雷電活動過程中雷達回波特征分析

摘要 主要利用2018—2019年6—7月南昌雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)和多普勒天氣雷達回波資料，通過對比和定量分析總雷電頻次為17 986次雷電定位點同時間回波特征參數(shù)（CR、VIL、ET）。分析結果表明：（1）70.0%～95.0%的雷電活動發(fā)生在CR≥35.0 dBz，VIL≥3 kg/m2以上，ET在5.0～14.0 km的回波區(qū)。若VIL和ET最大值都不能達到15 kg/m2和14 km，雷電頻次偏低；若其中1個達到，頻次較高；若2個都能達到，頻次更高，且與VIL和ET的最大值呈正相關。（2）大部分雷電活動，雷電頻次與ET最大值或CR所占比例（≥35.0 dBz）呈現(xiàn)正相關，但不同的月份有所變化；若ET最大值接近，雷電頻次與CR和VIL的最大值呈現(xiàn)正相關。

關鍵詞 雷達回波；雷電活動；相關性

中圖分類號：P458.3 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）06–0122-03

我國針對雷電監(jiān)測和預警的研究越來越多。郭潤霞等[1]分析了北京地區(qū)3次不同類型強對流天氣過程的閃電活動特征，指出當塊狀回波剛進入北京時，閃電活動與雷達回波基本對應且閃電密度很大，之后閃電頻數(shù)減少且分布分散。程向陽等[2]指出了負地閃集中發(fā)生在雷暴的成熟期，正地閃在成熟和消散期出現(xiàn)較多。78.2%的地閃集中發(fā)生在40～

55 dBz的強雷達回波區(qū)，在雷暴成熟期，負地閃集中區(qū)域與強回波中心區(qū)域較為吻合。魏雪等[3]得出了適合于江蘇地區(qū)

夏季（6—8月）雷暴預警因子：40 dBz回波強度發(fā)展至7 km高度及以上，VIL值達到25 kg/m2，回波頂高在雷電發(fā)生時均在9 km以上。黃蘭蘭[4]對地閃和雷達回波特征及相互關系進行了分析，得出閃電密集區(qū)消失早于雷達回波區(qū)消散。正地閃出現(xiàn)，預示對流云團發(fā)展；正地閃消失，預示對流云團進入消亡階段。何文

等[5]對江西出現(xiàn)的22次強雷電天氣進行了統(tǒng)計和對比分析。結果表明：雷達回波和雷電強度關系密切；雷電強度和雷達回波強度有很好的對應關系。羅樹如等[6]分析了雷達探測資料和同時期的雷電參數(shù)結果發(fā)現(xiàn)：雷電密集區(qū)的移動反映出強對流單體的移動趨勢；雷電頻數(shù)變化預示著強對流的不同發(fā)展階段。為此，在上述研究的基礎之上，增加了研究的樣本量，將南昌地區(qū)2018—2019年6—7月發(fā)生的22次強對流天氣過程，且雷電頻次不少于5次作為研究樣本，并定量分析了雷達回波特征對雷電活動的影響。

1 資料來源和分析方法

雷達資料為新一代多普勒天氣雷達數(shù)據(jù)，雷達體掃時間為5～6 min，掃描方式為VCP21，有效探測范圍為230 km。

雷電監(jiān)測資料來源江西升級改造后的三維雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)探測的地閃資料，雷電監(jiān)測網(wǎng)是由上饒、九江、南昌等地共12部閃電定位儀單站組成的，系統(tǒng)探測范圍覆蓋全省。

選取發(fā)生雷電頻次高于5次的雷電活動作為研究樣本，借助質(zhì)量控制后的地閃數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計分析得出2018年6和7月雷電頻次合計分別為7 357、1 456次；2019年6和7月雷電頻次合計分別為3 870、2 252次。

為了研究雷達回波特征對雷電活動的影響，選擇南昌地區(qū)分辨率為1 km×1 km的雷達圖像，將總雷電頻次為17 986次的雷電定位點同時間的雷達回波特征參數(shù)CR、VIL及ET數(shù)據(jù)一一提取出來（數(shù)據(jù)格式為：時間、經(jīng)度、緯度、CR、VIL、ET、雷電流強度值）。根據(jù)提取出的雷達回波特征值，定量分析雷達回波特征對雷電活動的影響。

2 雷電活動過程中雷達回波特征分析

利用雷電數(shù)據(jù)和與雷電定位點同時間雷達回波特征值，通過數(shù)理統(tǒng)計和處理得出2018年6月雷電定位點不同CR、VIL和ET值所占比例。從表1可以看出，雷電定位點CR≥35.0 dBz所占比例為72.7%～93.0%，VIL≥3.0 kg/m2所占比例為65.0%～82.8%，ET（5.0～14.0 km）所占比例為72.3%～100.0%。

由表1可知，雷電頻次和持續(xù)時長與ET最大值相關性較強，呈現(xiàn)正相關，其次為CR≥35.0 dBz所占比例和VIL最大值有關。6月9日雷電活動集中發(fā)生在5.0～14.0 km回波區(qū)，ET和VIL的最大值低，導致雷電頻次低和持續(xù)時間短。6月30日是1次雷電頻次最高、持續(xù)時間跨度最長的雷電活動，除了ET（5.0～14.0 km）

所占比例值較低，ET≥14.0 km所占比例、ET和 VIL的最大值很高，說明此次雷電活動云頂高度高，尤其VIL最大值達73.7 kg/m2。另外，發(fā)現(xiàn)CR和VIL的最大值之間也存在正相關性。若ET最大值相差不大，雷電頻次與CR和VIL的最大值也呈現(xiàn)正相關。

表2為2018年7月雷電定位點同時間不同CR、VIL和ET值所占比例?？梢钥闯?，雷電定位點CR≥35.0 dBz所占比例為81.8%～88.3%，VIL≥3.0 kg/m2所占比例為68.0%～83.2%，ET（5.0～14.0 km）所占比例為46.6%～100.0%。

由表2可知，雷電頻次和持續(xù)時長與ET最大值相關性較強，呈正相關，其次為VIL最大值和CR≥35.0 dBz所占比例。對于7月6日雷電活動，雷電頻次低于7月22日，持續(xù)時長也要高于22日，ET最大值要高于22日。通過對比分析，發(fā)現(xiàn)22日的雷電活動CR≥35.0 dBz所占比例和VIL最大值較高，但ET最大值低，因此ET最大值與CR≥35.0 dBz所占比例及VIL最大值會綜合影響雷電頻次和持續(xù)時長。若ET最大值相差不大，雷電頻次與CR和VIL的最大值呈現(xiàn)正相關。

表3為2019年6月雷電定位點不同CR、VIL和ET值所占比例。從表3可以看出，雷電定位點CR≥35 dBz所占比例為54.6%～82.9%，VIL≥3 kg/m2所占比例為37.9%～76.6%，ET（5.0～14.0 km）所占比例為66.0%～88.2%。

從表3可以看出，雷電頻次與ET和VIL的最大值相關性很強，呈現(xiàn)出正相關，其次與CR≥35.0 dBz所占比例呈現(xiàn)正相關。雷電頻次會受ET最大值和CR≥35.0 dBz所占比例2個因子的綜合影響較大。若ET最大值相差不大，雷電頻次與CR和VIL的最大值呈現(xiàn)正相關。

對于6月19日雷電活動，VIL和ET的最大值較高，CR≥35.0 dBz所占比例較低，但雷電頻次較高。此次雷電活動反映了ET最大值和CR≥35.0 dBz所占比例這2個因素外，VIL最大值也與雷電頻次有很強的相關性，可以作為雷電發(fā)生的一個預警因子。從VIL定義上分析，VIL本身也是作為判斷天氣對流強度的一個重要依據(jù)。

表4為2019年7月雷電定位點不同CR、VIL和ET值所占比例。從表4可以看出，雷電定位點CR≥35.0 dBz所占比例為71.2%～97.2%，VIL≥3.0 kg/m2所占比例為67.1%～91.1%，ET（5.0～10.0 km）所占比例為35.2%～100.0%。

從表4可以看出，雷電頻次與ET最大值相關性很強，呈現(xiàn)正相關。若ET最大值相差不大，雷電頻次與CR和VIL的最大值也呈現(xiàn)正相關。

3 結論

（1）通過對2018—2019年6—7月總雷電頻次為17 986次雷電定位點同時間的CR、VIL、ET數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計和對比分析，發(fā)現(xiàn)70.0%～95.0%的雷電活動發(fā)生在回波CR≥35.0 dBz，VIL≥3 kg/m2

以上，ET在5.0～14.0 km的回波區(qū)。若VIL和ET最大值均不能達到15 kg/m2和14 km，雷電頻次偏低；若其中一個達到，頻次較高；若2個都能達到，頻次更高，且與VIL和ET的最大值呈正相關。

（2）大部分雷電活動雷電頻次和持續(xù)時長與ET最大值的相關性很強，呈現(xiàn)出正相關，其次為CR和VIL的最大值以及CR所占比例（≥35.0 dBz）。有少部分雷電活動雷電頻次與CR所占比例（≥35.0 dBz）相關性很強，呈現(xiàn)出正相關，其次為ET和VIL的最大值。

參考文獻

[1] 郭潤霞，張文龍，王迎春.三次不同類型強對流天氣過程的閃電特征對比分析[J].自然災害學報，2020，29（2）：173-184.

[2] 程向陽，朱浩，周昆，等.安徽地區(qū)一次致災雷暴過程的閃電特征分析[J].暴雨災害，2018，37（3）：265-273.

[3] 魏雪，黃興友，孫偉，等.基于雷達資料的雷電特征分析及預警[J].氣象與環(huán)境科學，2011，34（3）：31-36.

[4] 黃蘭蘭.強雷電天氣過程閃電定位資料分析及預警服務[J].氣象與環(huán)境科學， 2014，37（3）：88-93.

[5] 何文，夏文梅，馬中元，等.江西強雷電天氣形勢場及雷達回波特征分析[J].氣象科學，2018，38（5）：699-706.

[6] 羅樹如，支樹林，俞炳.強對流天氣雷電參數(shù)和雷達回波特征個例分析[J].氣象科技，2005（3）：222-226，290.

責任編輯：黃艷飛

Research and Influence on Lightning Activity at Radar Echo Characteristics

Huang Lin （Shangrao Meteorological Service， Shangrao， Jiangxi 334000）

Abstract The article was based on Nanchang lightning location system data and the S-band Doppler weather radar data starting from June to July 2018 and 2019.Through comparative and quantitative analysis to show the impact on lightning activity with the radar echo characteristic parameters （CR， VIL， ET） of the total lightning frequency was 17 986 lightning anchor points at the same time. The results of the analysis showed that： （1）70.0%～95.0% of lightning occurred in the radar echo CR≥35.0 dBz， VIL≥3 kg/m2 and ET in the radar echo area of 5.0～14.0 km. If the maximum value of VIL and ET cannot reach 15 kg/m2 and 14km， the lightning frequency was low. If one of them reaches frequency was high ; If both can reach frequency was higher， and lightning frequency was positively correlated with the maximum value of VIL and ET. （2）For most lightning activities， lightning frequency was positively correlated with ET maximum or the ratio of CR （≥35.0 dBz）， but changed with different months.

Key words Radar echo; Lightning activity; Correlation

作者簡介 黃琳（1973—），女，江西余干人，工程師，主要從事防雷技術服務工作。

收稿日期 2023-03-18