一次雹暴过程的地闪特征分析

沙漠与绿洲气象　Ｄ。。。。ｅ。。。。ｓ。。。ｅ。。　ｒ　。ｔ　。。ａ。。。ｎ。。。。ｄ。。。。。Ｏ。。。。。ａ。。。。ｓ。。ｉ。。。ｓ。。。。。Ｍ。。　。　ｅ　’ｔ’’　ｅ。。。ｏ。。。ｒ。。。ｏ。。。ｌ。。ｏ。。。ｇ——ｙ　第９卷第４期　

２０１５年８月　

黄俊杰，苟阿宁，阮羚．一次雹暴过程的地闪特征分析［Ｊ］．沙漠与绿洲气象，２０１５，９（４）：３２—３６　ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００２－０７９９．２０１５．０４．００５　

一次雹暴过程的地闪特征分析　黄俊杰　，苟阿宁　，阮羚１，２　（１．国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北武汉４３００７７；２．国家电网公司高压电器设备现场实验技术重点实验室　湖北武汉４３００７７；３．武汉中心气象台，湖北武汉４３００７４）　

摘要：跟踪鄂西北一次雹暴的发生、发展和消亡过程，综合利用湖北ＡＤＴＤ型二维地　闪定位系统和多普勒天气雷达资料，针对地闪频数演变与雷达资料（ＣＲ、ＶＩＬ、ＥＴ）之间的相　互关系进行了分析。结果表明：（１）雹暴生命史不同阶段地闪频数及所处位置不同，本次雹　暴过程以负地闪为主，零星正地闪出现在雹暴减弱消亡阶段。（２）降雹发生前，ＣＲ和ＥＴ　呈线性增长且ＣＲ增加到６５　ｄＢｚ以上，同时ＶＩＬ增加到２５　ｋｇ・ｍ～，地闪维持较高频数。ＣＲ　和ＥＴ骤减且ＣＲ下降到６０　ｄＢｚ以下，同时ＶＩＬ略增后骤减，伴随地闪频数骤增到峰值，降　雹结束。（３）正、负地闪均分布在雹暴附近２５～５５　ｄＢｚ区域，≥６５　ｄＢｚ的降雹区域地闪很少　发生。　关键词：雹暴；雷达回波；负地闪　中图分类号：Ｐ４２７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００２—０７９９（２０１５）０４—００３２—０５　

冰雹、雷雨大风和短时强降水等强对流天气发　生时往往伴随着强烈的闪电。随着ＡＤＴＤ型二维地　闪探测定位系统的投入使用，综合运用雷达资料和　闪电资料等进行强对流预报是短时临近预报的有效　途径之一　。易笑园等阎分析了一次中尺度对流系　统（ＭＣＳ）的地闪活动特征及与雷达资料的关系，认　为在强雷暴演变过程中ＣＲ＞６０　ｄＢｚ的强回波区域　地闪总数很少。郑栋等［６１综合利用ＳＡＦＩＲ３０００型三　维闪电资料与雷达资料结合对北京一次冰雹过程　的闪电活动和电荷结构演变特征进行了分析。张腾　飞Ｉ７Ｊ利用闪电监测资料和多普勒天气雷达探测资料　对２００７年汛期强对流暴雨的闪电和雷达回波特征　及相关性进行了分析，指出强对流暴雨的闪电活　动和强回波区有较好的对应关系，闪电一般发生　收稿日期：２０１４—１０—１６；修回日期：２０１５—０４—２７　基金项目：湖北省电力公司科技项目“基于卫星遥感和气象数据的　输电系统典型风险分析及防灾关键技术研究”　（１５ＫＪ０２９９０１Ｃ２０１１９２０１４００００）。　作者简介：黄俊杰（１９７６一），男，高级工程师，从事电力设备信息系统　建设及评价、输电线路防灾预警等方面工作。Ｅ—ｍａｉｌ：　ｈｕａｎｇｊｊｈｗｂ＠ａｌｉｙｕｎ．ｔｏｍ　通讯作者：苟阿宁（１９７９一），女，高级工程师，从事短时临近预报及其　研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ａｎｉｎｇＯ７７０＠１６３．ｔｏｍ　在反射率因子≥３０　ｄＢｚ和回波顶高≥９　ｋｍ的区域。　文献　明统计分析不同灾种的强对流天气与闪电活　动关系，结果表明冰雹产生的正地闪数量和负地闪　相当甚至超过负地闪，降雹天气过程的正地闪比较　高，在正地闪频数增加的同时负地闪频数下降。　强对流天气的地闪频数及空间分布除与天气系　统的类型密切相关外，还与不同灾种强对流天气生　命史各阶段的特征演变及对流的强弱等有关。本文　利用多普勒天气雷达资料、地闪定位系统探测的闪　电资料及常规观测资料等，对鄂西北一次雹暴过程　的地闪特征及地闪频数与雷达资料（组合反射率　ＣＲ、回波顶高ＥＴ、垂直积分液态含水量ＶＩＬ）的相互　关系进行了分析，寻找雹暴生命史不同阶段地闪频　数和雷达资料演变特征的相互关系，以期为湖北雹　暴等强对流天气预报预警提供参考。　

１天气实况和资料介绍　１．１天气实况　２０１２年６月２３日１５：００（北京时，下同），鄂西　北房县和神农架遭受风雹袭击（图１）。其中房县九　道乡境内８个村遭受不同程度的大风、暴雨、冰雹袭　击。神农架红坪镇板仓村、红举村局部遭受大雨、冰　沙漠与绿洲气象　Ｄｅｓｅｒｔ　ａｎｄ　Ｏａｓｉｓ　Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ　第９卷第４期　

２０１５年８月　

器　簧　器　荨　昌　蛊　窖　兽　＝　蠹　高　器　器　荨　星　蹿　冒　兽　呻　０　

时间／ｈｈ：ｍｍ　

图３雹暴生命史阶段的地闪频数演变　（方框为降雹阶段）　

出现了第一次跃增，１４：４４降雹开始，１５：０８降雹结　束。降雹期间地闪维持较高频数，降雹结束后，地闪　出现了大幅跃增并达到峰值，且正、负地闪峰值均出　现在雹暴的减弱消亡阶段。正地闪在１５：１４—１５：２６　表现活跃，正地闪比例有所上升。　３．２地闪频数和雷达回波演变关系　组合反射率（ＣＲ）、回波顶高（ＥＴ）、垂直积分液　态含水量（ＶＩＬ）和地闪频数的演变如图４所示。可　以看到，雹暴发展阶段地闪不连续增加，而ＣＲ为持　续增加，１４：４４雹暴的ＣＲ值达到６０　ｄＢｚ，降雹开始。　１４：５０高达７０　ｄＢｚ，持续４个体扫之后１５：０８　ＣＲ下　降到６０　ｄＢｚ以下，降雹阶段的地闪频数维持在２Ｏ　次・６　ｍｉｎ　以上，没有正地闪出现。１５：１４　ＣＲ维持在　５５　ｄＢｚ左右，地闪频数跃增到５３次・６　ｍｉｎ～，可见　ＣＲ值从６５　ｄＢｚ跃减￣１］６０　ｄＢｚ以下，预示雹暴进入　减弱消亡阶段，地闪频数同时跃增，降雹结束。１５：１４　之后ＣＲ值维持在４０～５５　ｄＢｚ，地闪频数１５：２６骤　减，之后呈间歇性下降直至完全消失。另外，１４：５６　ＣＲ值超过７５　ｄＢｚ并继续增大的时刻，地闪频数反　而出现了下降，可见降雹阶段的地闪频数并不是随　ＣＲ线性增加的。ＥＴ在整个雹暴生命史阶段呈双峰　分布，主峰出现在雹暴成熟阶段１５：０２降雹时刻，ＥＴ　值高达１７　ｋｍ，１５：０８降雹结束后回波顶高开始下　降，雹暴减弱阶段回波顶高呈下降趋势，１５：３８顶高　出现了弱的上升。回波顶高峰值和ＣＲ峰值对应较　好，均出现在降雹阶段。雹暴发展阶段ＶＩＬ从５　・　Ｉｎ　迅速上升到２５　ｋｇ・ｉｎ　，降雹阶段ＶＩＬ维持在２５　ｋｇ・ｉｎ之左右，１５：１４降雹结束后ＶＩＬ增加到３０　ｋｇ・ｍ一　：，雹暴减弱消亡阶段的ＶＩＬ持续下降。ＶＩＬ最大值　与正、负地闪峰值出现的时间几乎一致，出现在雹暴　减弱消亡阶段。　图４雹暴生命史阶段地闪频数与ＣＲ、ＥＴ和　ＶＩＬ关系演变　３．３地闪在雷达回波中的位置分布　１４：２６（图５ａ）多单体回波逐渐合并，强度增加到　４０　ｄＢｚ，雹暴中心出现了零星４５　ｄＢｚ回波，回波下　方出现负地闪，为９次・６　ｍｉｎ～。受地面辐合线影响，　回波向西北缓慢移动，１４：３８（图５ｂ）地闪仍然位于回　波移动左下方位置，频次较少，≥３０　ｄＢｚ的回波面　积增大。１４：４０雹暴发展到成熟阶段，１４：４４回波中心　出现了６５　ｄＢｚ的强回波中心，１４：５０（图５ｃ）地闪频　次由８次・６　ｍｉｎ　增加到２９次・６　ｍｉｎ～，地闪由回波　下方向回波主体靠拢，分布在２５～５０　ｄＢｚ的回波区　域，≥６５　ｄＢｚ的强回波区没有地闪出现，随着强回　波继续增大并维持，地闪发展活跃并向对流区靠拢，　和２５～５５　ｄＢｚ的回波区域吻合。１５：０８（图５ｄ）回波强　度减弱到６０　ｄＢｚ以下，雹暴开始减弱，１５：０８一ｌ５：ｌ４　闪电频次骤增到５２次・６　ｒａｉｎ一，闪电密集分布在雹　暴附近２５—５０　ｄＢｚ的区域中，１５：１４　２５　ｄＢｚ回波附　近出现了第一个正地闪。１５：２０（图５ｅ）正地闪频次达　到峰值２次・６　ｍｉｎ～，对应在雹暴对流区附近２５～４５　ｄＢｚ的回波区，负地闪为５０次・６ｍｉｎ～。１５：２６地闪频　次骤减到２２次・６　ｍｉｎ～，随着回波的西伸减弱，地闪　频次间歇性减弱，零散分布在层云区。１５：５０（图５ｆ）　回波强度减弱到４５　ｄＢｚ以下，雹暴后部层云内的零　星地闪慢慢较少消失。　３．４地闪在雹暴生命史各阶段的物理过程探讨　从３．２节和３＿３节中地闪频数在雹暴生命史不　同阶段的变化及地闪在雷达回波中的分布位置可以　判断，地闪和雹暴的生命史演变趋势是一致的。从雹　暴生命史各阶段雷达回波垂直剖面结构图（图略）中　看到，在雹暴发展阶段，雷达回波强度弱、范围小，雹　暴云内的上升气流较弱，降水粒子被抬升到较低的　高度，雹暴云内主要以水成物粒子碰撞产生的云闪　

∞　∞　∞　∞　｛寻　０　蛞＼　暮舞　沙漠与绿洲气象　Ｄ。。。。。ｅ。。。ｓ。　。ｅ’　ｒ‘　ｔ‘‘　。ａ。。。ｎ‘。。。ｄ。。。。。。Ｏ。。。。。ａ。。。ｓ。。。ｉ。。ｓ。。。。。Ｍ。。。。。ｅ。。。。ｔ。。ｅ。。。ｏ。。。ｒ　。　ｏ　ｌ　’ｏ’’’。ｇ—ｙ—　第９卷第４期　

２０１５年８月　

ｄＢｚ以下，同时ＶＩＬ略增后骤减，伴随地闪频数骤增　到峰值，表示降雹结束。　（３）雹暴发展、成熟和减弱阶段，正、负地闪均分　布在雹暴周围２５～５５　ｄＢｚ的回波区域，≥６５　ｄＢｚ的　强回波区没有地闪出现。雹暴发展阶段地闪距离对　流区较远，之后逐渐向对流区靠拢。　由于目前云闪探测手段不足，对云闪信息了解　较少，不能很好掌握雹暴云的微物理结构，是本文分　析的缺憾之一。总的来说，地闪频数在雹暴生命史不　同阶段的演变特征能够较好的反应雹暴结构的发展　变化，这一结论对分析强对流天气的发展演变有一　定参考价值。　参考文献：　【１】张义军，孟青，马明，等．闪电探测技术发展和资料应用　ｌＪ】．应用气象学报，２００６，１７（５）：６１１－６２０．　［２］韩文宇，杨丽丽，杨毅．一次强对流过程的多普勒雷达反　演及预警分析ｆＪ］．干旱气象，２０１４，３２（５）：８１０—８１８．　【３】杨春明，唐志勇，周俊，等．安徽马鞍山地区闪电时空分布　特征［Ｊ】．沙漠与绿洲气象，２０１４，８（１）：２３—２７．　［４］刘冬霞，郄秀书，冯桂力，等．华北一次强对流天气系统的　地闪时空演变特征分析【Ｊ】．高原气象，２００８，２７（２）：３５８—　３６４　

［５】易笑园，张义军，李培彦，等．ＭＣＳ中地闪活动特征与雷　达资料相关个例分析ｆＪ１．气象科技，２００７，３５（５）：６６５—　６７０．　［６］郑栋，张义军，孟青，等．一次雹暴的闪电特征和电荷结构　演变研究ｆＪ】．气象学报，２０１０，６８（２）：２４８—２６３．　［７］张腾飞，段旭，张杰，等．云南强对流暴雨的闪电和雷达回　波特征及相关性　热带气象学报，２０１１，２７（３）：３７９—　３８６．　【８］陈哲彰．冰雹与雷电大风的云对地闪电特征ＩＪＩ．气象学　报，１９９５，５３（３）：３６５—３７４．　【９］冯桂力，郄秀书，袁铁，等．雹暴的闪电活动特征与降水结　构研究【Ｊ］＿地球科学（Ｄ），２００７，３７（１）：１２３—１３２．　［１Ｏ］居丽玲，牛生杰，陈连友．一次致灾雷暴过程的闪电雷达　回波特征分析［Ｊ］．气象科技，２０１１，３９（４）：４２９—４３７．　［１　１］Ｒｅａｐ　Ｒ　Ｍ，Ｍａｃｇｏｒｍａｎ　Ｄ　Ｒ．Ｃｌｏｕｄ－ｔｏ－ｇｒｏｕｎｄ　ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ：　Ｃｌｉｍａｔｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ　ｔｏ　ｍｏｄｅｌ　ｆｉｅｌｄｓ，ｒａｄａｒ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ　ｓｅｖｅｒｅ　ｌｏｃａｌ　ｓｔｏｒｍｓ　ｌＪ］．　Ｍｏｎｔｈｌｙ　Ｗｅａｔｈｅｒ　Ｒｅｖｉｅｗ，１９８９，１１７：５１８－５３５．　【１２】郄秀书，张义军，张其林．闪电放电特征和雷暴电荷结构　研究【Ｊ】．气象学报，２００５，６３（５）：６４６—６５８．　［１３］Ｍａｃｇｏｒｍａｎ　Ｄ　Ｒ，Ｂｕｒｇｅｓｓ　Ｗ　Ｄ．Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｃｌｏｕｄ－ｔｏ－ｇｒｏｕｎｄ　ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｉｎ　ｔｏｒｎａｄｉｃ　ｓｔｏｒｍｓ　ａｎｄ　ｈａｉｌｓｔｏｒｍｓ［Ｊ】．Ｍｏｎｔｈｌｙ　ＷｅａｔｈｅｒＲｅｖｉｅｗ，，１９９４，１２２（８）：１６７１—１６９７．