雷電天氣監測與雷電回波特征分析

宋 雄，馬中元，洪麗霞，辛瑋琦，范小軍

(1.江西省氣象科學研究所，南昌 330046；2.江西省宜豐縣氣象局，宜豐 336300)

0 引言

雷電災害是“聯合國國際減災十年”公布的最嚴重的10種自然災害之一。強雷電會瞬間產生巨大的破壞力，危害人民生命財產安全[1]。江西地處亞熱帶季風氣候區，境內雷電活動頻繁，宜豐縣和上高縣是江西雷電高發區。因此，為了提高縣級雷電天氣預警預報能力，開展縣級雷電天氣監測與雷達回波特征研究十分必要[2，3]。

雷電產生于對流發展旺盛的積雨云中，常伴有雷暴大風和短時強降水。國內外學者開展了強雷電災害性天氣監測和預警預報的技術研究。馬中元[4-6]等對江西災害性強雷電天氣的雷達回波特性分析得出，強雷電天氣在雷達回波上具有強對流天氣的特征，如窄而長的颮線、雷暴回波短帶、弓狀回波、風暴超級單體、指狀回波等強對流天氣雷達回波結構特征；傅文兵[7]等總結出有利于發生雷電的天氣影響系統和南昌站單站有利于產生雷電天氣的物理量參數；高建平[8]等指出副高邊緣雷達回波特征主要有兩種：一是南北向短帶回波，有時會發展為弓狀回波；二是強回波單體，超級單體和復合單體回波。許愛華[9]等水汽云圖上的強水汽累積區、雷達回波上的回波合并與高層強回波區以及雷達回波速度場上的“零值線”等特征，是判斷雷電發生和強對流天氣的重要依據。

文章選用2015-2018年雷電監測數據和雷達拼圖數據，對江西宜豐和上高縣雷電天氣監測和雷達回波特征進行統計分析，試圖通過雷電監測系統和雷電拼圖數據完成對雷電天氣的不間斷監測工作，為雷電天氣的短臨預警預報和服務提供依據。

1 資料來源

雷電資料來源于CIMISS雷電數據庫和江西省強天氣監測平臺，數據范圍以江西省為中心，包括周邊6省的雷電監測數據。江西省強天氣監測平臺能夠監測雷暴、雷暴大風、冰雹、龍卷、雷電和短時強降水等多種強天氣現象，雷電數據可以多種方式顯示。文章采用以宜豐縣和上高縣地理中心(28°34′N，114°79′E)為原點，36 km為半徑的圓來顯示影響宜豐縣和上高縣的雷電分布。

雷達回波拼圖來源于江西WebGIS雷達拼圖應用平臺，該平臺的雷達基數據取自于CIMISS實時數據庫，有24部雷達參加拼圖，集雷達回波、雷電數據和自動站數據為一體，精度為1 km×1 km，采用Web技術和谷歌瓦片式地圖顯示技術進行交互式顯示。雷達拼圖的探測范圍、擋角盲區、遠距離衰減和地球曲率影響等都優于單部雷達。

雷電數據來源于CIMISS實時數據庫，可以進行10 min間隔的雷電數據統計、描繪和分析，“宜豐雷電監測產品自動顯示與預警系統”使用C# 2010進行編程。

2 雷電天氣分布

2.1 雷電天氣年分布

宜豐縣和上高縣每年都會受到雷電影響，一些強雷電過程還會帶來不同程度的雷電災害。2015-2018年，雷電年分布(表1)特點是：雷電次數逐漸增多，雷電強度不斷增大。

表1 2015-2018年宜豐和上高縣雷電年分布統計

除資料缺失(2016年)影響外，其他年份雷電次數都在10，000次以上，2018年超過17，000次。最強的雷電分別發生在3、5、6、9月，最大強度達到-764 kA(負閃6月)。

江西省強天氣監測平臺是監測雷電發生的實時業務平臺，在監測平臺上，以宜豐縣和上高縣地理中心(28°34′N，114°79′E)為原點，36 km為半徑的范圍內，分別顯示影響宜豐縣和上高縣的雷電分布。可以看出：2015年雷電以正閃為主；2016-2018年以負閃為主。宜豐縣和上高縣雷電分布均勻，沒有明顯的中心。此種現象可能與雷電過程連續時間短有關，也可能與所選參考區域面積較小有關。

2.2 雷電天氣月分布

通過分析雷電的月變化(表2)，可知，宜豐縣和上高縣雷電主要分布在3-9月，10月份有少數雷電發生。每年的8月份雷電次數最多(11，492次)，5月份次之(9090次)，1-2月、11-12月基本沒有雷電發生。

表2 2015-2018年宜豐和上高縣雷電月分布統計

近年來，宜豐縣和上高縣雷電活動次數逐漸增多增強，最大雷電強度達到-764 kA(6月)；雷電主要分布在3-9月，以8月份雷電次數最多，其次是5-7月。

3 雷達回波特征

雷電監測平臺主要有兩種：一是江西省強天氣監測平臺，可以實時監測雷暴、雷暴大風、冰雹、龍卷、雷電和短時強降水等強對流天氣現象；二是江西WebGIS雷達拼圖平臺，聚集了24部雷達組網拼圖，可以對自動氣象站(國家站、區域站)各種要素進行疊加，也可以進行雷電的疊加。

影響宜豐縣和上高縣的雷電可以發生在不同的對流系統回波中，一般性的雷雨回波、夏季副熱帶高壓邊緣的熱雷雨回波等，都能造成一定數量的雷電。但造成宜豐縣和上高縣雷電災害的雷達回波特征主要有兩種：一是雷暴回波帶(颮線、弓狀回波和短帶回波等)；二是超級單體回波(弱超級單體、強回波單體等)。

3.1 雷暴回波帶

雷暴回波帶經過宜豐縣和上高縣時會帶來雷暴大風和強雷電，有時甚至會出現冰雹。雷暴回波帶發展強烈會發展成為颮線系統，出現弓狀回波帶(圖1)。

14：00(圖1a)，一條東南-西北走向的回波帶向東北偏東方向移動，很明顯會影響宜豐縣和上高縣。回波帶發展旺盛并具有一定的弧度，已經形成弓狀回波結構。與此同時，雷電分布圖顯示雷電主要分布在回波帶上，呈弧狀排列。14：20(圖1b)，回波帶前沿已經開始影響宜豐縣和上高縣，并帶來大風、強降水和雷電天氣，雷電分布基本上沿回波帶走向排列。14：40(圖1c，d)，回波帶移出了宜豐縣和上高縣，雷電也移出了宜豐縣和上高縣。

圖1 2018-03-04T14：00-15：00颮線回波和雷電過境宜豐縣和上高縣

3.2 超級單體回波

超級單體回波經過宜豐縣和上高縣時會帶來局地冰雹、雷暴大風、短時強降水和強雷電等天氣。也是影響宜豐縣和上高縣產生雷電天氣的重要天氣系統(圖2)。

16：40(圖2a)，宜豐縣和上高縣上方受超級單體回波影響，強度達到60～65 dBz，并向東南偏東方向移動。17：00(圖2b)，超級單體回波繼續發展加強，強回波面積不斷擴大，60 dBz回波面積大于200 km2，強度增到65～70 dBz，達到江西冰雹云回波標準。17：20(圖2c)，超級單體回波有所減弱，中心強度達到55～60 dBz，宜豐縣和上高縣境內仍有雷電天氣。17：40(圖2d)，超級單體開始逐漸移出宜豐縣和上高縣境內，沿途均產生了強雷電天氣和強對流天氣。

圖2 2018-05-06T16：40-17：40超級單體回波過境宜豐和上高縣

由此可見，颮線回波帶是造成宜豐縣和上高縣雷電天氣的重要回波系統，尤其是回波帶出現弧形彎曲，形成弓狀回波帶時，雷電天氣更加明顯。超級單體回波也是造成宜豐縣和上高縣雷電天氣的重要回波系統，尤其是超級單體回波里伴有冰雹、雷暴大風等強天氣出現時，對宜豐縣和上高縣的影響更大。

4 雷電天氣的監測與預警

宜豐縣10 min雷電監測產品自動顯示與預警系統從CIMISS數據庫中讀取雷電數據，并將數據點繪在雷電產品圖上，根據用戶設定的雷電密集等級，通過微信群發表實時的雷電位置、次數和強度等信息，達到雷電信息的預警作用。

系統軟件使用C# 2010編程，由參數文件：cs_btldcpccml.txt 設置不同參數值。包括：程序標題、10 min雷電產品目錄、雷電預警文字產品目錄、是否聲音報警、設置圖像位置大小和雷電圖片格式等。

當最近時次的10 min雷電產品不存在時，會出現“最近時次的10 min雷電產品不存在，請檢查！”信息條。

參數設置目錄里有兩種提示圖片可供選擇：一種有底圖，一種無底圖。雷電預警文字產品文件名舉例：雷電預警_201901200320.txt。10 min雷電產品文件名舉例：LD_Pro_201901231010_10分鐘.png。如果需要 QQ 或微信報警，請開啟 QQ 或微信。

雷電監測可以通過“宜豐雷電監測產品自動顯示與預警系統”發布，有效地提高了雷電識別能力和及時發布預警信息的能力。

5 結束語

使用2015-2018年雷電監測數據和雷達拼圖數據，對宜豐縣和上高縣的雷電天氣和雷達回波特征進行統計和分析，得到以下結論：

1)近年來，宜豐縣和上高縣雷電活動次數逐漸增多增強，雷電強度最大達到-764 kA(6月)；雷電主要分布在3-9月份，以8月份雷電次數最多，其次是5-7月份；

2)颮線回波帶是造成宜豐縣和上高縣雷電天氣的重要回波系統，尤其是回波帶出現弧形彎曲，形成弓狀回波帶時，雷電天氣更加明顯；

3)超級單體回波也是造成宜豐縣和上高縣雷電天氣的重要回波系統，尤其是超級單體回波里伴有冰雹、雷暴大風等強天氣出現時，對宜豐縣和上高縣的影響更大；

4)雷電監測可以通過“宜豐雷電監測產品自動顯示與預警系統”發布。