浙中地区一次强对流过程地闪活动特征分析

许洪泽 周梅

（金华气象局，浙江金华 321000）

浙中地区一次强对流过程地闪活动特征分析

许洪泽 周梅

（金华气象局，浙江金华 321000）

借助闪电定位网资料、地面大气电场观测资料及多普勒天气雷达资料，分析浙中地区一次强对流过程的地闪活动演变特征。结果表明，地面大气电场的变化曲线与地闪次数存在较好的对应关系，与地闪的电流强度没有关联性；地闪的移动和次数与多普勒雷达组合反射率的强回波（＞30dBZ）在空间和时间上都有较好的一致性；MCS成熟和消散阶段表明ET能较好地反映雷暴活动的剧烈程度。

强对流；闪电；ET

大风和雷电等自然灾害常在强对流系统中产生。利用大气电场仪、闪电定位仪、多普勒天气雷达等资料对闪电活动进行统计分析是很多研究普遍采用的方法。很多学者，如Reap等［1］研究了20世纪80年代中期美国闪电观测网，分析出Oklahoma和Kansas闪电定位资料各自的气候分布特征；Orville等［2］给出了20世纪末美国大陆和北美大陆的闪电气候分布特征，但在分析闪电日变化特征时，未能详细分析不同下垫面对其的影响；冯桂力等［3］分析了山东省潍坊市一次冰雹云形成发展与闪电活动特征的关系；郑媛媛等［4］利用多普勒天气雷达、气象卫星、闪电定位资料及NCEP资料统计分析了2007年7月8日发生在安徽沿淮西部的一次特大暴雨过程的MCS特征；易笑园等［5］研究了华北飑线系统中地闪活动与ET的关系及预警指标。

强对流天气活动及雷电分布特征具有较明显的地域特点和气候特征，不同下垫面的雷暴闪电特征差异较大。根据相关统计，浙中地区属于我国雷暴高发区域之—，本文主要分析该区域内一次强对流的闪电活动特征。

1 地闪活动特征分析

自2011年4月27日凌晨起，一支强对流自西北而西南先后袭击了安徽省中南部、浙江省大部，尤其是浙江省中部，强对流所经之地狂风大作、电闪雷鸣。27日2:30-5:30影响浙江省中部的金华地区，据测得强雷暴侵袭来临时，城区风向突变，风力猛增，观测站测得最大风力在18～23m/s；与此同时，气压突升，气温急降，相对湿度上升幅度也较大。从上述气象要素变化特征来看，在气象上将随强雷暴云的来临而突然发作的强烈阵风称为“飚”。

1.1 地闪演变特征

图1是利用浙江省地闪资料绘制出发生于2011年4月47日凌晨此次强对流（MCS）经过金华城区时，每分钟地闪频数随时间的演变曲线。从图1可看出，从MCS临近至远离，整个过程时间约100min，经历了地闪频数由低到高又由高到低的过程，并在4:30左右达到峰值。结合多普勒天气雷达资料，可将MCS过程分为3个阶段，3:30-4:00为MCS的临近阶段，4:00-4:40为正经过金华地区的上空，4:40-5:30则为远离阶段。在MCS经过的整个过程中，负地闪占绝大多数，且频率随时间的变化曲线与MCS经过时演变过程有较好的一致性。正地闪的频率相对较低，整个过程只探测到11次。MCS临近时，地闪频数变化率逐渐增强，其中负地闪的变化曲线更能反映增长的过程。经过正上空时，地闪变化率达到了最强，且频数也达到了峰值，达到16次/min次以上；当MCS远离时，地闪频数变化率逐渐变小，但在4:50左右时出现了一个极大值。此后，地闪频数迅速下降，直至MCS彻底远离金华地区，直至闪电定位系统无法探测到地闪。

从金华地区的地闪空间分布来看，地闪分布不均匀，在兰溪、金华城区的西面、浦江和义乌的中部、武义和永康交界处地闪相对集中，而其他区域则分布较为稀疏。

图1 2011年4月27日MCS发生时段内每分钟正负地闪频数随时间演变

1.2 地面大气电场变化与地闪特征的关系分析

当强对流系统临近时，地面的大气电场变化率会发生剧烈变化。为研究MCS临近和移动时地闪的大气电场和频数及电流强度特征，本文利用金华市城区站点地面大气电场资料和浙江省闪电定位资料进行分析（见图2）。根据相关研究，地面大气电场仪的有效探测距离为15～20km，因此这里仅讨论MCS过境站点时有效探测范围内的闪电特征。当MCS经过各个子站点时，可清楚发现临近观察站点和远离时地面电场的变化率较小或接近晴天大气电场特征，而当MCS逐渐临近时电场变化率也渐渐增大；而当MCS处于站点上空时，电场变化率明显增大，约4:28场强达到了峰值12kV/m，超过了大气电场仪设定的第三级预警阈值7kV/m，开始报警，报警一直持续至5:22左右，此后虽然场强值达到7kV/m，但变化率明显减小，MCS渐渐远离，电场曲线渐渐趋于水平（见图2a、c）。从图2b、d中可以明显看出，地闪出现的时间较早，约从4:00一直持续到5:20左右。与电场变化曲线相比，地闪频数持续出现的时间更早，但结束的时间基本一致，这说明大气电场仪不能准确预警地闪的发生，但地闪频率变化曲线有明显由从低到高再到低的过程。而地闪电流强度均值的曲线未有明显变化规律。MCS在经过其他观察站点上空时，电场的变化曲线类似于城区金华站。

图2 2011年4月27日地面大气电场随时间变化曲线（a、c）和地闪每分钟频数、强度均值随时间的变化曲线（b、d）

1.3 地闪活动与雷达回波结构的关系

图3为MCS不同移动过程中多普勒雷达回波与地闪的叠加图。此次MCS约在凌晨2:30在浙江省西北角与安徽省交界处形成，并逐渐沿东南方向移动，约在5:30在金华市磐安县结束。从图3可以看出，地闪的移动路径与雷达强回波移动变化（＞30dBZ）基本一致。在MCS形成后不久的02:54左右，在金华市西北角已形成一长约60km、宽30km强回波带（＞30dBZ）（见图3a），最强回波出现在西南区域，呈2个约10km强回波云团，最高达到53dBZ；而地闪集中在两块最强回波云团中间和上方，其他区域几乎无地闪发生。

图3 2011年4月47日2:54（a）、4:00（b）、4:36（c）、5:18（d）的金华雷达组合反射率与前后3min内地闪的叠加图

随着MCS系统进一步发展，达到成熟阶段，多普勒雷达强回波面积进一步增大，最强回波超过了55dBZ，地闪次数也明显增多（见图3b、c）。从图3b可看出，4:00强回波区域明显分成两块，且右边区域面积大于左半区域；显然，这两块区域是由前期2个云团发展而来。地闪在右边区域分布范围较广，左边的地闪集中在＞40dBZ的左上半部。至436（见图3c）强回波区域继续向南偏东方向移动，此时两块已连接，＞45dBZ回波区域变小，地闪主要分布在此区域的左上部，右边区域的地闪次数相对较少且分布零散。总体来说，地闪均分布在＞30dBZ强回波区域内。

随着MCS向东移动，对流云团开始逐渐消散，至5:18（见图3d），强回波的范围迅速减小，云团右半部已消亡，整个云团长约40km，宽约20km。此时，地闪总数迅速减少，主要落点位于＞40dBZ强回波的左侧边缘。

1.4 地闪活动与回波顶高的关系

在多普勒雷达产品中，回波顶高（ET）是反映MCS的发展程度的一个重要产品。图4a中在2:36时，MCS处于发展的初期，ET值大于9km的面积近3 000km2，其中ET最大值达到14km，面积为112km2，表明发展非常旺盛，但此时地闪次数较少，且分布零散，在ET为14km处未有地闪集中出现。在MCS系统发展成熟阶段的4:00和4:36（见图4b、c），ET值却明显变小，高于9km的面积明显减小，但此时地闪明显增多。图4b中，地闪分布相对较广，主要集中在ET＞9km及以上区域及其边缘。相比图4b，在图4c中，在ET＞9km区域的西部地闪分布相对集中。在MCS消亡阶段的5:18（见图4d），ET＞9km面积进一步减小，地闪主要集中在ET为8km高度的范围内。

图4 2011年4月47日2:36（a）、4:00（b）、4:36（c）、5:18（d）的金华雷达回波顶高与前后3min内地闪的叠加图

从MCS的发展过程来看，ET在初期值最大达到14km，然而随着系统发展成熟，ET值明显减小，ET＞9km的范围逐渐变小，到了消亡阶段，ET＞9km的范围进一步减小，直至消失。而地闪次数符合一般MCS发展过程，由少到多，达到峰值又逐渐减少的过程。但MCS发生初期，ET不能较好指示闪电次数。而MCS成熟和消散阶段表明，ET与地闪次数有较好的对应关系，也能很好地反映雷暴活动的剧烈程度。

2 结论

本文通过对闪电定位网资料、地面大气电场观测资料及多普勒天气雷达资料，分析了一次对浙中地区影响较大的中尺度强对流系统的地闪活动演变特征。结果表明：①整个系统的发展过程中，负地闪占绝大部分，正地闪次数则很少，地面大气电场的变化曲线与地闪次数存在较好的对应关系，由从少渐渐增多，达到峰值后又开始减少，而与地闪的电流强度没有关联性；②地闪的移动和次数与多普勒雷达组合反射率的强回波（＞30dBZ）在空间和时间上都有较好的一致性；③ET的最大值未出现在成熟阶段，而MCS初期地闪次数较少，MCS成熟和消散阶段表明ET能较好地反映雷暴活动的剧烈程度。

［1］Reap RM，MacGorman DR.Cloud-to-ground lightning cli⁃matological characteristics and relationships to mot-ion fields，ra⁃dar observations，and severe local storms［J］.Mon Wea Rev，1989（3）：518-535.

［2］Orville RE，Silver AC.Lightning ground flash density in the contiguous United States：1992-95［J］.Mon Wea Rev，1991（2）：573-577.

［3］冯桂力，边道相，刘洪鹏，等.冰雹云形成发展与闪电演变特征分析［J］.气象，2001（3）：33-37.

［4］郑媛媛，张小玲，朱红芳，等.2007年7月8日特大暴雨过程的中尺度特征［J］.气象，2009（2）：3-7.

［5］易笑园，宫全胜，李培彦，等.华北飑线系统中地闪活动与雷达回波顶高的关系及预警指标［J］.气象，2009（2）：34-40.

Characteristics of Ground-Lightning Activity During a Strong Convective Process in the Central Region of Zhejiang Province

Xu HongzeZhou Mei

（Jinhua Meteorological Bureau，Jinhua Zhejiang 321000）

Based on the data of lightning locating network,ground atmospheric electric field and Doppler weather ra⁃dar data,the evolution characteristics of ground-lightning activity during a strong convective process in the central re⁃gion of Zhejiang province was analyzed.The results showed that the curve of the ground atmospheric electric field and the number of flashes have a good corresponding relationship,there was no correlation with the current intensity of lightning;strong echo lightning and mobile Doppler radar reflectivity and the number of combinations(＞30dBZ) had good consistency in space and time;MCS mature and dissipating stages showed that the intensity of ET could bet⁃ter reflect the thunderstorm activity.

strong convection；ground-lightning；ET

P427.32

A

1003-5168（2017）02-0150-03

2017-01-06

金华市科技局2014课题“金华灰霾天气的大气污染扩散特征及监测预警研究”（2014-3-045）。

许洪泽（1979-），男，硕士，工程师，研究方向：雷电监测与预警。