銅仁市雷電活動與雷達資料的相關分析

石薇 廖洪敏 何為 羅俊祎

摘要 為了提高銅仁市雷電預警的提前量和準確率，降低因雷電天氣給當地生產生活帶來的損失。選取銅仁市多普勒雷達回波數據，結合閃電定位儀，分析發生閃電和未發生閃電時雷達資料。結果表明：（1）雷達反射率因子≥35 dBZ時，可作為銅仁地區預報閃電發生的因子之一;（2）雷電的產生除了與雷達反射率因子有關外，還與回波頂高有著密不可分的聯系;（3）0 ℃和-20 ℃層結高度達到對應值時，也可作為雷電的預警因子。

關鍵詞 雷電;雷達資料;雷電預警

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

雷電的產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、泥石流等地質災害，因此雷電災害已被聯合國列為“最嚴重的十種自然災害之一”，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，國內外學者對雷電的研究很多。劉敏等[2]分析了二次回波和K指數對雷電產生的指示作用，經過統計對比得出雷達回波的二次出現可以作為雷電天氣預報預警的一個指標，當K指數≥30 ℃時，可提前對雷電天氣進行預報預警。羅樹如等[3]通過江西南昌的一次強對流天氣過程的多普勒天氣雷達探測資料和同時期的雷電參數研究發現，雷電的頻度變化可以作為對風暴的形成、發展、消亡預報的一項指標，通過統計雷電極性分布，可以判斷出強對流天氣的性質。在研究雷電活動與雷達回波關系中，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，單體回波中回波強度在40 dBZ以上且回波頂高必須在7 km以上時才會產生雷電。Brandon等[6]將40 dBZ作為指示雷電發生的一個雷達回波特征參量，并將-10 ℃和-15 ℃層結高度作為初次地閃發生的預測因子;Hondl等[7]通過分析多次雷暴過程發現，雷達在凍結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，雷電是一年四季中最常發生的災害性天氣之一，但其預報預警準確率仍然不高，為了更加準確地預報雷電發生的時間和地點，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年雷達回波數據和閃電定位資料，能夠發現雷電活動的時空分布與雷達回波相關參數的特征量關系，并將此關系作為對雷電預警發布的一項重要指標，提升雷電預警的準確率和發布提前量，把氣象預報預警服務工作做得更好。

1 數據來源

本次研究所用的雷達數據均來自銅仁Doppler雷達SA格式數據，閃電資料則通過貴州省閃電定位儀探測網獲取。

2 雷電時空特征

2.1 銅仁市雷電時間分布

銅仁地區的雷電活動從3月開始逐漸進入活動頻繁期，8月達到最強，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，雷電活動在下午是高發期（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，松桃北部鄉鎮極易發生雷電活動，其次是沿河的東北部鄉鎮，玉屏縣和萬山區是雷電活動發生最少的區（縣）。

3 雷電活動與雷達回波強度及回波頂高的關系特征

3.1 雷電活動與雷達回波強度關系

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

3.2 雷電活動與雷達回波頂高關系

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

3.3 雷達回波強度與雷達回波頂高的關系

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

4 雷電活動與層結高度的關系

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