贵州省铜仁市雷电特征分析研究

贵州省铜仁市雷电特征分析研究

王棚1,陈佛斯2,许文亚1,张丹丹1,黎荣1

关键词：雷达回波；回波顶高；风暴识别追踪技术

1资料和方法

铜仁市CINRAD-CD雷达建于2012年，位置处于铜仁市川硐镇，海拔790m，最大探测范围150km。运用2015年雷达回波数据和贵州省闪电定位仪探测数据资料，重点研究多普勒雷达低仰角(0.5°仰角)探测回波强度、回波顶高(ET)、径向速度等雷达数据信息统计分析，找出铜仁市2015年夏季（6-8月）闪电区域分布情况及闪电与回波强度、回波顶高(ET)、径向速度等特征量关系，对比分析找出夏季闪电预警因子。

2雷电与雷达回波特征关系

2.1雷电与雷达回波强度特征关系

2009-2015年铜仁市雷暴日集中在4~9月，其他月份雷电较少。2015年雷电发生在2-11月，选取6-8月（夏季）雷电高发期50个回波强度达40dBz的雷暴单体雷达回波数据，其中25个是发生闪电初生的雷暴单的雷达回波数据，25个为未发生闪电的雷暴单体雷达回波数据。

雷达回波中回波强度达40dBz、对应7km以上回波顶高出现雷电概率为98%；相反，雷达回波中回波强度达到40dBz、对应7km以下回波顶高未出现雷电活动概率为98%（图1）。再通过控制变量法得出：当确定回波顶高在7km时，40dBz雷达回波强度是判定有、无雷电活动的一个很好分界线。由此得出：雷达回波强度40dBz和回波顶高7km是有、无雷电活动分界线，可以初步用来作为判定是否发生雷电的特征。

选取2015年6月1日02:58、23日20:37及30日13:383次体扫资料，由组合反射率图像及7km高度处CAPPI与该次体扫6min内探测所有地闪叠加图像发现，闪电较密集分布在圈中区域。对于选中强度＜40dBz区域，在下一时刻体扫中可能会不符合判定条件，这种情况可排除短时间内发生闪电可能。

2.2雷电与雷达回波顶高关系

雷暴云在发展过程中较强上升气流携带大量水汽向上运动，当凝结形成降水时下沉气流和上升气流相间出现。云顶发展到一定高度以上时，云中冰晶与过冷水滴同时存在，开始出现雷电，闪电发生时回波顶高都较高。选取铜仁市2015年夏10次雷达回波强度在40-55dBz雷暴单体发展过程分析，闪电发生前回波顶高基本都在8km以下，发生首次闪电后回波顶高迅速增加到10km以上，并将持续一段时间（图3），其中9个个例满足此条件，正确率达90%。

以2015年6月23日发生的一次闪电过程为例（图2），19时08分时，雷达回波强度已经超过40dBz，

此时雷达回波顶高为6km，通过三次体扫时间，19时24分回波顶高达8km，此时已经闪电定位仪监测到闪电，再经过两个体扫时间，回波顶高达11km，之后顶高慢慢降低。

3雷电与雷达速度场的特征关系

针对2015年6月23日对流云发展过程分析，对流云初始回波出现在18:58:10的3.4°仰角速度场上,回波强度＞40dBz。19:19:02对流云在0°速度场出现,最大回波强度45dBz,相同时刻对应零速度区。在随后速度图上,虽然零速度区位置调整,但还未消失过,由于雷暴单体范围较小,所以速度场上表现特征不明显。但可看出雷暴单体开始出现对流。根据闪电定位仪资料显示,19:24:35开始第一次闪电,说明闪电并不是发生在对流云发展初始阶段,从对流开始出现到发生闪电,有30min时间,为闪电预报提供了可能。综合分析多次闪电发生过程,对流开始到发生闪电间隔30min左右,所以30min作为闪电预警时间较合理,同时与40dBz回波＞7km高度时间一致。

4雷电与风暴间特征关系

对比雷达识别出的风暴与相同时段闪电定位仪监测雷电后发现：雷电集中区附近基本上都对应一个或多个风暴，位置处在风暴中心附近，但也有极少数雷电集中区没有风暴对应，可能是风暴强度较弱或处在发展阶段，未达到风暴标准，反之也有少数风暴没有集中雷电与其对应。目前我省布网的闪电定位系统监测的雷电为二维空间，对其生消合并演变难以把握，而雷达可探测到风暴三维结构，对风暴移动预报及合并消亡识别具有优势，并且雷达风暴识别追踪技术自美国多普勒雷达全美国布网后不久在业务中使用并多次完善，技术成熟。所以在对雷电临近外推中希望借助其对应风暴移动及生消预报雷电，但风暴与雷电在移动趋势上，中心不重合但接近，移动方向基本一致，17日16时09分首次监测到闪电，此风暴以每秒22km速度向80°移动，呈稳定发展趋势,23时51分后风暴超出雷达探测范围。可见雷电集中区移动与风暴移动较一致，移速也基本接近。

5结论

①雷达回波强度40dBz和回波顶高7km是有、无雷电活动分界线，可初步作为判定是否发生雷电的特征。

②选取多个雷暴单体发生闪电过程研究，发现闪电发生后回波顶高极速增加，大都超过8km。

③研究典型发生闪电雷暴单体与速度场关系，发现速度场信息对对流性天气有很好指示作用，从对流开始出现到发生闪电，间隔30min左右,可作为闪电预警时间,同时与40dBz回波超＞7km高度时间一致。

④雷电集中区基本与雷达探测风暴对应，雷电集中区中心在风暴中心附近，二者移动方向基本一致，移速接近，采用风暴识别追踪技术可得到风暴移向移速及生消，得到匹配雷电集中区移向和移速。但闪电定位仪中有些位置有偏差，还有些零星闪电位置难排除，如果能排除位置偏差和零星闪电，预报技术会更一步提高。

参考文献

[1]刘学谷,陈景堃.雷电的产生原因及预防雷电灾害的相关措施探讨[J].农业与技术,2016,36(8).

[2]赵伟,童杭伟,张俊,等.浙江省雷电时空分布特征及影响因素分析[J].电网技术,2013,37(5).

第一作者简介：王棚（1993-）；汉，重庆市江津区先锋镇人；大学本科；助理工程师，从事综合气象业务工作。