商洛地區閃電活動特征及其對冰雹強對流預警的指示作用研究

宋文超 朱杰 王衛民 周寧 袁媛

摘要 基于星地多源閃電觀測數據，挖掘了以“閃電躍增”為商洛地區冰雹短臨預警輔助指標的價值，對于商洛地區冰雹等強對流過程的初生判斷與預警，對于人工防雹作業的有效開展具有一定的理論意義和業務應用價值。

關鍵詞 閃電特征;冰雹;強對流預警

中圖分類號：P427.3 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）06–0122–02

1 資料與方法

1.1 資料

LMI的探測原理充分利用瞬間爆發的閃電發光事件和緩變的海洋、陸地、云層、綠色植被等背景噪聲之間，在光譜、空間和時間等維度上的特性差異，分別采取有針對性的濾除方法，實現噪聲的削減及增強，識別有效閃電信號[1]。

研究所使用的地面閃電觀測數據來自國家雷電監測網，該網絡基于對電磁脈沖形的分析來識別閃電信號，300多個探測站均采用中科院ADTD閃電探測系統，保證了數據的一致性。數據以閃擊（stroke）為基本記錄單位，包含閃電發生的日期、時間、經緯度位置、極性、強度等信息[2]。國家雷電監測網目前主要用來監測和分析我國境內發生的地閃，包括正地閃和負地閃，可以獲得網絡覆蓋范圍內的陸地上較為精確的閃電觀測信息，但觀測站點位置布設不均、信號衰減、信號長距離傳輸干擾等因素，在一定程度上影響著其探測效能。

1.2 方法

針對陜西省商洛市及周邊地區開展研究，選取的空間地理范圍為108.0～112.0? E、32.0～35.0? N。選取的時間研究區間為2018年5月至2020年7月。分析上述時空區間內星地兩種探測手段觀測到的閃電活動特征，避免了單一來源數據的不確定性、不完整性，同時結合探索星地閃電觀測技術的優勢和特點，為多源數據協同觀測與分析提供支撐。

在上述工作的基礎上，采用閾值檢驗閃電躍增算法[3]，針對商洛區域的特點，構建有針對性的閃電頻數躍變模型，充分挖掘閃電活動對該地區冰雹等深對流過程預測預警的指示能力，有助于拓寬閃電資料的應用領域，提升區域冰雹精細化預報水平。

2 商洛地區閃電時空分布特征

在空間上，基于我國首次獲取的高軌道平臺星載閃電觀測數據——FY4A衛星上的閃電成像儀LMI觀測數據（L2級，Group數據），取空間經緯度分辨率均為0.1?，分析上述區域和時段內的閃電密度分布情況，所得結果如圖1。從圖1中可以看到，商洛及其周邊區域，2018—2020年衛星觀測到的閃電活動分布并不均衡。其中，商州、嵐皋、平利等區縣都是閃電密度高值區，衛星觀測到的年平均閃電密度明顯高于其他區域，與這些區域的地形地貌特征及氣候特點有關聯[4]。

在時間上，將FY4A LMI觀測到的閃電數據與同時期地基閃電站網探測數據綜合分析。從中可以看到，商洛及其周邊地區每日不同時刻閃電活躍程度并不一致，呈現比較明顯的單峰值特征，且受觀測原理和觀測角度的影響，衛星與地基觀測到的閃電活動又有一定的差異。白天（世界時00：00～10：00），地基設備觀測到的閃電頻數比衛星觀測到的閃電頻數多;而夜間，這一規律正好相反。尤其深夜（世界時16：00～18：00），星地兩種閃電頻數有所波動，均出現了小幅增長，這與當地夜雨較多的氣候特征相吻合，且與秦巴山區夜間多山谷風效應緊密聯系[5]。

3 商洛地區閃電躍變對冰雹強對流的指示作用研究

用前文構建的區域性閾值檢驗閃電躍增判識模型，針對2020年4月9日商洛地區洛南、商州、商南縣一帶的一次典型的冰雹天氣過程開展研究，挖掘閃電躍增在區域冰雹過程預警中的應用價值。

根據洛南、商州、商南國家基本氣象站地面冰雹觀測記錄，2020年4月9日有一次突發的降雹過程，且在雹暴系統移動過程中多次降雹。在北京時間16：00、17：00、19：00（分別對應世界時08：00、09：00、11：00），共觀測到三地3次降雹，冰雹直徑為1 cm。

根據閾值檢驗閃電躍增判識模型，計算降雹前后的總閃電數量隨時間的變化情況，得到結果見圖2。可以看出，總閃電頻數在洛南08：00、商州09：00（世界時）2次降雹之前都出現了明顯的突增特征，對于冰雹過程的初生判識具有較好的指示作用，而在商南11：00（世界時）降雹過程前，未發生明顯的閃電躍增現象。說明總閃頻數的變化、閃電活動在短時間內明顯增強，對于冰雹的預警具有一定的輔助判識作用，對于優化冰雹過程的預警時間有一定的幫助。

4 結論與討論

將國家雷電監測網數據與地基閃電觀測數據相結合，系統分析了陜西商洛一帶2018—2020年間的閃電時空分布規律，并與當地地形地貌、氣候特點關聯分析，加深了對該區域閃電活動的認識。基于此，構建了基于閃電躍變判識技術的區域冰雹強對流判識模型，基于一次典型冰雹強對流過程，通過計算其伴隨的閃電頻數隨時間變化率，挖掘了以“閃電躍增”為商洛地區冰雹短臨預警有效輔助指標的價值，在理論研究和業務應用兩個層面，均有利于對商洛地區冰雹等強對流過程進行初生判斷與預警，優化預警時間，同時有助于人工防雹作業的有效開展。

參考文獻：

[1] 張丹，邢海虹.1950—2000年陜南冰雹災害的時空分布規律[J].陜西氣象， 2014（2）： 20-23.

[2] 劉嘉慧敏，鄭然，梁綿，等.2018年陜西商洛一次罕見強雹暴環境條件及雷達特征分析[J]. 陜西氣象， 2020（2）： 1-11.

[3] 李麗麗，鄒書平，曾勇，等.連續兩次冰雹天氣過程的多源資料分析[J].中低緯山地氣象， 2020， 44（3）： 27-32，44.

[4] 周康輝，鄭永光，藍渝.基于閃電數據的雷暴識別、追蹤與外推方法[J]. 應用氣象學報， 2016， 27（2）： 173-181.

[5] 井宇，黃少妮，陳闖.商洛一次局地暴雨診斷分析[J]. 陜西氣象， 2016（2）： 1-4.

責任編輯：黃艷飛

Study on the Characteristics of Lightning Activity in Shangluo Area and Its Indicative Effect on Hail Severe Convective Warning

SONG Wen-chao et al （Shangluo Meteorological Bureau， Shangluo， Shaanxi 726000）

Abstract Based on multi-source lightning observation data from the star and ground， this paper explores the value of "lightning jump" as a short-term and impending early warning indicator for hail in Shangluo area， for the initial judgment and early warning of severe convective processes such as hail in Shangluo area， and for artificial hail prevention operations The effective development of the company has certain theoretical significance and business application value.

Key words Lightning characteristics; Hail; Severe convective warning