一次春季强对流过程地闪分析

王芳 郑文佳 解晗

(浙江省防雷中心，浙江杭州310017)

一次春季强对流过程地闪分析

王芳 郑文佳 解晗

(浙江省防雷中心，浙江杭州310017)

利用地闪监测资料、多普勒天气雷达产品对2010年3月5日一次全省性强对流过程地闪分布情况进行分析。结果表明，不同形状的单体以及单体发展的不同阶段，负地闪分布区域不同;地闪频数峰值出现在55～60 dBz区域内，在回波强度大于60 dBz的区域内地闪频数降低，且在回波强度最大的区域65～70 dBz内无地闪发生。

雷暴;地闪分布;地闪频数;回波强度

0 引言

随着多普勒天气雷达、雷电定位系统等观测设备在雷电预警预报中的应用，很多学者利用各种观测资料对雷暴天气的监测、预报、雷电防护等做了大量的研究［1－6］。Nikolai［7］等指出LLTS-MCS系统中主要放电区在前部对流线的后部边缘和向层状云区倾斜的区域;Rutledge［8］等认为MCC系统中大多数负地闪位于对流降水区，而正地闪多位于后部层状云降水区;易笑园［9］等研究指出飑线系统中地闪活跃的强回波块中回波顶高于11 km的回波面积对地闪活动激烈程度具有预警意义;付志康［10］等发现闪电发生的位置在雷暴的初生阶段偏向于它未来的移动方向，在成熟阶段两者能比较好的对应，在消散阶段闪电的分布往往较零散;连志鸾［11］等分析了两次雹暴过程的地闪分布特征，指出降雹发生在雹暴云团中正地闪最活跃的阶段，正地闪集中出现在强回波中心及其邻近区域，降雹点落在正地闪聚集区附近;刘冬霞［12］等研究发现华北LLTS-MCS中负地闪密集地分布在大于40 dBz的回波范围内，正地闪则稀疏地分布在30～40 dBz的回波范围内;冯桂力［13］通过对一次雷暴大风过程闪电特征研究发现负地闪主要发生在大于25 dBz的对流区，尤其易发生在大于40 dBz的强对流区，而正地闪多发生在25 dBz以下，对应于稳定的层状云降水。由于不同地区、不同类型强对流风暴的闪电活动特征差异很大，研究浙江地区强对流天气过程的地域特性十分必要。2010年3月5日受南支槽东移和西南涡的共同影响，浙江出现全省性的强雷暴天气，此次过程持续时间长，影响范围广，造成杭州、宁波、绍兴、丽水等地多起建筑物及电子设备受损、火灾等雷灾事故。本文利用多普勒天气雷达产品、地闪监测资料分析此次雷暴过程的地闪分布与雷达回波强度的关系，为短时临近强对流预报提供参考。

1 地闪的时间分布

图1 2010年3月5日浙江省地闪时段分布图

受南支槽东移和西南涡的共同影响，2010年3月5日浙江出现了全省范围性的强对流天气，由浙江省闪电定位系统监测到的地闪数据可知，全省共发生地闪22521次，其中正地闪1691次，负地闪20830次，负地闪所占比例为92.5%。图1给出了每小时地闪频数分布情况。从图1中可以看出，地闪频数呈双峰分布，0:00地闪开始发生并快速增加，至3:00到达当日最大值，1 h内共发生地闪3686次，其后开始下降，至9:00降至500次以下，15:00起，地闪陡增，16:00出现当天第2个峰值，为1692次，随后地闪频数开始减小，至19:00降至1000次以下，之后逐时减小，到23:00减少为127次。

2 地闪与雷达回波的关系

图2给出了2010年3月5日17:00—19:00雷达回波与相对应的6 min地闪叠加图。由图2可见，17:06武义－松阳－龙泉一带有一条西南—东北走向的线性多单体带东移发展，至少可以分辨出4个相互分离的强回波中心(分别以A，B，C，D标识)，下面分别分析这4块回波单体的演变及相应的地闪分布特征。

单体A:17:06表现为结构松散的块状，最大回波强度达59 dBz，与之对应的一个体扫6 min内地闪频数为39次，主要分布在单体北侧40～55 dBz的回波区中;17:24单体演变为逗点状，回波中心移至金华武义境内，最大回波强度达63 dBz，在这6 min内地闪频数为19次，均为负地闪，主要分布在单体移动前方40～55 dBz内;随后，单体继续东移，17:42移至丽水北部，逐渐消亡，与之对应的6 min内共发生4次负地闪，分布在40～50 dBz的回波区内。

图2 2010年3月5日17:00—19:00 6个时刻雷达回波与相对应的6 min地闪叠加图

单体B:17:06单体B位于龙泉、松阳交界处，已发展为成熟的块状对流单体，最大回波强度达68 dBz，结构紧实，对应一个体扫6 min内地闪频数为17次，均为负地闪，主要分布在50～65 dBz回波区内，65 dBz以上的强回波中心无地闪发生;17:24单体东移至松阳境内，50 dBz以上回波区的水平范围略有收缩，中心最大回波强度为67 dBz，所对应的6 min内地闪频数为24次，其中正地闪仅2次，负地闪主要分布在50～65 dBz回波区内;17:42最大回波强度仍达67 dBz，外围45～60 dBz的回波区开始松散，在这6 min内地闪频数为19次，均为负地闪，主要出现在单体发展东侧50～65 dBz回波区内;18:06单体继续东移，且由块状逐渐向逗点状演变，最大回波强度维持在68 dBz，结构紧实，其右侧40～55 dBz的区域内有零星负地闪发生;18:24单体东移至青田境内，最大回波强度进一步增强，达到71 dBz，结构更加紧实，所对应的6 min内共发生19次负地闪，主要分布在单体移动前方40～55 dBz的回波区中，分布较集中;18:54单体移至温州永嘉境内，最大回波强度降至60 dBz以下，已经衰亡成结构松散的云团，与之相对应的地闪共有8次，均为负地闪，零星分布于40～50 dBz的回波区内。

单体C:17:06单体C位于江西与丽水龙泉交界处，最大回波强度达到63 dBz，对应一个体扫6 min内地闪频数为25次，主要分布于50 dBz以上的强回波区内;17:24单体移至龙泉北部，最大回波强度降至60 dBz以下，对应一个体扫时间内地闪频数为35次，主要分布在40 dBz以上的回波区内;17:42单体C重新发展，55 dBz以上的回波区域扩大，与之对应的地闪频数为55次，主要分布在单体移动前方40～55 dBz的回波区内;18:06强回波中心东移至云和境内，逐渐演变为逗点状，最大回波强度达68 dBz，呈不对称结构，60 dBz以上的强回波区主要位于单体后侧，地闪主要出现单体前部40～55 dBz的区域内，分布较密集，且以负地闪为主，强回波中心无地闪发生;18:24最大回波强度进一步增强至70 dBz以上，水平范围收缩，结构更加紧实，在回波发展右侧40～50 dBz的回波区中分布着零星负地闪;18:54单体演变为成熟的弓形回波，对应一个体扫6 min内共有30次地闪，主要出现在单体北部40～55 dBz回波区内。

单体D:17:06—17:24江西西部一对流云团逐渐发展，最大回波强度55 dBz，水平范围较小，17:42单体东移至龙泉西部，发展成熟，中心回波强度达66 dBz，对应一个体扫时间内共发生13次负地闪，主要分布在50～65 dBz回波区内;18:06单体开始衰亡，最大回波强度为61 dBz，与之对应的地闪共5次，分布在45～55 dBz回波区内;18:24单体继续东移，水平范围进一步收缩，最大回波强度降至58 dBz，对应一个体扫时间内仅发生4次负地闪，分布在40～50 dBz回波区内;18:42单体重新发展，最大回波强度达64 dBz;18:54单体东移至云和东部，最大回波强度为58 dBz，呈逗点状，所对应的6 min内共有5次负地闪，分布在40～55 dBz回波区中。

综合以上分析可以发现，4块单体均经历了由块状向逗点状的演变，在多单体带演变的整个过程中以负地闪为主;当块状单体发展成熟时，负地闪主要分布在50～65 dBz的回波范围内，而65 dBz以上的强回波中心很少有地闪发生;当单体处于消亡阶段，最大回波强度降至60 dBz以下时，负地闪主要分布在40～50 dBz范围内;当单体发展为逗点状时，负地闪通常分布在回波发展前方40～55 dBz内。刘冬霞［14］对一次强对流天气系统地闪演变特征分析发现，地闪频数最大值集中分布在45～55 dBz，大于55 dBz的强回波地闪频数降低;潘娅英［15］通过对一次全省性强雷暴过程地闪特征分析得出地闪多出现在回波发展和前进的一侧，强回波中心处地闪较少出现，本文也得到了一致的结论。

为了进一步说明地闪与雷达回波的对应关系，选取单体成熟阶段的雷达剖面及相应的地闪资料来分析，图3为17:24单体B沿28.3°N的雷达剖面及±0.1°N范围的6 min地闪资料叠加图。由图3可见，云体发展较高，强回波中心随高度向右倾斜，最大回波强度达65 dBz以上，50 dBz的强回波区伸展至10 km高度。与之对应的6 min内地闪主要分布在强回波中心及其右侧区域内，并且在55～60 dBz之间，地闪频数最大。在回波强度大于60 dBz的区域内地闪频数降低，且在回波强度最大的区域65～ 70 dBz内无地闪发生。在最大强回波区的左侧，55 dBz强回波中心高度位于3 km的区域内，也分布少量地闪。

图3 17:24沿28.3°N的雷达剖面及±0.1°N范围的6 min地闪分布

3 结语

(1)当块状单体发展成熟时，负地闪主要分布在50～65 dBz回波范围内，而强度超过65 dBz的强回波中心很少有地闪发生;当单体处于消亡阶段，最大回波强度降至60 dBz以下时，负地闪主要分布在40～50 dBz范围内。

(2)单体发展为逗点状时，负地闪通常出现在回波发展前方40～55 dBz回波区中。

(3)地闪频数峰值出现在55～60 dBz区域内，在回波强度大于60 dBz的区域内地闪频数降低，且在回波强度最大的区域65～70 dBz内无地闪发生。

由于本文仅针对一次强对流过程进行分析，其结论的普遍性仍需要更多的个例检验，对于浙江地区强对流天气过程地闪分布特征以及地闪与液态水含量、径向速度、回波顶高等雷达产品的关系仍需要进一步研究，以便将地闪监测资料应用于雷电预报预警工作。

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2011-05-20