廣東2022年一次強(qiáng)降水的FY-4A觀測(cè)及閃電特征

蔡占文，王彤, ，朱傳林，雷彥森，茍阿寧

(1.廣東省氣候中心，廣東 廣州 510641；2.成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610225；3.湖北省防雷中心，湖北 武漢 430074；4.武漢中心氣象臺(tái)，湖北 武漢 430074)

1 引 言

廣東省位于中國(guó)南部沿海地區(qū)，頻繁受西風(fēng)帶和熱帶系統(tǒng)影響，暴雨頻發(fā)。同時(shí)，地形地貌復(fù)雜多變，中北部地區(qū)以山地和丘陵為主，約占廣東省總面積的60%，山地多呈東西走向，地勢(shì)北高南低，北部、東北部和西部都有較高山脈，中部和南部沿海地區(qū)多為低丘、臺(tái)地或平原。王堅(jiān)紅等[1]研究發(fā)現(xiàn)廣東省年平均暴雨日數(shù)可達(dá)170 d以上，暴雨降水量占總降水量的34.6%，每年因暴雨引發(fā)的城市內(nèi)澇、山體滑坡及中小河流洪水等造成了難以估量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

研究發(fā)現(xiàn)，閃電對(duì)暴雨和強(qiáng)對(duì)流監(jiān)測(cè)預(yù)警有很好的指示作用[2-8]。目前閃電觀測(cè)可分為地基閃電觀測(cè)和星載閃電觀測(cè)。地基閃電觀測(cè)主要以定位地閃為主，能夠探測(cè)閃電位置、極性和強(qiáng)度等信息，具有時(shí)間序列長(zhǎng)、時(shí)空分辨率高、定位誤差小及探測(cè)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但需要組網(wǎng)觀測(cè)[9]，且無(wú)法對(duì)海洋等偏遠(yuǎn)地區(qū)形成有效的全覆蓋。衛(wèi)星具有覆蓋范圍廣、不受地域限制等優(yōu)勢(shì)，可以觀測(cè)不同尺度天氣系統(tǒng)的云團(tuán)或云系活動(dòng)，是監(jiān)測(cè)預(yù)防災(zāi)害性天氣的有效手段[10-11]。星載閃電觀測(cè)技術(shù)在20 世紀(jì)90 年代取得了很大進(jìn)展，LMI(lightning mapping imager)是中國(guó)第二代地球靜止軌道定量遙感氣象衛(wèi)星首發(fā)星FY-4A 的自主研發(fā)設(shè)備，2016年12月11日(北京時(shí)間，下同)發(fā)射升空，2018年5 月1 日正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)閃電分鐘級(jí)的連續(xù)觀測(cè)，時(shí)空分辨率有顯著提升[12]。衛(wèi)星閃電因?qū)υ崎W觀測(cè)的敏感性更強(qiáng)，能較雷達(dá)更早發(fā)現(xiàn)快速增長(zhǎng)的對(duì)流，因此在對(duì)流初生預(yù)警方面有重要價(jià)值，被廣泛應(yīng)用于暴雨及強(qiáng)對(duì)流短臨預(yù)警業(yè)務(wù)[13-16]。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的進(jìn)步，眾多學(xué)者綜合利用衛(wèi)星和閃電觀測(cè)產(chǎn)品進(jìn)一步挖掘了其在短臨預(yù)報(bào)中的應(yīng)用潛力，發(fā)現(xiàn)了一些有價(jià)值的研究成果。Mohr 等[17]以正、負(fù)地閃在TBB 中的分布位置為判斷依據(jù)對(duì)MCS 生命史演變階段的閃電特征進(jìn)行了研究；張琪等[18]發(fā)現(xiàn)紅外亮溫下降能夠提前預(yù)判強(qiáng)降水的發(fā)生，強(qiáng)降水出現(xiàn)在紅外和水汽亮溫快速下降到最低值后的幾小時(shí)內(nèi)，最大雨強(qiáng)則出現(xiàn)在強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)成熟后開(kāi)始迅速減弱的初始階段，并利用高頻次FY-4A 數(shù)據(jù)資料，提煉出四川盆地2018 年中尺度對(duì)流復(fù)合體MCC 初生和成熟階段的衛(wèi)星云圖特征[19]；支樹(shù)林等[20]發(fā)現(xiàn)颮線過(guò)程中雷暴大風(fēng)發(fā)生在衛(wèi)星閃電密集區(qū)前沿，可以通過(guò)衛(wèi)星閃電數(shù)據(jù)提前研判雷暴大風(fēng)的發(fā)生位置；王清平等[21]開(kāi)展強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)的識(shí)別研究后，認(rèn)為衛(wèi)星閃電能夠更好地識(shí)別強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)范圍；陳仁君等[22]對(duì)相似環(huán)境背景下一次連續(xù)風(fēng)暴中兩次強(qiáng)對(duì)流的LMI、云頂亮溫TBB 低值區(qū)和二維地閃探測(cè)位置吻合，LMI 總閃和二維地閃隨TBB 低值中心移動(dòng)，冰雹和對(duì)流性大風(fēng)的TBB 更低，分布在230 K 以下，強(qiáng)降水則在250～270 K。上述研究圍繞閃電活動(dòng)特征和衛(wèi)星的相關(guān)性開(kāi)展，為多源觀測(cè)資料的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

由于LMI 業(yè)務(wù)應(yīng)用時(shí)間較短，且LMI 無(wú)法區(qū)分云閃與地閃，地基閃電則以定位地閃為主，二者結(jié)合在暴雨及強(qiáng)對(duì)流監(jiān)測(cè)預(yù)警中的應(yīng)用有待進(jìn)一步開(kāi)展。為更好的發(fā)揮FY-4A 產(chǎn)品在暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)警中的作用，同時(shí)進(jìn)一步了解廣東暴雨系統(tǒng)演變中衛(wèi)星與閃電活動(dòng)的特征及其關(guān)系，本文利用FY-4A、地基閃電觀測(cè)和NCEP 再分析資料，對(duì)2022年5 月10 日廣東一次暴雨過(guò)程中兩個(gè)不同強(qiáng)降水區(qū)域?qū)α髟茍F(tuán)發(fā)展演變的觀測(cè)特征進(jìn)行分析，提煉閃電對(duì)暴雨的指示意義，以期提高FY-4A 資料在廣東暴雨監(jiān)測(cè)和短臨預(yù)警中的服務(wù)能力。

2 過(guò)程概述

2022 年5 月10 日08:00—11 日08:00，廣東省出現(xiàn)了一次暴雨到大暴雨天氣過(guò)程，強(qiáng)對(duì)流類型以短時(shí)強(qiáng)降水為主，雷電活動(dòng)劇烈。統(tǒng)計(jì)廣東省24 h 累積雨量分布(圖1a，見(jiàn)下頁(yè))可以看出，本次過(guò)程共存在2 個(gè)降水極值中心，一個(gè)位于清遠(yuǎn)、惠州至九連山迎風(fēng)一側(cè)的粵中地區(qū)（簡(jiǎn)稱強(qiáng)降水1區(qū)，黑色方框，下同），另外一個(gè)在粵西沿海陽(yáng)江、珠海至云開(kāi)大山南側(cè)附近（簡(jiǎn)稱強(qiáng)降水2 區(qū)，紅色方框，下同）。強(qiáng)降水集中在兩個(gè)時(shí)段：第一個(gè)強(qiáng)降水時(shí)段是5月10日14:00—23:00，受到東移低槽前部暖濕氣流、中低層切變線和地面冷空氣共同影響，屬于鋒面低槽暴雨，湖南南部對(duì)流云團(tuán)生成后東移至廣東西北部發(fā)展加強(qiáng)，導(dǎo)致九連山迎風(fēng)坡一側(cè)清遠(yuǎn)附近出現(xiàn)暴雨，加上地面有弱冷空氣滲入，降水性質(zhì)以鋒面附近冷暖交匯為主，175 站出現(xiàn)≥20 mm/h 的短時(shí)強(qiáng)降水(圖1b)，最大小時(shí)雨強(qiáng)為67 mm/h；第二個(gè)強(qiáng)降水時(shí)段是5 月11 日00:00—08:00，受到南風(fēng)氣流輻合，尤其是西南氣流和偏南氣流輻合影響，珠江口西側(cè)沿海一帶，珠江口西側(cè)沿海一帶出現(xiàn)暴雨，降水性質(zhì)以暖區(qū)對(duì)流性降水為主，154站出現(xiàn)≥20 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水(圖1c)，9站小時(shí)雨強(qiáng)≥80 mm/h，最大為124 mm/h。強(qiáng)降水發(fā)生前TBB 迅速下降，強(qiáng)降水主要位于對(duì)流云團(tuán)TBB低值中心梯度大值區(qū)[23]。

圖1 2022年5月10日08:00—11日08:00加密雨量(a)；5月10日17:00 FY-4A紅外云頂亮溫TBB(填色)與14:00—23:00強(qiáng)降水落區(qū)(b)；5月11日03:00 FY-4A紅外云頂亮溫TBB(填色)與00:00—08:00強(qiáng)降水落區(qū)(c)黑色和紅色方框分別為強(qiáng)降水1區(qū)和2區(qū)，黑色、藍(lán)色和紅色三角分別為小時(shí)雨強(qiáng)20～50 mm/h、50～80 mm/h和≥80 mm/h，紅色和黃色圓點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)清遠(yuǎn)和珠海，下同。

3 數(shù)據(jù)說(shuō)明

地閃資料采用了廣東省氣象局ADTD(advanced TOA and direction system)閃電定位儀數(shù)據(jù)，水平定位誤差在200 m 以內(nèi)，高度定位誤差在500 m 以內(nèi)，探測(cè)效率超過(guò)80%，分析過(guò)程中對(duì)電流強(qiáng)度大于300 kA 和小于5 kA 的地閃進(jìn)行了剔除處理。衛(wèi)星資料采用了國(guó)家衛(wèi)星中心FY-4A全圓盤第12 通道(10.8 μm 紅外波段通道) 云頂亮溫TBB(Temperature of Brightness Blackbody)數(shù)據(jù)，時(shí)間分辨率為15 min，空間分辨率為0.04 °×0.04 °，不同顏色表示不同亮溫，單位K，用來(lái)反映對(duì)流云發(fā)展演變狀況；使用的FY-4A LMI 資料為L(zhǎng)MIE(lightning mapping imager event)1 min 事件產(chǎn)品數(shù)據(jù)，光譜范圍777.4 nm，觀測(cè)間隔2 ms。NCEP-FNL 0.5 °×0.5 °再分析數(shù)據(jù)用于環(huán)境場(chǎng)和物理量診斷分析。

4 兩個(gè)不同強(qiáng)降水區(qū)域影響系統(tǒng)對(duì)比

兩個(gè)強(qiáng)降水區(qū)域雖都處在低槽前部，但中低層系統(tǒng)及冷空氣的參與程度不同，導(dǎo)致對(duì)流性質(zhì)可能有所差異。計(jì)算并繪制了2022 年5 月10 日14:00 強(qiáng)降水1 區(qū)(114 °E，24 °N)、11 日02:00 強(qiáng)降水2 區(qū)(112 °E，22 °N)附近垂直速度的剖面(圖2，見(jiàn)下頁(yè))和T-lnP圖(圖3，見(jiàn)下頁(yè))。強(qiáng)降水1 區(qū)(圖2a、2b) 900～500 hPa 高度上有一個(gè)顯著的垂直上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，強(qiáng)降水2 區(qū)(圖2c、2d)的垂直上升運(yùn)動(dòng)較1區(qū)偏弱，表明1區(qū)對(duì)流較2區(qū)旺盛，和冷空氣活動(dòng)有關(guān)。同時(shí)計(jì)算繪制了強(qiáng)降水1 區(qū)和2 區(qū)附近的T-lnP圖。圖3a 10 日14:00 強(qiáng)降水1 區(qū)(114°E，24°N)T-lnP中顯示，1 000 hPa為南風(fēng)，低層到高層風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，暖平流較強(qiáng)，對(duì)流層低層溫度露點(diǎn)差≤1.8 ℃，K 指數(shù)37 ℃，CAPE值為1 332 J/kg，大氣可降水量為5.72 cm。圖3b 中11 日02:00 強(qiáng)降水2 區(qū)(112 °E，22 °N)T-lnP中底層1 000 hPa 有一支東南氣流，低層到高層暖平流發(fā)展旺盛，但西南急流中最大風(fēng)速2區(qū)較1區(qū)偏小，最大為10 m/s，1 區(qū)最大為14 m/s，同時(shí)1 000～500 hPa 垂直風(fēng)切變2 區(qū)較1 區(qū)偏小，對(duì)流層低層溫度露點(diǎn)差≤1.2 ℃，K 指數(shù)38 ℃，CAPE 值為364 J/kg，大氣可降水量為5.81 cm。對(duì)比來(lái)看，強(qiáng)降水1 區(qū)和2區(qū)都具備強(qiáng)降水發(fā)生的水汽、動(dòng)力和不穩(wěn)定條件，但2區(qū)的水汽含量更為豐富，西南和偏南氣流的水汽輻合條件更好，更易產(chǎn)生雨強(qiáng)較大的強(qiáng)降水，這一點(diǎn)和地面觀測(cè)實(shí)況吻合；而1區(qū)由于冷空氣滲入導(dǎo)致不穩(wěn)定能量較強(qiáng)，對(duì)流發(fā)展的高度可能更高。

圖2 2022年5月10日14:00沿24 °N(a)、114 °E(b)強(qiáng)降水中心1和11日02:00沿22 °N(c)、112 °E(d)強(qiáng)降水中心2附近垂直速度剖面(單位：Pa/s) 虛線代表負(fù)值。

圖3 2022年5月10日14:00沿(114 °E，24 °N)強(qiáng)降水1區(qū)(a)、11日02:00沿(112 °E，22 °N)強(qiáng)降水2區(qū)(b)附近T-lnP圖

5 兩個(gè)強(qiáng)降水區(qū)域FY-4A 觀測(cè)的閃電時(shí)空分布及積云結(jié)構(gòu)演變

5.1 LMI和ADTD觀測(cè)閃電的空間分布特征

使用鄰域插值法將ADTD 和FY-4A LMI數(shù)據(jù)插值到10 km 格點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)ADTD 和LMI 觀測(cè)的10日08:00—11 日08:00 的空間分布特征。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，ADTD (圖4a)和LMI(圖4b)均有兩個(gè)閃電密集中心，分別和強(qiáng)降水1區(qū)和2區(qū)位置對(duì)應(yīng)，10 km格點(diǎn)ADTD 閃電密度較LMI 大。ADTD 強(qiáng)降水1 區(qū)10 km 格點(diǎn)上地閃平均40～80 個(gè)，最大在清遠(yuǎn)附近，接近100 個(gè)，強(qiáng)降水2 區(qū)ADTD 60 個(gè)以上的范圍較大，陽(yáng)江和深圳附近10 km 格點(diǎn)上最大可達(dá)100 個(gè)以上。LMI 的2 個(gè)中心一個(gè)位于清遠(yuǎn)和肇慶的西北部，較強(qiáng)降水1 區(qū)附近位置偏西，數(shù)量較ADTD 觀測(cè)偏少，10 km 格點(diǎn)上最多30～60 個(gè)，另外一個(gè)位于粵西沿海陽(yáng)江和珠海附近強(qiáng)降水2區(qū)，和粵西沿海的暴雨中心位置基本吻合，10 km格點(diǎn)上最多可達(dá)50～80 個(gè)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降水1 區(qū)清遠(yuǎn)附近ADTD 觀測(cè)的閃電數(shù)量比LMI 觀測(cè)偏多，同時(shí)閃電位置和暴雨中心位置更為吻合，而強(qiáng)降水2區(qū)粵西沿海ADTD 觀測(cè)的閃電數(shù)量也比LMI 偏多，可能受LMI觀測(cè)分辨率影響較大。

圖4 2022年5月10日08:00—11日08:00ADTD(a)和FY-4A LMI(b) 10 km格點(diǎn)樣本數(shù)分布實(shí)心彩色小方塊表示樣本個(gè)數(shù)。

5.2 LMI和ADTD觀測(cè)閃電的時(shí)間演變特征

統(tǒng)計(jì)2 個(gè)強(qiáng)降水區(qū)域10 km 格點(diǎn)內(nèi)的ADTD和LMI 頻次隨時(shí)間變化(圖5)，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降水1 區(qū)(圖5a)14:00 ADTD 觀測(cè)到零星初閃，較LMI 初閃(17:00)出現(xiàn)提前3 h，不排除儀器影響。1 區(qū)ADTD 觀測(cè)的閃電數(shù)量較LMI 偏多，可能與兩種儀器的空間分辨率有關(guān)。整個(gè)過(guò)程正閃比例較高，16:00-17:00正閃躍增時(shí)刻，短時(shí)強(qiáng)降水的雨強(qiáng)和站次隨之驟增，自動(dòng)站數(shù)據(jù)顯示1 區(qū)≥20 mm/h的強(qiáng)降水站點(diǎn)由9 站快速增加到25 站，≥50 mm/h的強(qiáng)降水有1 站，負(fù)閃和LMI 呈單峰分布，峰值出現(xiàn)在18:00，正閃呈雙峰分布，峰值分別出現(xiàn)在18:00 和20:00，20:00—21:00 超過(guò)50 mm/h 的強(qiáng)降水增至5 站，22:00 以后積云減弱，閃電頻次驟降，降水量≥20 mm/h 的站點(diǎn)數(shù)隨之下降，僅為11 站?？梢?jiàn)，閃電頻次與積云和強(qiáng)降水變化是一致的，閃電頻次躍增及20:00 正閃峰值較強(qiáng)降水有一定時(shí)間提前量。2 區(qū)(圖5b)LMI 和ADTD 觀測(cè)的閃電頻次較1區(qū)偏多，地閃以負(fù)閃為主。積云發(fā)展加強(qiáng)(02:00)后，閃電頻次增加到一個(gè)高值區(qū)，正閃02:00 達(dá)到峰值，隨之02:00—03:00 1 站出現(xiàn)≥80 mm/h 的強(qiáng)降水，負(fù)閃和LMI 峰值出現(xiàn)在03:00，03:00—04:00超過(guò)80 mm/h的強(qiáng)降水站次增加到4站，最大為124 mm/h，閃電峰值較強(qiáng)降水有一定的時(shí)間提前量，積云成熟階段閃電頻次維持在一個(gè)高值區(qū)，07:00 后隨著積云減弱閃電頻次下降。雷達(dá)回波（圖略）顯示，強(qiáng)降水1區(qū)回波以混合狀為主，≥45 dBZ 強(qiáng)回波所占比例不大，但由于冷空氣參與，回波頂高12 km 以上（遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)-20 ℃等溫層），這可能是ADTD 觀測(cè)到正閃比較高的成因之一，而強(qiáng)降水2 區(qū)呈團(tuán)狀或帶狀，≥45 dBZ 回波范圍較大，回波頂高8 km 左右（超過(guò)0 ℃等溫層），導(dǎo)致暖區(qū)強(qiáng)降水以負(fù)閃為主。

圖5 強(qiáng)降水1區(qū)(a)和強(qiáng)降水2區(qū)(b) 10 km格點(diǎn)ADTD和FY-4A LMI觀測(cè)的1 h閃電隨時(shí)間演變

5.3 FY-4A 衛(wèi)星觀測(cè)的兩個(gè)強(qiáng)降水區(qū)域積云結(jié)構(gòu)演變

選取FY-4A 衛(wèi)星的全圓盤數(shù)據(jù)，采用TBB 及其變率代表積云云團(tuán)發(fā)展演變過(guò)程的指標(biāo)，繪制了強(qiáng)降水1區(qū)10日15:00—21:00，強(qiáng)降水2區(qū)11日01:00—09:00 12 通道(10.8 μm)紅外波段通道整點(diǎn)開(kāi)始掃描的云頂亮溫TBB 及變率（當(dāng)前時(shí)刻云頂亮溫與前一時(shí)刻云頂亮溫差）。考慮廣東省掃描的時(shí)間區(qū)間，篩選衛(wèi)星整點(diǎn)開(kāi)始掃描后10 min 以內(nèi)的ADTD和LMI與TBB進(jìn)行疊加分析。

10日15:00 前后，隨著低槽前部暖濕氣流加強(qiáng)及地面冷空氣南下影響，有一東北-西南走向的帶狀云團(tuán)自西向東移動(dòng)，廣東中北部處在帶狀云團(tuán)南端。15:00—17:00 是1 區(qū)云團(tuán)快速發(fā)展時(shí)刻。從15:00 紅外云頂亮溫TBB(圖6a)可以看到，廣東中北部有多個(gè)小的片狀對(duì)流云團(tuán)生成，TBB 最低值230 K，地閃出現(xiàn)在云團(tuán)移動(dòng)前方九連山南側(cè)，正閃較多，LMI沒(méi)有觀測(cè)到閃電。從14:00—15:00 TBB 變率(圖6b)看，積云南部及東部TBB 變率較前1 h 下降幅度超過(guò)-15 ℃以上，局部達(dá)到-25 ℃，表明在積云仍在快速發(fā)展，積云南側(cè)清遠(yuǎn)附近出現(xiàn)一個(gè)小的地閃密集區(qū)(黑色虛線長(zhǎng)方形，下同)，16:00的云團(tuán)位置說(shuō)明云團(tuán)南側(cè)的閃電對(duì)于未來(lái)1 h的對(duì)流發(fā)展移動(dòng)有一定的指示作用（15:00—16:00 云團(tuán)自西北向東南移動(dòng)）。16:00(圖略)對(duì)流云團(tuán)TBB 最低值下降至220 K，TBB 1 h 變率為-30 ℃，1 區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)強(qiáng)降水，16:00—17:00 有25 站出現(xiàn)≥20 mm/h 的強(qiáng)降水，最大67 mm/h。17:00—18:00(圖6c、6e)兩塊對(duì)流云團(tuán)合并后向東北移動(dòng)，TBB≤230 K 的范圍擴(kuò)大，低值區(qū)達(dá)到220 K 以下，LMI出現(xiàn)，地閃仍以正閃為主，17:00、18:00 TBB 變率較前1 h 下降達(dá)-30 ℃(圖6d、6f)，18:00 地閃峰值出現(xiàn)，閃電密集分布在云團(tuán)中心區(qū)域TBB 220～230 K 梯度大值區(qū)并隨低值區(qū)移動(dòng)，云團(tuán)移動(dòng)前側(cè)的閃電對(duì)云團(tuán)向東北方向移動(dòng)有指示作用。19:00—21:00(圖6g、6i)閃電主要分布在云團(tuán)中心及后部TBB≤220 K 的梯度大值區(qū)，閃電分布區(qū)域TBB 變率明顯減小，最大為-5 ℃(圖6h、6j)，表明積云發(fā)展到強(qiáng)盛時(shí)刻，閃電頻繁持續(xù)的時(shí)間和強(qiáng)降水時(shí)間一致。22:00 之后積云減弱，TBB≤230 K范圍逐漸減小，23:00之后ADTD和LMI消失。

圖6 2022年5月10日15:00(a)、17:00(c)、18:00(e)、20:00(g)、21:00(i)FY-4A云頂亮溫(填色，單位：K)、掃描時(shí)刻開(kāi)始10 min ADTD和LMI空間演變，14:00—15:00(b)、16:00—17:00(d)、17:00—18:00(f)、19:00—20:00(h)、20:00—21:00(j) 1 h云頂亮溫變率(填色，單位：℃)紅色“+”為正閃、綠色“-”為負(fù)閃，玫紅色空心圓點(diǎn)為L(zhǎng)MI，紅色圓圈為清遠(yuǎn)，填色為TBB及其變率。

11 日01:00 前后，廣東沿海受到西南和偏南氣流輻合影響，茂名附近有對(duì)流云團(tuán)生成，并逐漸發(fā)展為一個(gè)中尺度對(duì)流復(fù)合體緩慢東移。01:00—03:00 是該對(duì)流快速發(fā)展時(shí)刻。從01:00 FY-4A 紅外云頂亮溫和閃電的疊加(圖7a)來(lái)看，茂名附近有兩塊小的對(duì)流云團(tuán)生成，范圍較小，TBB 低值已達(dá)到220 K，一部分地閃分布在云團(tuán)中心TBB 低值區(qū)，一部分地閃和LMI 閃電分布在云團(tuán)右側(cè)(紅色虛線方框，下同)，00:00—01:00 TBB 變率較大，最大降溫率達(dá)到-30 ℃(圖7b)，表明閃電觀測(cè)區(qū)域的對(duì)流仍有發(fā)展趨勢(shì)，02:00(圖略)和03:00 的觀測(cè)事實(shí)證明茂名的對(duì)流云團(tuán)向01:00 云團(tuán)右側(cè)閃電觀測(cè)區(qū)域移動(dòng)，并且有新生對(duì)流發(fā)展。03:00 茂名和深圳的對(duì)流云團(tuán)TBB≤220 K 的范圍達(dá)到最大，密度閃電分布積云中心TBB 梯度大值區(qū)(圖7c)，茂名閃電區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)低于0 ℃的云頂溫度變率，而深圳云團(tuán)閃電TBB最大降溫率達(dá)到-30 ℃(圖7d)。03:00—09:00 是茂名附近云團(tuán)發(fā)展成熟階段，而深圳對(duì)流東移至海上后(05:00)減弱。04:00—05:00(圖略)茂名對(duì)流TBB 低值區(qū)達(dá)到200 K 以下，向東北移動(dòng)，閃電密集在積云中心區(qū)域TBB 梯度大值區(qū)并隨之移動(dòng)，閃電分布區(qū)沒(méi)有出現(xiàn)較前1 h 低于0 ℃的云頂溫度變率。06:00—09:00(圖7e、7g、7i)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展為一個(gè)中尺度對(duì)流復(fù)合體后向東移動(dòng)，TBB≤220 K 的低值區(qū)范圍增大，閃電分布在TBB≤220 K 附近并隨低值區(qū)向東北移動(dòng)，TBB 變率減小，為-5 ℃左右(圖7f、7h、7j)。

圖7 2022年5月11日01:00(a)、03:00(c)、06:00(e)、07:00(g)、09:00(i)FY-4A云頂亮溫(填色，單位：K)、掃描時(shí)刻開(kāi)始10 min ADTD和LMI空間演變，00:00—01:00(b)、02:00—03:00(d)、05:00—06:00(f)、06:00—07:00(h)、08:00—09:00(j)1 h云頂亮溫變率(填色，單位：℃)紅色“+”為正閃、綠色“-”為負(fù)閃，玫紅色空心圓點(diǎn)為L(zhǎng)MI，黃色圓圈為珠海，填色為TBB及其變率。

綜上，從TBB及其變率和閃電空間位置來(lái)看，積云快速發(fā)展階段，TBB 逐漸下降到230 K 以下，閃電出現(xiàn)區(qū)域的TBB 變率較前1 h 下降較大，最大可達(dá)-30 ℃，云團(tuán)前側(cè)的閃電對(duì)下一時(shí)刻對(duì)流的發(fā)展移動(dòng)有較好的指示作用；對(duì)流發(fā)展成熟后，TBB≤220 K 的低值區(qū)范圍達(dá)到最大，TBB 變率減小，閃電頻次達(dá)到峰值，密集閃電分布在TBB≤220 K低值中心并隨之移動(dòng)。

6 結(jié)論和討論

本文研究了2022年5月10日廣東一次暴雨過(guò)程中兩個(gè)不同區(qū)域強(qiáng)降水對(duì)流云團(tuán)發(fā)展演變的觀測(cè)特征，得到如下結(jié)論。

(1) 本次暴雨是在有利的天氣形勢(shì)下發(fā)生的，中北部清遠(yuǎn)至九連山南側(cè)的強(qiáng)降水1 區(qū)屬于典型的鋒面低槽型暴雨，發(fā)生在低槽前部冷暖交匯區(qū)，不穩(wěn)定能量較強(qiáng)；珠江口西側(cè)沿海附近的強(qiáng)降水2區(qū)則是暖區(qū)西南和偏南氣流輻合作用的結(jié)果，水汽含量更為充沛。

(2) 從2個(gè)強(qiáng)降水區(qū)域閃電的時(shí)空演變規(guī)律來(lái)看，閃電頻次與強(qiáng)降水的發(fā)展是一致的，閃電頻次躍增及峰值較強(qiáng)降水有一定時(shí)間提前量。受儀器自身觀測(cè)性能和對(duì)流性質(zhì)不同影響，LMI 和ADTD 觀測(cè)初閃的出現(xiàn)時(shí)間及正負(fù)地閃比例可能有所不同。LMI 和ADTD 觀測(cè)的閃電和暴雨位置基本吻合，鋒面降水中ADTD 觀測(cè)的閃電數(shù)量較LMI 明顯偏多，和強(qiáng)降水位置對(duì)應(yīng)更好；暖區(qū)強(qiáng)降水無(wú)論LMI和ADTD 觀測(cè)的閃電數(shù)量明顯較鋒面強(qiáng)降水增多，閃電落區(qū)和強(qiáng)降水位置一致。

(3) 強(qiáng)降水發(fā)生前TBB 迅速下降到230 K 以下，強(qiáng)降水主要發(fā)生在對(duì)流云團(tuán)TBB 低值中心梯度大值區(qū)。暖區(qū)強(qiáng)降水中對(duì)流云團(tuán)TBB 值更低，且TBB≤200 K 范圍較鋒面降水增大，同時(shí)TBB 梯度變大，強(qiáng)水強(qiáng)度隨之增強(qiáng)，最大124 mm/h。

(4) 無(wú)論是鋒面強(qiáng)降水還是暖區(qū)強(qiáng)降水，對(duì)流發(fā)展初期云團(tuán)移動(dòng)前方的閃電對(duì)下一時(shí)刻對(duì)流的發(fā)展移動(dòng)有很好的指示意義，TBB變率較前1 h下降幅度可達(dá)-15 ℃以上，局部可達(dá)-30 ℃；成熟階段TBB 下降到220 K 以下的范圍增大，局部可達(dá)200 K以下，TBB變率減小，維持在0～-10 ℃，閃電分布區(qū)較少出現(xiàn)低于0 ℃的云頂亮溫變率，密集閃電隨著TBB≤220 K低值區(qū)移動(dòng)。

本文通過(guò)對(duì)2022年5月10日廣東一次暴雨過(guò)程兩個(gè)不同區(qū)域?qū)α髟茍F(tuán)的演變特征進(jìn)行了分析，揭示了FY-4A LMI、TBB 及ADTD 在暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的指示意義。雖然兩個(gè)強(qiáng)降水區(qū)域都處在低槽前部，但兩個(gè)強(qiáng)降水區(qū)域的影響系統(tǒng)、雨強(qiáng)、閃電特征及積云結(jié)構(gòu)有所不同。強(qiáng)降水1 區(qū)冷空氣參與程度較高，對(duì)流性強(qiáng)，正閃比例較高，這可能與≥45 dBZ回波超過(guò)-20 ℃等溫層有關(guān)，但強(qiáng)回波范圍較小，且FY-4A LMI僅觀測(cè)云頂閃電，空間分辨率較ADTD 偏低，可能導(dǎo)致LMI 觀測(cè)的閃電數(shù)量偏少。而強(qiáng)降水2 區(qū)由于暖低壓控制時(shí)間較長(zhǎng)，加上水汽更為充沛，所以小時(shí)雨強(qiáng)較1 區(qū)大，≥45 dBZ 強(qiáng)回波范圍較大且超過(guò)0 ℃等溫層，閃電數(shù)量較1區(qū)明顯偏多，但-20 ℃等溫層以上的強(qiáng)回波比例較小等導(dǎo)致地閃以負(fù)閃為主。LMI 或者ADTD 觀測(cè)初閃的出現(xiàn)時(shí)間可能與對(duì)流范圍、對(duì)流性質(zhì)及儀器本身性能等原因有關(guān)，但閃電頻次躍增及峰值時(shí)刻較強(qiáng)降水有一定時(shí)間提前量，閃電基本和暴雨落區(qū)吻合。積云發(fā)展階段TBB 下降，TBB 1 h 變率最大可達(dá)-30 ℃，表明積云快速發(fā)展，發(fā)展成熟后TBB低值區(qū)面積達(dá)到最大，TBB變率變小。FY-4A LMI 對(duì)范圍較大的對(duì)流或者地基探測(cè)設(shè)備無(wú)法架設(shè)的海洋觀測(cè)性能更好，可與ADTD 觀測(cè)互補(bǔ)使用，進(jìn)一步提煉不同天氣背景下閃電對(duì)暴雨及強(qiáng)對(duì)流的指示作用。