銅仁市雷電活動與雷達(dá)資料的相關(guān)分析

石薇 廖洪敏 何為 羅俊祎

摘要 為了提高銅仁市雷電預(yù)警的提前量和準(zhǔn)確率，降低因雷電天氣給當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活帶來的損失。選取銅仁市多普勒雷達(dá)回波數(shù)據(jù)，結(jié)合閃電定位儀，分析發(fā)生閃電和未發(fā)生閃電時雷達(dá)資料。結(jié)果表明：（1）雷達(dá)反射率因子≥35 dBZ時，可作為銅仁地區(qū)預(yù)報閃電發(fā)生的因子之一;（2）雷電的產(chǎn)生除了與雷達(dá)反射率因子有關(guān)外，還與回波頂高有著密不可分的聯(lián)系;（3）0 ℃和-20 ℃層結(jié)高度達(dá)到對應(yīng)值時，也可作為雷電的預(yù)警因子。

關(guān)鍵詞 雷電;雷達(dá)資料;雷電預(yù)警

中圖分類號：P427.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）09–0031–02

雷電的產(chǎn)生往往伴隨著閃電和雷鳴，其危害程度僅次于暴雨洪澇、山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，因此雷電災(zāi)害已被聯(lián)合國列為“最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一”，被國防電工委員會稱為“電子時代的一大公害”[1]。由于雷電的危害不容小覷，近年來，國內(nèi)外學(xué)者對雷電的研究很多。劉敏等[2]分析了二次回波和K指數(shù)對雷電產(chǎn)生的指示作用，經(jīng)過統(tǒng)計對比得出雷達(dá)回波的二次出現(xiàn)可以作為雷電天氣預(yù)報預(yù)警的一個指標(biāo)，當(dāng)K指數(shù)≥30 ℃時，可提前對雷電天氣進(jìn)行預(yù)報預(yù)警。羅樹如等[3]通過江西南昌的一次強(qiáng)對流天氣過程的多普勒天氣雷達(dá)探測資料和同時期的雷電參數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，雷電的頻度變化可以作為對風(fēng)暴的形成、發(fā)展、消亡預(yù)報的一項指標(biāo)，通過統(tǒng)計雷電極性分布，可以判斷出強(qiáng)對流天氣的性質(zhì)。在研究雷電活動與雷達(dá)回波關(guān)系中，言穆弘等[4]通過利用觀測資料和模擬計算得出，在-10 ℃和-20 ℃高度處，對雷電活動的影響很大。Maribel等[5]研究了14個對流單體后指出，單體回波中回波強(qiáng)度在40 dBZ以上且回波頂高必須在7 km以上時才會產(chǎn)生雷電。Brandon等[6]將40 dBZ作為指示雷電發(fā)生的一個雷達(dá)回波特征參量，并將-10 ℃和-15 ℃層結(jié)高度作為初次地閃發(fā)生的預(yù)測因子;Hondl等[7]通過分析多次雷暴過程發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)在凍結(jié)層附近探測到的反射率因子為10 dBZ的回波可以作為雷暴初生的特征參量。

在銅仁地區(qū)，雷電是一年四季中最常發(fā)生的災(zāi)害性天氣之一，但其預(yù)報預(yù)警準(zhǔn)確率仍然不高，為了更加準(zhǔn)確地預(yù)報雷電發(fā)生的時間和地點，將雷電造成的各種損失降到最低。通過研究分析銅仁市2016—2018年雷達(dá)回波數(shù)據(jù)和閃電定位資料，能夠發(fā)現(xiàn)雷電活動的時空分布與雷達(dá)回波相關(guān)參數(shù)的特征量關(guān)系，并將此關(guān)系作為對雷電預(yù)警發(fā)布的一項重要指標(biāo)，提升雷電預(yù)警的準(zhǔn)確率和發(fā)布提前量，把氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)工作做得更好。

1 數(shù)據(jù)來源

本次研究所用的雷達(dá)數(shù)據(jù)均來自銅仁Doppler雷達(dá)SA格式數(shù)據(jù)，閃電資料則通過貴州省閃電定位儀探測網(wǎng)獲取。

2 雷電時空特征

2.1 銅仁市雷電時間分布

銅仁地區(qū)的雷電活動從3月開始逐漸進(jìn)入活動頻繁期，8月達(dá)到最強(qiáng)，12月最弱。主要集中在夏季（約占全年總雷電活動的53%），春季次之（約占全年總雷電活動的31%），第三是秋季，冬季最弱。一天內(nèi)，雷電活動在下午是高發(fā)期（占一天雷電活動的24%），其次是傍晚（占一天雷電活動的20%）。

2.2 銅仁市雷電空間分布

挑選一年中雷電活動較頻繁的月份（5—8月）分析雷電活動的空間分布。在整個銅仁地區(qū)，松桃北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)極易發(fā)生雷電活動，其次是沿河的東北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，玉屏縣和萬山區(qū)是雷電活動發(fā)生最少的區(qū)（縣）。

3 雷電活動與雷達(dá)回波強(qiáng)度及回波頂高的關(guān)系特征

3.1 雷電活動與雷達(dá)回波強(qiáng)度關(guān)系

分別從2016—2018年中選取3次雷電活動較強(qiáng)的雷電天氣過程，從中挑選30個發(fā)生閃電的雷暴單體和10個未發(fā)生閃電的雷暴單體的雷達(dá)回波強(qiáng)度個例進(jìn)行分析對比。從選取的30個發(fā)生閃電的雷暴單體來看，大于35 dBZ單體的個數(shù)占所選個數(shù)的86%。而在未發(fā)生閃電的單體中，只有一個剛剛達(dá)到35 dBZ，其余都在35 dBZ以下。這一結(jié)果的驗證，對銅仁地區(qū)來說，雷達(dá)回波強(qiáng)度大于35 dBZ可作為預(yù)報雷電發(fā)生的參考值。

3.2 雷電活動與雷達(dá)回波頂高關(guān)系

在上文選取的雷電天氣過程中，挑選25個發(fā)生閃電的雷暴單體和15個未發(fā)生閃電的雷暴單體的雷達(dá)回波頂高個例進(jìn)行分析比對。在發(fā)生閃電的單體中，雷達(dá)回波頂高在7 km以上的有19個，占總個體數(shù)的76%。在未發(fā)生閃電的個體中，只有2個單體回波頂高達(dá)到5 km。這一結(jié)果驗證了閃電活動與雷達(dá)回波頂高有著密切聯(lián)系，選取回波頂高大于5 km作為將要發(fā)生閃電的預(yù)警參數(shù)，有著可靠的依據(jù)（圖1～圖2）。

3.3 雷達(dá)回波強(qiáng)度與雷達(dá)回波頂高的關(guān)系

選取27個發(fā)生閃電活動的雷暴單體個例，分析其發(fā)生閃電時雷達(dá)回波強(qiáng)度與雷達(dá)回波頂高之間的關(guān)系。雷達(dá)回波強(qiáng)度在35～45 dBZ之間時，雷達(dá)回波頂高在7～13 km之間;雷達(dá)回波強(qiáng)度大于45 dBZ時，雷達(dá)回波頂高在5～15 km之間。這一結(jié)果驗證了閃電發(fā)生時，當(dāng)雷達(dá)回波強(qiáng)度不強(qiáng)，在35～45 dBZ之間，但是回波頂高高，基本都在7 km以上時，也是能夠發(fā)生閃電活動的;回波強(qiáng)度強(qiáng)在45 dBZ以上，如回波頂高不高，在5 km左右，也容易發(fā)生閃電。由此可知，在考慮銅仁地區(qū)是否發(fā)生雷電時，需要同時結(jié)合雷達(dá)回波強(qiáng)度和雷達(dá)回波頂高考慮，當(dāng)達(dá)到其中一個指標(biāo)時，需關(guān)注另一個指標(biāo)值，兩者同時達(dá)到時，更加能夠較準(zhǔn)確地預(yù)報雷電活動（表1）。

4 雷電活動與層結(jié)高度的關(guān)系

從2018年中選取15 d發(fā)生閃電的過程和10 d未發(fā)生閃電的過程，分別分析其層結(jié)高度的變化。當(dāng)發(fā)生閃電時，0 ℃層層結(jié)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。同樣，-20 ℃層層結(jié)高度也有12 d在8 km以上，有1 d達(dá)到9 km以上;當(dāng)未發(fā)生閃電時，0 ℃層層結(jié)高度大都在5 km以下，只有1 d為5.2 km。同樣，-20 ℃層層結(jié)高度也大都低于8 km，只有1 d高于8 km（達(dá)到8.1 km）。由此可見，0 ℃層層結(jié)高度是否在5 km以上和-20 ℃層層結(jié)高度是否在8 km以上，可作為雷暴是否發(fā)生的參考因子。