閩西南連續(xù)兩次降雹過(guò)程的閃電特征分析

何清芳，江 帆，林夢(mèng)凡

(福建省龍巖市氣象局，龍巖 364000)

0 引言

強(qiáng)對(duì)流天氣屬中小尺度天氣系統(tǒng)，空間尺度小，生命史短暫。強(qiáng)對(duì)流天氣經(jīng)常伴隨著強(qiáng)雷電、大風(fēng)(≥17.2 m/s)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水(≥20 mm/h)出現(xiàn)，是破壞力極強(qiáng)的災(zāi)害性天氣之一。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)技術(shù)開展了大量的研究，MacGorman[1]等通過(guò)對(duì)15次雷暴過(guò)程進(jìn)行分析，得出正地閃占主導(dǎo)地位時(shí)，往往伴隨著較大的冰雹出現(xiàn)；馮桂力[2]研究了10次雹暴過(guò)程閃電分布及演變特征，發(fā)現(xiàn)在雹云快速發(fā)展階段，地閃頻數(shù)存在明顯的“躍增”，在整個(gè)降雹階段正地閃活動(dòng)非?；钴S，降雹天氣過(guò)程的正地閃比例較高；李永果[3]對(duì)山東6次冰雹過(guò)程的閃電及雷達(dá)特征進(jìn)行了分析，研究表明雹前2 h正閃電迅速增加，正閃占總地閃50%以上，雹后迅速減弱，閃電基本分布在雷達(dá)回波內(nèi)，閃電密集區(qū)移動(dòng)對(duì)冰雹天氣可以起到預(yù)警作用；王婷波[4]等對(duì)背景地區(qū)暴雨和雹暴過(guò)程的閃電特征進(jìn)行了對(duì)比分析，研究發(fā)現(xiàn)雹暴過(guò)程地閃頻次與正地閃的比例均高于暴雨過(guò)程。

龍巖地區(qū)(即閩西南)所處地理位置特殊、地形地貌復(fù)雜，因此春季雷暴天氣頻發(fā)，伴隨強(qiáng)雷電、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣帶來(lái)嚴(yán)重影響。文章對(duì)2019-04-26閩西地區(qū)發(fā)生的1次強(qiáng)對(duì)流天氣中的連續(xù)兩次降雹過(guò)程的雷達(dá)資料及閃電特征進(jìn)行分析，以期為強(qiáng)對(duì)流天氣的臨近預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料與方法

文章所使用的資料主要包含冰雹發(fā)生當(dāng)日的高空和地面天氣資料、龍巖S波段天氣雷達(dá)資料及福建省ADTD三維閃電定位資料。

福建省ADTD三維閃電定位系統(tǒng)共15個(gè)探測(cè)站對(duì)全省進(jìn)行組網(wǎng)探測(cè)(其中龍巖市包含龍巖、武平兩個(gè)站)，可24 h對(duì)閃電活動(dòng)進(jìn)行探測(cè)。閃電定位儀探測(cè)器對(duì)閃電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)，中心數(shù)據(jù)處理站對(duì)閃電回?fù)籼綔y(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)交匯處理，以獲取閃電發(fā)生的時(shí)間、位置(經(jīng)緯度)、強(qiáng)度、極性等閃電參數(shù)。文章參考江曉玲、李穎、柴瑞等對(duì)閃電定位資料的統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)matlab工具選取冰雹天氣發(fā)生地(武平帽布村、長(zhǎng)汀四都鎮(zhèn))所在測(cè)站10 km半徑范圍內(nèi)云地閃電發(fā)生的頻次、強(qiáng)度等作為閃電參數(shù)進(jìn)行分析。

2 天氣環(huán)流背景

2019-04-26T08：00，500 hPa高空槽東移入海，龍巖市位于槽底，受冷空氣從東路滲透南下影響，兩廣一帶為西南氣流控制，有短波槽自廣西向東移，逐漸靠近龍巖市；700 hPa龍巖市受西南氣流風(fēng)速輻合影響；850 hPa暖切從沿海一帶北抬影響龍巖市。從08：00廈門站探空?qǐng)D來(lái)看，存在不穩(wěn)定條件、上干下濕、垂直風(fēng)切變，且0°層高度為4744 m，-20°層高度為7560 m；贛縣站探空?qǐng)D同樣存在不穩(wěn)定條件、垂直風(fēng)切變，且上干下濕更為明顯，0°層高度為4580 m，-20°層高度為7540 m；可見龍巖市上游對(duì)流條件較好，且有利于冰雹天氣的發(fā)生。11：00—14：00龍巖市近地層處在西北、東北及西南3股氣流輻合區(qū)，且西南氣流較強(qiáng)，低層暖氣北抬影響，配合較好的對(duì)流條件，11：40左右在武平縣大禾鎮(zhèn)帽布村形成1次降雹過(guò)程，雹云在偏南氣流的引導(dǎo)下，繼續(xù)北上影響龍巖市西北部長(zhǎng)汀，12：50左右在長(zhǎng)汀四都鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹天氣。兩次降雹過(guò)程給武平、長(zhǎng)汀煙葉帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失，受災(zāi)面積約100畝。

3 閃電活動(dòng)特征分析

3.1 閃電時(shí)空分布特征

根據(jù)福建省氣象局ADTD閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，2019-04-26T08：00—2019-04-26T20：00龍巖市共監(jiān)測(cè)到14，082次閃電，其中云閃5234次、地閃8884次(占總閃的63%)，地閃包含6966次負(fù)地閃及1882次正地閃，整個(gè)過(guò)程以負(fù)地閃為主。從閃電強(qiáng)度的空間分布可知，強(qiáng)度較強(qiáng)的區(qū)域主要集中在中南部，最強(qiáng)可達(dá)21.4 kA，這與風(fēng)速、風(fēng)向輻合區(qū)主要位于中南部一帶有關(guān)；從閃電頻次空間分布可知，全市均有閃電發(fā)生，26日的閃電密集區(qū)主要分布于中部，這主要是受午后切變南壓、西南氣流加強(qiáng)影響。武平和長(zhǎng)汀降雹區(qū)閃電頻次空間分布為1～3 次/km，閃電強(qiáng)度17.8～18.3 kA。

3.2 閃電與雷達(dá)回波之間的關(guān)系

武平帽布村冰雹天氣受局地回波發(fā)展加強(qiáng)影響，10：05—10：55為系統(tǒng)初始發(fā)展階段，11：10—11：22為雹暴發(fā)展旺盛階段，11：30—11：38為雹暴發(fā)展成熟階段，11：40出現(xiàn)降雹天氣，11：40—11：55為減弱階段。將武平雹暴(以下簡(jiǎn)稱雹暴1)每12 min閃電頻數(shù)與雷達(dá)回波進(jìn)行疊加分析，10：05回波未發(fā)展，武平境內(nèi)有閃電發(fā)生，10：55在武平西部有局地回波發(fā)展，在回波周圍有閃電活動(dòng)，分布于回波移動(dòng)方向前部、回波強(qiáng)度≤35 dBz的層狀云區(qū)域；11：10—11：22回波向偏北方向移入武平帽布村，并逐漸加強(qiáng)，強(qiáng)回波可達(dá)60 dBz，同時(shí)閃電活動(dòng)加強(qiáng)，以負(fù)地閃為主，負(fù)地閃分布區(qū)域逐漸向強(qiáng)中心靠近，分布在回波強(qiáng)度≤40 dBz的區(qū)域，正地閃相對(duì)前期明顯增多，且正地閃分布于回波強(qiáng)度30～55 dBz區(qū)域，這主要與強(qiáng)盛的上升氣流有關(guān)[5，6]；11：38強(qiáng)回波區(qū)影響帽布村，強(qiáng)回波中心為58 dBz，帶來(lái)降雹天氣，閃電頻次增多，主要分布在回波強(qiáng)度為30～55 dBz的強(qiáng)回波與層狀云過(guò)渡區(qū)，以負(fù)閃居多；而后回波減弱，北移移出帽布村。

長(zhǎng)汀冰雹天氣主要受強(qiáng)回波移入影響，將長(zhǎng)汀雹暴(以下簡(jiǎn)稱雹暴2)每12 min閃電頻數(shù)與雷達(dá)回波進(jìn)行疊加分析。12：27—12：40為系統(tǒng)發(fā)展旺盛階段，強(qiáng)回波從南部逐漸北上移入四都鎮(zhèn)，閃電發(fā)生頻次較多，主要分布在回波強(qiáng)度30～55 dBz的強(qiáng)回波與層狀云回波過(guò)渡帶，與武平帽布村相同，該時(shí)段正地閃明顯增多；12：50為發(fā)展成熟期，強(qiáng)回波影響四都鎮(zhèn)，最強(qiáng)回波達(dá)58 dBz，帶來(lái)降雹天氣，閃電頻數(shù)增多，以負(fù)閃為主，主要分布在強(qiáng)回波區(qū)域及其前沿層狀云區(qū)；13：11強(qiáng)回波減弱、閃電頻次減少。

3.3 閃電頻數(shù)、強(qiáng)度隨時(shí)間變化

從地閃頻數(shù)隨時(shí)間變化特征來(lái)看(圖1a、圖1b)，在降雹前10～20 min，即雹暴發(fā)展旺盛階段，正地閃頻數(shù)增加，同時(shí)伴有負(fù)地閃頻數(shù)下降，正地閃比例達(dá)到最大值，雹暴1、雹暴2正地閃占比分別為52%、78%；降雹出現(xiàn)在雹暴成熟階段，閃電頻數(shù)在雹暴成熟階段出現(xiàn)明顯的躍增現(xiàn)象，其中雹暴1增幅為17次/5 min；雹暴2增幅為12次/5 min；降雹開始后，閃電頻數(shù)隨之減少。

從圖1(c)、1(d)可以看出，雹暴1與雹暴2正負(fù)地閃強(qiáng)度呈多峰分布，在降雹前或降雹時(shí)正地閃平均強(qiáng)度達(dá)到最大值，分別為19.2 kA、11.7 kA；負(fù)地閃強(qiáng)度平均強(qiáng)度變化較小，最大強(qiáng)度絕對(duì)值在降雹前10～20 min逐漸減小，降雹結(jié)束后達(dá)到最大值。

圖1 正負(fù)地閃頻數(shù)隨時(shí)間分布特征：(a)雹暴1正負(fù)地閃頻數(shù)隨時(shí)間變化；(b)雹暴2正負(fù)地閃頻數(shù)隨時(shí)間變化；(c)雹暴1正負(fù)地閃強(qiáng)度隨時(shí)間分布；(d)雹暴2正負(fù)地閃強(qiáng)度隨時(shí)間分布

從云閃、地閃頻數(shù)隨時(shí)間變化的分布特征可知，在降雹前10～20 min(即雹暴發(fā)展旺盛階段)，地閃頻數(shù)下降，云閃頻數(shù)增加，且云閃頻數(shù)所占比例達(dá)到100%，這主要是由于強(qiáng)回波中心被抬升到較高的高度，云內(nèi)大部分地閃轉(zhuǎn)為云閃[7]；在雹暴快速發(fā)展階段，有降水粒子開始下降，增加了云內(nèi)粒子碰撞概率，云閃及地閃頻數(shù)均逐漸增加；降雹開始后，閃電頻數(shù)隨之減少。由此可見，云閃頻數(shù)增加且所占比例達(dá)100%時(shí)對(duì)冰雹有一定指示作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

2019-04-26在槽前西南氣流及冷空氣影響下，龍巖西部出現(xiàn)連續(xù)兩次降雹過(guò)程，文章利用天氣雷達(dá)及閃電定位資料對(duì)武平帽布村及長(zhǎng)汀四都鎮(zhèn)發(fā)生的冰雹天氣的閃電特征進(jìn)行了分析總結(jié)，對(duì)雷電參量在強(qiáng)對(duì)流天氣中的預(yù)警預(yù)報(bào)具有一定參考作用，但由于個(gè)例較少，分析具有一定局限性。雹暴過(guò)程中動(dòng)力和冰相變化是十分復(fù)雜的，在后期研究中還需對(duì)更多個(gè)例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，做進(jìn)一步研究總結(jié)。