàn)斷裂，但強雷電的范圍與強度變化不大。21：40颮線形態(tài)已消失，但位于原颮線東段的回波強度仍達55～65 dBz，在其范圍以內(nèi)仍有大范圍的強雷電出現(xiàn)。22：40整體回波繼續(xù)減弱，強回波范圍也明顯縮小，只有在一些范圍較小的55～65 dBz強回波中心才有密集閃電區(qū)，雖然也達到了是致災(zāi)強雷電的標準，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)強雷電過程的雷達回波演變

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應(yīng)，其45 dBz強回波周圍伴有明顯的閃電。15：40颮線還未形成，在贛南西部有多個對流單體，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回波之間閃電開始增多，但仍有斷裂，此時颮線已經(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，在多個強對流單體合并形成颮線后，致災(zāi)強雷電的范圍明顯擴大，影響時間明顯延長，并伴有劇烈的雷暴大風天氣，易造成雷擊、強風災(zāi)害，從颮線演變過程看，致災(zāi)強雷電早于颮線產(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強回波中心仍會伴有密集強雷電。

5 結(jié)束語

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

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

2)江西強雷電由帶狀強回波和局地團(絮)狀強回波造成，回波強度達45～65 dBz，當局地回波單體或短帶回波發(fā)展成颮線時，往往會造成大范圍的致災(zāi)強電過程；

3)在多個強對流單體合并形成颮線后，致災(zāi)強雷電的范圍明顯擴大，影響時間明顯延長，并伴有劇烈的雷暴大風天氣，易造成雷擊、強風災(zāi)害，從颮線演變過程看，致災(zāi)強雷電早于颮線產(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強回波中心仍會伴有密集閃電區(qū)。