一次春季強(qiáng)對(duì)流過(guò)程地閃分析

王芳 鄭文佳 解晗

(浙江省防雷中心，浙江杭州310017)

一次春季強(qiáng)對(duì)流過(guò)程地閃分析

王芳 鄭文佳 解晗

(浙江省防雷中心，浙江杭州310017)

利用地閃監(jiān)測(cè)資料、多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)2010年3月5日一次全省性強(qiáng)對(duì)流過(guò)程地閃分布情況進(jìn)行分析。結(jié)果表明，不同形狀的單體以及單體發(fā)展的不同階段，負(fù)地閃分布區(qū)域不同;地閃頻數(shù)峰值出現(xiàn)在55～60 dBz區(qū)域內(nèi)，在回波強(qiáng)度大于60 dBz的區(qū)域內(nèi)地閃頻數(shù)降低，且在回波強(qiáng)度最大的區(qū)域65～70 dBz內(nèi)無(wú)地閃發(fā)生。

雷暴;地閃分布;地閃頻數(shù);回波強(qiáng)度

0 引言

隨著多普勒天氣雷達(dá)、雷電定位系統(tǒng)等觀測(cè)設(shè)備在雷電預(yù)警預(yù)報(bào)中的應(yīng)用，很多學(xué)者利用各種觀測(cè)資料對(duì)雷暴天氣的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、雷電防護(hù)等做了大量的研究［1－6］。Nikolai［7］等指出LLTS-MCS系統(tǒng)中主要放電區(qū)在前部對(duì)流線的后部邊緣和向?qū)訝钤茀^(qū)傾斜的區(qū)域;Rutledge［8］等認(rèn)為MCC系統(tǒng)中大多數(shù)負(fù)地閃位于對(duì)流降水區(qū)，而正地閃多位于后部層狀云降水區(qū);易笑園［9］等研究指出颮線系統(tǒng)中地閃活躍的強(qiáng)回波塊中回波頂高于11 km的回波面積對(duì)地閃活動(dòng)激烈程度具有預(yù)警意義;付志康［10］等發(fā)現(xiàn)閃電發(fā)生的位置在雷暴的初生階段偏向于它未來(lái)的移動(dòng)方向，在成熟階段兩者能比較好的對(duì)應(yīng)，在消散階段閃電的分布往往較零散;連志鸞［11］等分析了兩次雹暴過(guò)程的地閃分布特征，指出降雹發(fā)生在雹暴云團(tuán)中正地閃最活躍的階段，正地閃集中出現(xiàn)在強(qiáng)回波中心及其鄰近區(qū)域，降雹點(diǎn)落在正地閃聚集區(qū)附近;劉冬霞［12］等研究發(fā)現(xiàn)華北LLTS-MCS中負(fù)地閃密集地分布在大于40 dBz的回波范圍內(nèi)，正地閃則稀疏地分布在30～40 dBz的回波范圍內(nèi);馮桂力［13］通過(guò)對(duì)一次雷暴大風(fēng)過(guò)程閃電特征研究發(fā)現(xiàn)負(fù)地閃主要發(fā)生在大于25 dBz的對(duì)流區(qū)，尤其易發(fā)生在大于40 dBz的強(qiáng)對(duì)流區(qū)，而正地閃多發(fā)生在25 dBz以下，對(duì)應(yīng)于穩(wěn)定的層狀云降水。由于不同地區(qū)、不同類型強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴的閃電活動(dòng)特征差異很大，研究浙江地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的地域特性十分必要。2010年3月5日受南支槽東移和西南渦的共同影響，浙江出現(xiàn)全省性的強(qiáng)雷暴天氣，此次過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，影響范圍廣，造成杭州、寧波、紹興、麗水等地多起建筑物及電子設(shè)備受損、火災(zāi)等雷災(zāi)事故。本文利用多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品、地閃監(jiān)測(cè)資料分析此次雷暴過(guò)程的地閃分布與雷達(dá)回波強(qiáng)度的關(guān)系，為短時(shí)臨近強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)提供參考。

1 地閃的時(shí)間分布

圖1 2010年3月5日浙江省地閃時(shí)段分布圖

受南支槽東移和西南渦的共同影響，2010年3月5日浙江出現(xiàn)了全省范圍性的強(qiáng)對(duì)流天氣，由浙江省閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的地閃數(shù)據(jù)可知，全省共發(fā)生地閃22521次，其中正地閃1691次，負(fù)地閃20830次，負(fù)地閃所占比例為92.5%。圖1給出了每小時(shí)地閃頻數(shù)分布情況。從圖1中可以看出，地閃頻數(shù)呈雙峰分布，0:00地閃開始發(fā)生并快速增加，至3:00到達(dá)當(dāng)日最大值，1 h內(nèi)共發(fā)生地閃3686次，其后開始下降，至9:00降至500次以下，15:00起，地閃陡增，16:00出現(xiàn)當(dāng)天第2個(gè)峰值，為1692次，隨后地閃頻數(shù)開始減小，至19:00降至1000次以下，之后逐時(shí)減小，到23:00減少為127次。

2 地閃與雷達(dá)回波的關(guān)系

圖2給出了2010年3月5日17:00—19:00雷達(dá)回波與相對(duì)應(yīng)的6 min地閃疊加圖。由圖2可見，17:06武義－松陽(yáng)－龍泉一帶有一條西南—東北走向的線性多單體帶東移發(fā)展，至少可以分辨出4個(gè)相互分離的強(qiáng)回波中心(分別以A，B，C，D標(biāo)識(shí))，下面分別分析這4塊回波單體的演變及相應(yīng)的地閃分布特征。

單體A:17:06表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)松散的塊狀，最大回波強(qiáng)度達(dá)59 dBz，與之對(duì)應(yīng)的一個(gè)體掃6 min內(nèi)地閃頻數(shù)為39次，主要分布在單體北側(cè)40～55 dBz的回波區(qū)中;17:24單體演變?yōu)槎狐c(diǎn)狀，回波中心移至金華武義境內(nèi)，最大回波強(qiáng)度達(dá)63 dBz，在這6 min內(nèi)地閃頻數(shù)為19次，均為負(fù)地閃，主要分布在單體移動(dòng)前方40～55 dBz內(nèi);隨后，單體繼續(xù)東移，17:42移至麗水北部，逐漸消亡，與之對(duì)應(yīng)的6 min內(nèi)共發(fā)生4次負(fù)地閃，分布在40～50 dBz的回波區(qū)內(nèi)。

圖2 2010年3月5日17:00—19:00 6個(gè)時(shí)刻雷達(dá)回波與相對(duì)應(yīng)的6 min地閃疊加圖

單體B:17:06單體B位于龍泉、松陽(yáng)交界處，已發(fā)展為成熟的塊狀對(duì)流單體，最大回波強(qiáng)度達(dá)68 dBz，結(jié)構(gòu)緊實(shí)，對(duì)應(yīng)一個(gè)體掃6 min內(nèi)地閃頻數(shù)為17次，均為負(fù)地閃，主要分布在50～65 dBz回波區(qū)內(nèi)，65 dBz以上的強(qiáng)回波中心無(wú)地閃發(fā)生;17:24單體東移至松陽(yáng)境內(nèi)，50 dBz以上回波區(qū)的水平范圍略有收縮，中心最大回波強(qiáng)度為67 dBz，所對(duì)應(yīng)的6 min內(nèi)地閃頻數(shù)為24次，其中正地閃僅2次，負(fù)地閃主要分布在50～65 dBz回波區(qū)內(nèi);17:42最大回波強(qiáng)度仍達(dá)67 dBz，外圍45～60 dBz的回波區(qū)開始松散，在這6 min內(nèi)地閃頻數(shù)為19次，均為負(fù)地閃，主要出現(xiàn)在單體發(fā)展東側(cè)50～65 dBz回波區(qū)內(nèi);18:06單體繼續(xù)東移，且由塊狀逐漸向逗點(diǎn)狀演變，最大回波強(qiáng)度維持在68 dBz，結(jié)構(gòu)緊實(shí)，其右側(cè)40～55 dBz的區(qū)域內(nèi)有零星負(fù)地閃發(fā)生;18:24單體東移至青田境內(nèi)，最大回波強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，達(dá)到71 dBz，結(jié)構(gòu)更加緊實(shí)，所對(duì)應(yīng)的6 min內(nèi)共發(fā)生19次負(fù)地閃，主要分布在單體移動(dòng)前方40～55 dBz的回波區(qū)中，分布較集中;18:54單體移至溫州永嘉境內(nèi)，最大回波強(qiáng)度降至60 dBz以下，已經(jīng)衰亡成結(jié)構(gòu)松散的云團(tuán)，與之相對(duì)應(yīng)的地閃共有8次，均為負(fù)地閃，零星分布于40～50 dBz的回波區(qū)內(nèi)。

單體C:17:06單體C位于江西與麗水龍泉交界處，最大回波強(qiáng)度達(dá)到63 dBz，對(duì)應(yīng)一個(gè)體掃6 min內(nèi)地閃頻數(shù)為25次，主要分布于50 dBz以上的強(qiáng)回波區(qū)內(nèi);17:24單體移至龍泉北部，最大回波強(qiáng)度降至60 dBz以下，對(duì)應(yīng)一個(gè)體掃時(shí)間內(nèi)地閃頻數(shù)為35次，主要分布在40 dBz以上的回波區(qū)內(nèi);17:42單體C重新發(fā)展，55 dBz以上的回波區(qū)域擴(kuò)大，與之對(duì)應(yīng)的地閃頻數(shù)為55次，主要分布在單體移動(dòng)前方40～55 dBz的回波區(qū)內(nèi);18:06強(qiáng)回波中心東移至云和境內(nèi)，逐漸演變?yōu)槎狐c(diǎn)狀，最大回波強(qiáng)度達(dá)68 dBz，呈不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，60 dBz以上的強(qiáng)回波區(qū)主要位于單體后側(cè)，地閃主要出現(xiàn)單體前部40～55 dBz的區(qū)域內(nèi)，分布較密集，且以負(fù)地閃為主，強(qiáng)回波中心無(wú)地閃發(fā)生;18:24最大回波強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)至70 dBz以上，水平范圍收縮，結(jié)構(gòu)更加緊實(shí)，在回波發(fā)展右側(cè)40～50 dBz的回波區(qū)中分布著零星負(fù)地閃;18:54單體演變?yōu)槌墒斓墓位夭ǎ瑢?duì)應(yīng)一個(gè)體掃6 min內(nèi)共有30次地閃，主要出現(xiàn)在單體北部40～55 dBz回波區(qū)內(nèi)。

單體D:17:06—17:24江西西部一對(duì)流云團(tuán)逐漸發(fā)展，最大回波強(qiáng)度55 dBz，水平范圍較小，17:42單體東移至龍泉西部，發(fā)展成熟，中心回波強(qiáng)度達(dá)66 dBz，對(duì)應(yīng)一個(gè)體掃時(shí)間內(nèi)共發(fā)生13次負(fù)地閃，主要分布在50～65 dBz回波區(qū)內(nèi);18:06單體開始衰亡，最大回波強(qiáng)度為61 dBz，與之對(duì)應(yīng)的地閃共5次，分布在45～55 dBz回波區(qū)內(nèi);18:24單體繼續(xù)東移，水平范圍進(jìn)一步收縮，最大回波強(qiáng)度降至58 dBz，對(duì)應(yīng)一個(gè)體掃時(shí)間內(nèi)僅發(fā)生4次負(fù)地閃，分布在40～50 dBz回波區(qū)內(nèi);18:42單體重新發(fā)展，最大回波強(qiáng)度達(dá)64 dBz;18:54單體東移至云和東部，最大回波強(qiáng)度為58 dBz，呈逗點(diǎn)狀，所對(duì)應(yīng)的6 min內(nèi)共有5次負(fù)地閃，分布在40～55 dBz回波區(qū)中。

綜合以上分析可以發(fā)現(xiàn)，4塊單體均經(jīng)歷了由塊狀向逗點(diǎn)狀的演變，在多單體帶演變的整個(gè)過(guò)程中以負(fù)地閃為主;當(dāng)塊狀單體發(fā)展成熟時(shí)，負(fù)地閃主要分布在50～65 dBz的回波范圍內(nèi)，而65 dBz以上的強(qiáng)回波中心很少有地閃發(fā)生;當(dāng)單體處于消亡階段，最大回波強(qiáng)度降至60 dBz以下時(shí)，負(fù)地閃主要分布在40～50 dBz范圍內(nèi);當(dāng)單體發(fā)展為逗點(diǎn)狀時(shí)，負(fù)地閃通常分布在回波發(fā)展前方40～55 dBz內(nèi)。劉冬霞［14］對(duì)一次強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)地閃演變特征分析發(fā)現(xiàn)，地閃頻數(shù)最大值集中分布在45～55 dBz，大于55 dBz的強(qiáng)回波地閃頻數(shù)降低;潘婭英［15］通過(guò)對(duì)一次全省性強(qiáng)雷暴過(guò)程地閃特征分析得出地閃多出現(xiàn)在回波發(fā)展和前進(jìn)的一側(cè)，強(qiáng)回波中心處地閃較少出現(xiàn)，本文也得到了一致的結(jié)論。

為了進(jìn)一步說(shuō)明地閃與雷達(dá)回波的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選取單體成熟階段的雷達(dá)剖面及相應(yīng)的地閃資料來(lái)分析，圖3為17:24單體B沿28.3°N的雷達(dá)剖面及±0.1°N范圍的6 min地閃資料疊加圖。由圖3可見，云體發(fā)展較高，強(qiáng)回波中心隨高度向右傾斜，最大回波強(qiáng)度達(dá)65 dBz以上，50 dBz的強(qiáng)回波區(qū)伸展至10 km高度。與之對(duì)應(yīng)的6 min內(nèi)地閃主要分布在強(qiáng)回波中心及其右側(cè)區(qū)域內(nèi)，并且在55～60 dBz之間，地閃頻數(shù)最大。在回波強(qiáng)度大于60 dBz的區(qū)域內(nèi)地閃頻數(shù)降低，且在回波強(qiáng)度最大的區(qū)域65～ 70 dBz內(nèi)無(wú)地閃發(fā)生。在最大強(qiáng)回波區(qū)的左側(cè)，55 dBz強(qiáng)回波中心高度位于3 km的區(qū)域內(nèi)，也分布少量地閃。

圖3 17:24沿28.3°N的雷達(dá)剖面及±0.1°N范圍的6 min地閃分布

3 結(jié)語(yǔ)

(1)當(dāng)塊狀單體發(fā)展成熟時(shí)，負(fù)地閃主要分布在50～65 dBz回波范圍內(nèi)，而強(qiáng)度超過(guò)65 dBz的強(qiáng)回波中心很少有地閃發(fā)生;當(dāng)單體處于消亡階段，最大回波強(qiáng)度降至60 dBz以下時(shí)，負(fù)地閃主要分布在40～50 dBz范圍內(nèi)。

(2)單體發(fā)展為逗點(diǎn)狀時(shí)，負(fù)地閃通常出現(xiàn)在回波發(fā)展前方40～55 dBz回波區(qū)中。

(3)地閃頻數(shù)峰值出現(xiàn)在55～60 dBz區(qū)域內(nèi)，在回波強(qiáng)度大于60 dBz的區(qū)域內(nèi)地閃頻數(shù)降低，且在回波強(qiáng)度最大的區(qū)域65～70 dBz內(nèi)無(wú)地閃發(fā)生。

由于本文僅針對(duì)一次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程進(jìn)行分析，其結(jié)論的普遍性仍需要更多的個(gè)例檢驗(yàn)，對(duì)于浙江地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程地閃分布特征以及地閃與液態(tài)水含量、徑向速度、回波頂高等雷達(dá)產(chǎn)品的關(guān)系仍需要進(jìn)一步研究，以便將地閃監(jiān)測(cè)資料應(yīng)用于雷電預(yù)報(bào)預(yù)警工作。

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2011-05-20