基于雷达资料的雷电特性分析及雷电预警

基于雷达资料的雷电特性分析及雷电预警

黄月清陈艺宏林溪猛

黄月清陈艺宏林溪猛

福建省漳州市气象局福建漳州363000

摘要：本文利用福建省雷达资料分析研究了该省闪电活动与雷达回波强度、顶高及垂直液体含水量VIL的关系，并通过分析找出可作为雷暴预警的依据因子，旨在为提高雷暴监测预报预警水平提供参考。

关键词：雷达回波；雷达回波顶高；雷达回波强度；垂直液体含水量值；预报预警引言雷电是联合国国际减灾十年活动中最严重的十大自然灾害之一，具有突发性强、持续时间短、危害严重等特点，属于中小尺度天气系统。为进一步提高雷电灾害预测预报水平，准确预报雷电发生时间和地点，国内外大量学者结合多种探测资料对雷电活动进行了大量研究和预报，其中黄延刚等针对雷暴云演变利用闪电定位系统及多普勒雷达资料分析得出，雷暴云成熟、消散阶段，雷达回波强度＞40dBz、垂直液体含水量VIL值≥20kg/㎡对应的区域为雷电发生区，其周围可形成一个小范围闪电密集区；Brandon等研究得出-10℃层结高度40dBz回波强度可作为初次地闪发生的最佳预测因子；王飞等通过对北京夏季20个单体过程综合分析得出，40dBz可作为该地区雷电预警的一个雷达回波特征参量。本文利用福建省雷达资料分析研究了该省闪电活动与雷达回波强度、顶高及垂直液体含水量VIL的关系，并通过分析找出可作为雷暴预警的依据因子，以此提高雷暴监测预报预警水平，及时采取有效防雷减灾措施，降低雷电灾害损失。

1雷电与雷达回波特征的关系1.1雷电活动与雷达回波强度对流层温度通常随大气层高度的上升而降低，因此在闪电发生前后某一温度层高度范围内雷达回波强度势必表现出一定的特征量变化。据国内外大量研究文献统计得出，经普遍学者认可，40dBz为雷达回波强度值，但根据不同地理环境及时可能存在所选取高度和温度层的不同。对多年福建省雷电日数统计得出，年平均雷暴活动时间北部及西部地区较沿海地区约长1个月，个别年份初雷日最早可出现在1月上旬，最晚在12月31日结束，龙岩市年雷暴日数最多，为100d，南平、福州相对偏少，分别为89d、78d，厦门市相比偏少较多，为42.5d；每年的3~9月为雷电多发期，以7~8月雷电日数发生最为频繁，其次为6月，其中7~8月雷电日数内陆山区＞13d，沿海地区＜10d，而南平北部及闽西地区高达16d。本文选取6~8月雷电日数相对集中期多个雷暴单体中100例雷达回波数据，其中分别为50例无闪电发生雷达数据、50例初次闪电发生时雷达数据，鉴于雷达9个仰角观测数据、垂直方向回波数据稀疏限制，分别将水平、垂直方向上的雷达回波数据进行双线性插值获取各个回波强度反映在垂直方向上的发展高度，对这些雷达回波强度在垂直方向上的发展高度变化特征分析可知，接近于7km高度处40dBz回波顶高是有、无雷电发生的分界线，这与大量国内外学者研究文献中40dBz为雷达回波强度值基本一致，可用于判断当地是否会出现雷电的一个特征参量。

1.2雷电与雷达回波顶高及速度场雷暴云发展演变过程中产生较强的上升气流可携带大量水汽出现上升运动，当大量水汽在向上运动过程中凝结形成降水时，就会交替出现下沉气流和上升气流。当云顶发展至一定高度时，同时存在云中冰晶和过冷水滴，并开始出现雷电。可见，雷电发生时雷达回波顶高处于较高层。选取7~8月份强对流天气过程中10个雷暴单体发展过程对闪电发生前后雷达回波顶高分布情况作分析得出，闪电发生前回波顶高基本上都分布在8.5km及以下，第一次闪电发生时雷达回波顶高上升至10km及以上达到了90%，仅有1例特殊情况。

分析对比雷暴天气发生雷电前雷达站50km范围内速度场图像得出，低层风场产生辐合上升运动，朝向雷达的负速度区面积较离开雷达的正速度区面积偏大等是有利于雷电产生的主要特征，在这种强上升气流不断作用下，雷电产生并发展，其中雷达站50km距离圈内朝向雷达的负速度区面积大于离开雷达的正速度面积表明低层风场呈暖平流及辐合特征，是有利于雷电发生发展的有力的动力条件。雷暴天气发生过程中，雷达速度图像显示明显的速度逆风区，而且出现的多个逆风区对应强回波区，逆风区中大气湍流不断加强，致使大气不稳定性加剧，这对于对流系统的抬升并发展十分有利。

1.3雷电与垂直液体含水量VIL利用雷达回波VIL可对强对流天气造成的暴雨、冰雹等灾害性天气进行有效判别，而一些学者也提出了运用VIL预报雷电的看法，其中洪景山等在2002年的地闪与雷达回波参数个案研究中提出闪电频数与VIL峰值有着很好的对应关系，冯桂力等在研究雹暴过程中闪电活动与降水结构时初步得出闪电频数与冰水含量之间存在线性关系。

选取7~8月份多普勒天气雷达及闪电资料中10次雷暴天气数据，对其中60次连续体扫观测资料进行每个雷暴单体发展变化的整个生命过程VIL值变化得出VIL产品定量统计，雷电发生前，VIL值的最大值均达到了25kg/㎡，而且第一次闪电发生时的VIL值均＞40kg/㎡，其中有5次VIL值＞45kg/㎡，有45次初闪发生时VIL值出现明显的跃增，且跃增幅度＞15，当闪电分布密集的同时VIL值也达到了峰值。

对2009年7月6日福建省出现强雷暴天气的整个闪电演变过程中分析得出频数分布曲线与对应时刻的VIL变化曲线，从中可知，当VIL值达到40km/㎡时出现闪电现象，VIL值达到峰值时对应时刻的闪电频数也达到了最大，之后随着VIL值下降至40kg/㎡后，雷电活动减弱并趋于消亡。可见，垂直液态水含量VIL值为25kn/㎡可作为发生雷电的预警因子，VIL值为40kn/㎡为雷电发生识别的一个阈值。

2雷达资料对雷电预警的实现方法通过上述对雷达回波强度及液态水含量VIL与雷电发生演变过程的分析得出，40dBa发展到7lm以上、垂直液态水含量VIL值＞25kg/㎡是判断一个孤立单体是否能发展成为雷暴以及对雷暴单体中初次闪电发生时间段作出预报及预警的因子。在对雷电进行预报预警时，可遵循以下两大步骤：一是初步判断单体发展成为雷暴的可能性；二是判断单体是否能最终发展成为雷暴，并预报处单体中初次闪电的发生时间段。

根据但体重40dBz回波顶高是否能突破0℃层结高度并维持一定时间作为单体是否会发展成为雷暴的判断依据，当40dBz回波顶高突破0℃层结高度且维持在这一高度之上一定的时间时，这一单体发展成为雷暴的可能性极大，反之，如果单体40dBz回波顶高始终无法突破0℃层结高度或很短时间突破这一高度并未满足持续维持时，即可判断该单体仍为非雷暴单体。而且即使满足了第一条判断依据，也不能完全判断出该单体就一定最终发展成为雷暴，而且发生初次闪电还需要参考其他特征参量进行判断，当40dBz回波顶高能够进一步突破-10℃层冻结高度时即可发展成为雷暴单体，并且可在该次体扫后15分钟内发生初次闪电。

参考文献[1]黄延刚，顾松山，杨才文，等.一次强对流过程中的闪电特征分析[J].广东气象，2007，,2（3）[2]洪景山.云对地闪和雷达回波参数之相关：个案研究[J].大气科学（台湾），2001,1（1）（上接第418页）（二）绿色环保、污染小随着全球环境的日益恶化，人们逐渐开始对生态环保的重要性放在了首位。传统的很多墙体节能材料虽然保温效果较好，但很多材料在使用完之后是不可回收再利用的，而且有的材料对环境的污染还很大，因此研究对社会环境污染小、绿色低碳环保的新型墙体保温材料是另一个突破点。

（三）具备多种功能传统的保温材料有的保温效果好，但容易老化；而有的材料虽然耐腐蚀抗疲劳，但在保温性能方面又有一些差异。因此，如何将传统旧保温材料的诸多优点融合在一起，研制出一种保温性能好、耐腐蚀、抗老化、防火性强的复合保温材料将会是未来的研究重点。

结语综上，随着国家节能减排的大力推广，开发绿色、环保、无污染的新型复合保温材料将会是未来的新经济增长点。在未来的发展方向中，如何将保温材料的保温性能做进一步的提高，同时又在其他性能方面做出突破，从而研制出更多的新型复合保温材料将会是未来一个新的研究突破点。

第一作者简介：黄月清，（1984年-）女，汉族，福建龙海人，大学本科，助工，从事雷电预警工作。