铜仁市雷电活动与雷达资料的相关分析

石薇 廖洪敏 何为 罗俊祎

摘要 为了提高铜仁市雷电预警的提前量和准确率，降低因雷电天气给当地生产生活带来的损失。选取铜仁市多普勒雷达回波数据，结合闪电定位仪，分析发生闪电和未发生闪电时雷达资料。结果表明：（1）雷达反射率因子≥35 dBZ时，可作为铜仁地区预报闪电发生的因子之一;（2）雷电的产生除了与雷达反射率因子有关外，还与回波顶高有着密不可分的联系;（3）0 ℃和-20 ℃层结高度达到对应值时，也可作为雷电的预警因子。

关键词 雷电;雷达资料;雷电预警

中图分类号：P427.3 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）09–0031–02

雷电的产生往往伴随着闪电和雷鸣，其危害程度仅次于暴雨洪涝、山体滑坡、泥石流等地质灾害，因此雷电灾害已被联合国列为“最严重的十种自然灾害之一”，被国防电工委员会称为“电子时代的一大公害”[1]。由于雷电的危害不容小觑，近年来，国内外学者对雷电的研究很多。刘敏等[2]分析了二次回波和K指数对雷电产生的指示作用，经过统计对比得出雷达回波的二次出現可以作为雷电天气预报预警的一个指标，当K指数≥30 ℃时，可提前对雷电天气进行预报预警。罗树如等[3]通过江西南昌的一次强对流天气过程的多普勒天气雷达探测资料和同时期的雷电参数研究发现，雷电的频度变化可以作为对风暴的形成、发展、消亡预报的一项指标，通过统计雷电极性分布，可以判断出强对流天气的性质。在研究雷电活动与雷达回波关系中，言穆弘等[4]通过利用观测资料和模拟计算得出，在-10 ℃和-20 ℃高度处，对雷电活动的影响很大。Maribel等[5]研究了14个对流单体后指出，单体回波中回波强度在40 dBZ以上且回波顶高必须在7 km以上时才会产生雷电。Brandon等[6]将40 dBZ作为指示雷电发生的一个雷达回波特征参量，并将-10 ℃和-15 ℃层结高度作为初次地闪发生的预测因子;Hondl等[7]通过分析多次雷暴过程发现，雷达在冻结层附近探测到的反射率因子为10 dBZ的回波可以作为雷暴初生的特征参量。

在铜仁地区，雷电是一年四季中最常发生的灾害性天气之一，但其预报预警准确率仍然不高，为了更加准确地预报雷电发生的时间和地点，将雷电造成的各种损失降到最低。通过研究分析铜仁市2016—2018年雷达回波数据和闪电定位资料，能够发现雷电活动的时空分布与雷达回波相关参数的特征量关系，并将此关系作为对雷电预警发布的一项重要指标，提升雷电预警的准确率和发布提前量，把气象预报预警服务工作做得更好。

1 数据来源

本次研究所用的雷达数据均来自铜仁Doppler雷达SA格式数据，闪电资料则通过贵州省闪电定位仪探测网获取。

2 雷电时空特征

2.1 铜仁市雷电时间分布

铜仁地区的雷电活动从3月开始逐渐进入活动频繁期，8月达到最强，12月最弱。主要集中在夏季（约占全年总雷电活动的53%），春季次之（约占全年总雷电活动的31%），第三是秋季，冬季最弱。一天内，雷电活动在下午是高发期（占一天雷电活动的24%），其次是傍晚（占一天雷电活动的20%）。

2.2 铜仁市雷电空间分布

挑选一年中雷电活动较频繁的月份（5—8月）分析雷电活动的空间分布。在整个铜仁地区，松桃北部乡镇极易发生雷电活动，其次是沿河的东北部乡镇，玉屏县和万山区是雷电活动发生最少的区（县）。

3 雷电活动与雷达回波强度及回波顶高的关系特征

3.1 雷电活动与雷达回波强度关系

分别从2016—2018年中选取3次雷电活动较强的雷电天气过程，从中挑选30个发生闪电的雷暴单体和10个未发生闪电的雷暴单体的雷达回波强度个例进行分析对比。从选取的30个发生闪电的雷暴单体来看，大于35 dBZ单体的个数占所选个数的86%。而在未发生闪电的单体中，只有一个刚刚达到35 dBZ，其余都在35 dBZ以下。这一结果的验证，对铜仁地区来说，雷达回波强度大于35 dBZ可作为预报雷电发生的参考值。

3.2 雷电活动与雷达回波顶高关系

在上文选取的雷电天气过程中，挑选25个发生闪电的雷暴单体和15个未发生闪电的雷暴单体的雷达回波顶高个例进行分析比对。在发生闪电的单体中，雷达回波顶高在7 km以上的有19个，占总个体数的76%。在未发生闪电的个体中，只有2个单体回波顶高达到5 km。这一结果验证了闪电活动与雷达回波顶高有着密切联系，选取回波顶高大于5 km作为将要发生闪电的预警参数，有着可靠的依据（图1～图2）。

3.3 雷达回波强度与雷达回波顶高的关系

选取27个发生闪电活动的雷暴单体个例，分析其发生闪电时雷达回波强度与雷达回波顶高之间的关系。雷达回波强度在35～45 dBZ之间时，雷达回波顶高在7～13 km之间;雷达回波强度大于45 dBZ时，雷达回波顶高在5～15 km之间。这一结果验证了闪电发生时，当雷达回波强度不强，在35～45 dBZ之间，但是回波顶高高，基本都在7 km以上时，也是能够发生闪电活动的;回波强度强在45 dBZ以上，如回波顶高不高，在5 km左右，也容易发生闪电。由此可知，在考虑铜仁地区是否发生雷电时，需要同时结合雷达回波强度和雷达回波顶高考虑，当达到其中一个指标时，需关注另一个指标值，两者同时达到时，更加能够较准确地预报雷电活动（表1）。

4 雷电活动与层结高度的关系

从2018年中选取15 d发生闪电的过程和10 d未发生闪电的过程，分别分析其层结高度的变化。当发生闪电时，0 ℃层层结高度在5 km以上的占80%，在5 km以下的只有3 d，且只有1 d低于4 km。同样，-20 ℃层层结高度也有12 d在8 km以上，有1 d达到9 km以上;当未发生闪电时，0 ℃层层结高度大都在5 km以下，只有1 d为5.2 km。同样，-20 ℃层层结高度也大都低于8 km，只有1 d高于8 km（达到8.1 km）。由此可见，0 ℃层层结高度是否在5 km以上和-20 ℃层层结高度是否在8 km以上，可作为雷暴是否发生的参考因子。