一次強降水過程中FY-4A閃電成像儀觀測特征分析*

張萍萍 劉文婷 章翠紅 明紹慧 董良鵬

1 山東省威海市氣象局，威海 264200 2 武漢中心氣象臺，武漢 430074

提 要： FY-4閃電成像儀(lightning mapping imager，LMI)能夠對閃電活動進行連續不間斷的觀測，在強天氣監測預警中具有很大的應用潛力。以2019年5月25日強降水過程為研究個例，利用FY-4 LMI資料、ADTD(advanced time of arrival and direction)系統資料、FY-4紅外云圖資料、雷達資料和其他常規觀測資料，研究FY-4 LMI數據在不同性質、不同演變階段對流系統的觀測特征。結果表明：在對流迅速發展的初期，LMI閃電觀測出現超前于ADTD閃電觀測的特征，并且鋒面降水階段中這種超前特征持續時間更長一些；無論是暖區降水還是鋒面降水階段，當同時刻LMI閃電觀測位于當前對流云團移動的前方時，未來1小時內LMI閃電分布區域出現明顯的云頂溫度變率，積云有發展趨勢；當雷達反射率垂直剖面上最強回波出現向移動方向前傾結構時，LMI閃電觀測往往出現在雷達觀測對流系統移動方向的前方，此時LMI閃電觀測對于對流系統發展演變有較好的提前指示意義；而當雷達反射率垂直剖面上最強回波出現準垂直結構時，LMI閃電觀測往往與雷達觀測對流系統較重合，此時LMI閃電觀測對于對流系統發展演變的提前指示意義偏弱。

引 言

20世紀90年代以來，隨著電子、信息技術的迅速發展，人們對于云頂閃電光學輻射的時空特征和光譜特征有了更新的認識，星載閃電觀測技術有了很大發展和進步。根據衛星所處軌道高度不同，衛星閃電觀測分為低軌道衛星(極軌衛星)平臺閃電觀測和高軌道衛星(靜止衛星)平臺閃電觀測。前者以裝載于熱帶降水測量計劃任務衛星(TRMM)上的閃電成像儀(lightning imaging sensor，LIS)為代表，其觀測資料被廣泛應用。Boccippio et al(2002)利用LIS分析了全球閃電活動及其地域差異。Ma et al(2004)分別對中國及周邊閃電密度的氣候分布進行了研究，郄秀書和Toumi(2003)利用LIS資料分析了青藏高原雷電活動特征。戴建華等(2005)利用LIS資料分析了長江三角洲地區的閃電時空分布特征。袁鐵和郄秀書(2010)利用LIS資料對一次發生在中國華南的強颮線研究發現，颮線系統附近閃電活動較一般雷暴要活躍得多。

由于LIS觀測精度受軌道周期的限制，只能提供區域內平均意義上的閃電分布信息,而靜止衛星閃電成像儀能夠實現對閃電的連續監測，是衛星閃電觀測的新方向。2016年底我國自主研制并發射了新一代靜止衛星FY-4，其上搭載的閃電成像儀(lightning mapping imager，LMI)在儀器研究和產品生成算法等方面都處于國際前沿，具有廣闊的應用前景(梁華等，2017)。FY-4衛星是我國第二代靜止軌道氣象衛星，第一顆星被命名為FY-4A，為科研試驗衛星，于2016年12月11日成功發射。FY-4A采用三軸穩定姿態控制的大型遙感平臺，裝載多種有效載荷，包括多通道掃描成像輻射計、干涉式大氣垂直觀測儀、LMI及空間環境監測儀器(張鵬等，2016)。其中LMI數據利用閃電光輻射在777.4 mm中性氧原子近紅外吸收譜線最強這一特征，實現對閃電的分鐘級、長時間連續光學觀測(曹冬杰，2016)，能夠對閃電、強對流等進行實時動態監測，同時由于LMI是在云頂觀測閃電，觀測包括云閃、云間閃和地閃在內的總閃電(徐國強等，2020)，且對云閃更加敏感，而云閃信息也更具有強對流發展的預警意義。因此FY-4星載LMI產品對于研究強對流天氣過程，實現雷暴預警和預報、對流初生判斷、強風暴活動的提前預警等有重要的應用價值。支樹林等(2019)對2018年第22號臺風颮線過程的FY-4A閃電資料進行了分析，發現伴隨的雷暴大風大都發生在衛星閃電密集區的前沿；張曉蕓等(2019)將FY-4閃電資料與地基閃電進行數據融合，并研究了融合產品在廈門一次強降水預警中的作用。任素玲等(2020)研究認為FY-4A LMI產品較地面閃電觀測產品能夠觀測到更多的閃電。王清平等(2019)發現FY-4衛星的閃電定位監測數據能更好地識別強對流云團分布范圍。由于LMI產品投入業務應用時間非常短，相關產品對于雷暴的生消演變、強天氣的預警時間提前量等關系仍不明確，因此LMI產品在對流性天氣監測和預警中的應用還有待進一步開展。

如何更好地利用FY-4 LMI產品，使其在對流性天氣監測和預警中發揮更好的作用是目前急需解決的一個難題。本文利用FY-4 LMI產品，結合ADTD(advanced time of arrival and direction)資料、FY-4紅外云圖資料、雷達資料以及其他常規觀測資料，對2019年5月25日出現在湖北的一次強降水事件進行分析，來揭示FY-4 LMI產品在對流系統演變以及短時強降水監測和預警中的作用，為強天氣監測和預報提供更為有用的參考依據。

1 過程實況

2019年5月25日08時至26日08時，湖北省中東部出現區域性暴雨到大暴雨天氣。全省19個國家站、439個區域站出現大暴雨(圖1a)，最強降水中心位于江漢平原地區，最大累計降水量為276 mm(潛江縣漁洋站)。主要強對流類型以短時強降水為主，主要短時強降水時段包括：第一個強降水時段是5月25日08—17時，受到槽前西南急流中南風脈動以及邊界層輻合線的共同影響，江漢平原一帶有近似圓形對流云團生成并逐漸東移，導致江漢平原南部至鄂東南南部一帶出現短時強降水(圖1b)，降水性質以暖區對流性降水為主，最大小時雨強為60 mm·h-1(潛江縣漁洋站)；第二個強降水時段是5月25日18—23時，受到低渦切變線以及冷空氣的共同影響，江漢平原南部再度有東北—西南向對流云系生成并緩慢東移，導致江漢平原南部至鄂東一帶出現大范圍短時強降水(圖1c)，降水性質以鋒面降水為主，最大小時雨強達到81.2 mm·h-1(潛江縣漁洋站)。

由圖1可看出，不同降水性質、不同對流形態的對流云團均在江漢平原及其以東地區產生了顯著的短時強降水，從短時強降水與FY-4紅外云圖亮溫的演變圖可看出(圖略)，短時強降水區域主要位于強對流云團的中心區域或者梯度大值區(萬夫敬和刁秀廣，2018)。顯然，FY-4紅外云圖資料對短時強降水監測及預警具有一定的指示性。但是由于紅外通道對云沒有穿透性，只能獲取云頂信息，很難將強對流云團從卷云特別是密實的厚卷云中完全分離出來，因此FY-4紅外云圖資料在短時強降水監測預警上具有一定的局限性。而搭載在FY-4衛星上的LMI能夠對強對流天氣系統實現更強時間分辨率(逐10 min)實時連續監測，逐漸成為強對流云團監測的另外一種有效手段，而LMI產品對于不同降水性質、不同對流形態下的對流云團監測及預警作用是否具有不同的特征，也是本文研究的重點。

圖1 2019年5月(a)25日08時至26日08時加密雨量，(b)25日08時FY-4紅外云頂亮溫(填色) 與08—17時短時強降水落區，(c)25日18時FY-4紅外云頂亮溫(填色)與19—23時短時強降水落區 (黑色三角：雨強為20～50 mm·h-1，藍色三角：雨強為50～80 mm·h-1，黃色三角：雨強>80 mm·h-1)Fig.1 (a) The observed accumulated precipitation from 08：00 BT 25 to 08：00 BT 26, (b) FY-4 infrared cloud top brightness temperature (colored) at 08:00 BT 25 and the short-term severe precipitation area in 08:00-17:00 BT 25, (c) FY-4 infrared cloud top brightness temperature (colored) at 18:00 BT 25 and the short-term severe precipitation area in 19:00-23:00 BT 25 May 2019 (black triangle: rainfall intensity in 20-50 mm·h-1, blue triangle: rainfall intensity in 50-80 mm·h-1, yellow triangle: rainfall intensity greater than 80 mm·h-1)

2 FY-4 LMI產品簡介

中國新一代靜止衛星FY-4 LMI是我國第一次自主研制的星載閃電成像儀，主要包括用于觀測閃電光輻射的電荷耦合器件觀測陣列(CCD)面陣，以及用于星上數據預處理和背景信號濾除的星上實時事件處理器(RTEP)(惠雯等，2016) 。其中LMI的核心傳感器是CCD面陣，面陣大小為400×600，探測中心波長為777.4 nm，星下點空間分辨率為7.8 km，帶寬為±1 nm。1分鐘能夠連續觀測30 000幀圖像，單幀圖像積分時間約為1.875 ms，遠大于一次閃電放電過程約400 μs的持續時間。RTEP接收CCD面陣并行輸出的原始觀測數據，經信號接收與限輻、多幀平均背景估值、背景信號去除等處理，實現對閃電信號的捕捉。RTEP系統輸出的原始觀測數據，經過處理，輸出包含閃電“事件”“組”和“閃電”的發生時間、位置等信息。當LMI CCD面陣單個像元觀測到的閃電光輻射的輻散度高于背景閾值時，定義為一次閃電“事件”；對應CCD面陣該像元中心位置即為這次閃電“事件”位置。同一幀CCD圖像上的多個相鄰微小像元觀測到的閃電“事件”組成一個“組”；對應于地閃的一次回擊或云閃的一次K變化，滿足一定閾值條件的多個“組”定義為一次真實的“閃電”過程。由于“閃電”具有時間和空間上的延展性，可以看做傳統意義上的一次閃電，基于此將“閃電”作為LMI產品的主要參量。

3 FY-4A LMI觀測特征分析

3.1 LMI閃電觀測適用性分析

閃電觀測技術發展至今已有幾十年的歷史，主要觀測方式分為地基閃電觀測和衛星閃電觀測兩種。其中地基閃電監測是通過ADTD閃電定位系統連續、實時地記錄和分析波形特征點的到達時間和位置(惠雯等，2016)，而衛星閃電觀測則通過觀測雷暴云中閃電發出的強烈光脈沖，利用閃電信號與背景信號在時間空間和光譜特性方面的差異，通過CCD面陣觀測器，利用光譜濾波、空間濾波等技術獲取閃電信號。二者在觀測原理上有明顯的差異，因此在FY-4 LMI產品應用分析之前，需要通過對比分析LMI和ADTD數據在不同降水階段的異同點，從而對LMI產品在此次過程中的觀測能力進行有效的評估。由于星地閃電觀測技術在原理、特性、方法、數據格式、度量單位、觀測范圍等方面都不相同，因此在開展對比研究前，要進行科學的數據預處理，通過一定的轉換方法，將不同來源的數據進行時空范圍的有效匹配。根據本文的研究需求，確立評判星地觀測數據一致性時間窗口≤1.0 s，空間窗口緯度≤0.5°，經度≤0.5°。為對LMI產品與ADTD產品進行一定時間段內總體形態上的對比，因此選取10 min內閃電累積分布圖進行對比分析。

圖2分別給出了5月25日08、11、14、18、20、23時LMI前10 min閃電數據(黑點)和ADTD閃電數據(紅點)的分布。從閃電分布的總體趨勢來看，無論是暖區降水階段還是鋒面降水階段，LMI閃電觀測的分布區域與ADTD閃電觀測的分布區域大體是一致的，因此這次過程中LMI閃電資料具有一定的適用性。由于觀測機理的不同，LMI閃電觀測與ADTD閃電觀測具有一些不同點：首先，從LMI閃電觀測與ADTD閃電觀測的總體數量來看，由于LMI閃電能夠實現總閃(“云閃”和“地閃”)觀測，因此此次過程中，LMI閃電觀測比ADTD閃電觀測到的閃電數據更多。此外，從相對位置來看，LMI閃電觀測和ADTD閃電觀測也具有一定的差異性。25日08時，暖區對流在江漢平原一帶發展，該地區對應出現了明顯的閃電(圖2a)。其中LMI閃電觀測區域(黑色方框)較ADTD閃電觀測區域(紅色方框)位置更偏東。由于對流系統的移動方向是自西向東，因此25日08時，LMI閃電觀測區域略超前于ADTD閃電觀測。此后，隨著對流系統的東移，LMI閃電觀測的這種超前表現趨于減弱(圖2b，2c)。18時前后，受到鋒面系統的影響，東北—西南向的鋒面對流系統在江漢平原再度發展，對應上述地方再度出現明顯的閃電(圖2d)。從江漢平原LMI閃電觀測和ADTD閃電觀測的相對位置看，25日18時，LMI閃電觀測再次出現超前于ADTD閃電觀測的特征，這種超前特征一致持續到20時前后(圖2e)，20時之后，隨著對流系統的東移減弱，LMI閃電觀測的這種超前表現再次趨于減弱。

圖2 2019年5月25日(a)07:50—08:00,(b)10:50—11:00,(c)13:50—14:00, (d)17:50—18:00,(e)19:50—20:00,(f)22:50—23:00的LMI和ADTD閃電觀測 (黑色圓點和方框：LMI閃電觀測，紅色圓點和方框：ADTD閃電觀測)Fig.2 LMI and ADTD lightning observations of (a) 07:50-08:00 BT, (b) 10:50-11:00 BT, (c) 13:50-14:00 BT, (d) 17:50-18:00 BT, (e) 19:50-20:00 BT, (f) 22:50-23:00 BT 25 May 2019 (black dot and box: LMI lightning, red dot and box: ADTD lightning)

由上述分析可看出，在對流迅速發展的初期，LMI閃電觀測出現超前于ADTD閃電觀測的特征，并且鋒面降水階段中這種超前特征持續時間更長一些。之所以出現這樣的觀測差異，這是由于LMI閃電觀測主要是云頂觀測，觀測包括云閃、地閃在內的總閃，而且對云閃更加敏感，而ADTD閃電觀測主要以地閃為主。在雷暴系統中，云閃的數量多大于地閃，云內的第一個閃電幾乎總是云閃，有些雷暴云中的閃電可能全部為云閃，云中放電比云地放電平均時間具有一定的超前性(副島毅和奧山和彥，1998)，因此導致LMI閃電觀測會出現超前于ADTD觀測的特性，而這種超前性對于對流活動的監測具有重要的預警意義。為進一步研究此次過程中LMI數據與對流系統發展演變之間的關系，下文將對LMI數據與紅外云頂溫度變率、雷達反射率等數據進行對比分析。

3.2 LMI閃電觀測在積云發展演變中的作用分析

Roberts and Rutledge(2003)指出紅外云圖上出現低于0℃且范圍較大的云頂溫度變率是積云快速發展的信號之一。本文將首先選取紅外云頂溫度變率代表積云發展信號，驗證LMI閃電觀測在積云對流發展中所起到的作用。本文所使用的紅外云圖資料來自于FY-4A多通道掃描成像輻射計紅外通道(波長約為10.8 μm)。因此在本文中，用當前紅外云頂亮溫、未來1小時內紅外云頂溫度變率(后一時刻云頂亮溫與初時刻云頂亮溫之差)表示對流云團發展演變的指標。

25日08時前后，在較好的不穩定和水汽條件下，受到南風氣流中動力輻合作用的影響，江漢平原一帶有團狀對流云團生成并東移。08—09時是江漢平原一帶云團發展的最強盛時刻。從08時FY-4紅外云頂亮溫可看出(圖3a)，江漢平原附近形成一個中尺度對流云團，紅外亮溫最低值達到205 K。

圖3 2019年5月25日(a)08時,(c)09時,(e)10時，(g)18時,(i)19時,(k)20時FY-4紅外云頂亮溫(填色) 和LMI閃電分布；(b)08—09時,(d)09—10時,(f)10—11時，(h)18—19時,(j)19—20時,(l)20—21時 FY-4紅外1小時云頂溫度變率(填色)和初時刻LMI閃電分布 (黑色圓點：LMI閃電，紅色虛線框：積云發展標識) Fig.3 FY-4 infrared cloud top brightness temperature (colored) and LMI lighting at (a) 08:00 BT, (c) 09:00 BT, (e) 10:00 BT, (g) 18:00 BT, (i) 19:00 BT and (k) 20:00 BT 25 May 2019； FY-4 hourly cooling rate of infrared cloud top temperature (colored) and initial LMI lighting at (b) 08:00-09:00 BT, (d) 09:00-10:00 BT, (f) 10:00-11:00 BT, (h) 18:00-19:00 BT, (j) 19:00-20:00 BT and (l) 20:00-21:00 BT 25 May 2019 (black dot: LMI lighting, red dotted box: cumulus development logo)

續圖continued

從08時LMI閃電分布來看，一部分位于云團中心部分，還有一部分位于云團的移動前方(右側)。從08—09時紅外云頂溫度變率(圖3b)看，云團右側前方LMI閃電分布的區域出現了低于0℃的云頂溫度變率，表明出現在云團右側前端的LMI閃電觀測對于未來1小時內對流發展起到一定的指示作用，而出現在云團中心區域的LMI閃電分布區域并沒有出現低于0℃的云頂溫度變率，因此這部分LMI閃電觀測對于對流發展演變并沒有明顯的指示意義。09—10時(圖3c，3e)以及11—17時(圖略)，LMI閃電主要分布在紅外云團的中心區域，對于未來1小時的云頂溫度變率來看(圖3d，3f)，LMI閃電分布區域并沒有出現低于0℃的云頂溫度變率，因此這個時段的LMI閃電觀測對于對流發展演變并沒有明顯的指示意義。

25日18時前后，受到低渦東移以及地面冷鋒的影響，江漢平原一帶有對流云團生成，并逐漸發展為東北—西南走向的對流云系并緩慢東移。18—20時是該對流云系發展的最強盛時刻。從18時FY-4紅外云頂亮溫圖和LMI閃電分布看(圖3g)，LMI閃電主要分布在紅外云團的右側(紅色虛線框)。從18—19時紅外云頂溫度變率(圖3h)看，18時云團右側前方LMI閃電分布的區域出現了明顯低于0℃的云頂溫度變率，最大降溫率達到了-30℃，表明LMI閃電觀測區域未來1小時內出現了明顯的對流發展，進一步表明出現在云團右側的LMI閃電觀測對于未來1小時內對流發展起到一定的指示作用。19—20時(圖3i，3k)，隨著系統緩慢東移，原對流系統的尾部開始出現新的對流，此時LMI閃電分成兩部分，一部分與對流云團大致重合，另外一部分則位于對流云系的右側(紅色虛線框)從未來1小時的云頂溫度變率來看(圖3j，3l)，位于對流云團右側的LMI閃電分布區域出現明顯的云頂降溫，而與云團大致重合的LMI閃電分布區域并沒有出現低于0℃的云頂溫度變率。20—23時(圖略)，LMI閃電主要分布在對流云團的中心區域，未來1小時內沒有出現低于0℃的云頂溫度變率。

從以上分析可看出，此次過程中，無論暖區降水還是鋒面降水階段，當同時刻LMI閃電觀測位于當前對流云團移動的前方時，未來1小時內LMI閃電分布區域出現了明顯的云頂溫度變率，表明LMI閃電觀測對于未來1小時內對流發展起到一定的指示作用；而當LMI閃電觀測與出現在對流云團的中部時，未來1小時內LMI閃電分布區域并沒有出現低于0℃的云頂溫度變率，此時LMI閃電觀測對于未來1小時內對流發展并沒有明顯的指示作用。為分析出現這種差異的原因，將分別選取暖區降水階段的08—09時和鋒面降水階段18—19時這兩個時段，采用時間分辨率更高的雷達資料(逐6 min)和LMI資料(逐10 min)進行對比分析。

3.3 LMI閃電觀測在對流系統演變中的作用分析

多普勒雷達觀測是目前監測對流系統發生發展的有效手段之一(龍柯吉等，2020)。為進一步判斷LMI閃電觀測在對流系統發生發展中所起到的作用，將選取時間分辨率更精細的雷達觀測資料與LMI閃電觀測資料進行對比分析。本文選取的雷達觀測資料時間分辨率為6 min，而使用的LMI閃電資料的時間分辨率為10 min，因此以LMI閃電觀測資料的時間分辨率為基準，將雷達觀測資料的時間分辨率采用最鄰近差值法進行差值，使其與LMI閃電觀測資料的時間分辨率一致。為驗證LMI閃電資料對于雷達反射率演變是否有提前指示性，分別選取暖區降水階段和鋒面降水階段典型時刻的LMI閃電與雷達反射率的演變情況依次進行疊加顯示。

暖區降水階段：從5月25日08:05的LMI資料和雷達反射率資料疊加圖可以看出(圖4a)，LMI與對流系統的對應關系分成兩種，A區內(黑色方框)有一明顯的對流系統發展，LMI閃電主要分布在對流系統的內部，而B區內(藍色方框)有兩個尺度較小的對流單體，LMI閃電主要分布在對流單體移動的前方；08:15(圖4b)，A區閃電活動不明顯，B區內北部對流系統附近繼續出現閃電活動。與08:05對流系統相比，A區內的對流系統變化不大，但是B區內對流單體向著08:05閃電出現的區域移動，并且強度加強；08:25—08:35(圖4c,4d)，A區內閃電活動不明顯，B區內在對流系統移動方向的前方(東北方)繼續出現閃電活動。與08:15對流系統相比，A區內對流系統變化不大，B區內對流系統向著東北方向繼續移動，強度進一步加強。08:45(圖4e)，A區內沒有閃電活動，B區內閃電活動與對流系統同步出現。與08:35對流系統相比，A區內對流系統變化不大，B區內對流系統開始變得松散，強度略有減弱。08:55(圖4f)，A、B區內閃電活動都不明顯，B區內對流系統繼續變得松散，強度進一步減弱。

圖4 2019年5月25日(a)08:05,(b)08:15,(c)08:25，(d)08:35,(e)08:45,(f)08:55 LMI的閃電和雷達反射率; 25日08:05與圖4a中(g)黑色方框和(h)藍色方框剖線對應的雷達反射率垂直剖面 (填色：雷達反射率，黑色圓點：LMI閃電，黑色實線：反射率剖線，黑色方框：A區，藍色方框：B區; 圖4g，4h中的藍色實線：最強反射率因子垂直剖面特征線)Fig.4 LMI lighting and radar reflectivity at 6 min intervals at (a) 08:05 BT, (b) 08:15 BT, (c) 08:25 BT, (d) 08:35 BT,(e) 08:45 BT and (f) 08:55 BT 25 May 2019； radar reflectivity vertical profiles at 6 min intervals corresponding to the section lines in the black box (g)， and in the blue box (h) inFig.4a at 08:05 BT 25 May 2019 (colored: radar reflectivity, black dot: LMI lighting, black solid line: reflectance profile, black box： Zone A, blue box: Zone B; blue solid line in Figs.4g, 4h: vertical profile characteristic line of the strongest reflectivity factor)

從以上分析可看出，B區中LMI閃電活動出現的次數較多，主要出現在對流系統移動的前方，能夠對對流系統的發展演變起到一定的提前指示意義；而A區中LMI閃電活動出現的次數較少，主要出現在對流系統的內部，對對流系統的發展演變的指示意義偏弱。為什么會出現這樣的差別呢？分別針對A區中的對流系統和B區中的北部對流系統沿著移動方向進行剖面(圖4g，4h)，發現A區北部對流系統的雷達回波垂直方向上呈現準垂直型，云底反射率達到了50 dBz以上，云團發展旺盛，由于云體呈現準垂直型，因此衛星觀測的LMI閃電與對流系統的發展幾乎是同步的，LMI閃電對于對流系統演變的提前指示意義偏弱；而B區對流系統的雷達回波垂直方向上呈現出沿著移動方向向前傾斜的特征，衛星觀測LMI閃電首先觀測到云中閃電，多普勒雷達稍后觀測到反射率特征，因此此時LMI閃電對于對流系統演變具有一定的提前指示意義。

鋒面降水階段：18—20時是鋒面降水對流系統發展階段，其中19時是對流系統最強烈發展階段。從5月25日19：05的LMI資料和同時刻雷達反射率資料疊加圖可看出(圖5a)，江漢平原南部有明顯的線狀對流系統形成。LMI閃電分布區域(藍色方框內)位于對流系統的移動方向的前方；19:15，江漢平原線狀對流系統緩慢向東移動，此時閃電繼續出現在對流系統移動的前方；19:25，江漢平原線狀對流系統繼續緩慢東移，其北部形態開始變得有組織化，回波強度增強，此時閃電主體仍然出現在對流系統移動的前方；19:35—19:45，江漢平原線狀對流系統呈現準靜止型，強度維持，此時閃電主體仍然出現在對流系統移動的前方；19:55，閃電主體分布區域與對流系統相重合，20時之后(圖略)，對流系統在東移過程中逐漸減弱。

從以上分析可看出，19:05—19:45這段時間內，LMI閃電主要分布在對流系統移動的前方，此時對流系統處在強烈發展加強階段；19:55以后，LMI閃電分布區域與對流系統出現區域較重合，此后，對流系統開始出現減弱趨勢。可見在鋒面降水過程中對流系統發展的不同階段，LMI觀測與雷達觀測區域的相對位置有所不同，LMI閃電分布對于對流系統發展演變的關系也有所不同，為研究其原因，分別選取對流發展階段(19:05)和對流趨于減弱階段(19:55)的線狀對流系統，沿著其移動方向做雷達反射率垂直剖面，發現19:05(圖5g)，在對流系統的強烈發展階段，雷達反射率繪制剖面上回波整體出現向移動方向前傾的結構，有利于高空衛星首先觀測到云閃的發生，因此可能導致出現LMI閃電分布位于同時刻對流系統移動方向的前方，并且對對流系統的發展演變有指示意義；而在對流趨于減弱的階段(圖5h)，雷達反射率垂直剖面上最強反射率因子垂直結構呈現準垂直型，此時高空衛星首先觀測到云閃發生的時間幾乎與地面同步，因此可能導致LMI閃電分布與同時刻對流系統位置較為一致，此時LMI分布對于對流系統發展演變的提前指示意義偏弱。

4 結 論

本文研究了2019年5月25日強降水過程中，FY-4 LMI數據在不同降水性質、不同演變階段對流系統的觀測特征，得出如下結論：

(1) 從閃電分布的總體趨勢來看，無論是暖區降水階段還是鋒面降水階段，LMI閃電觀測的分布區域與ADTD閃電觀測的分布區域大體是一致的，因而在這次過程中LMI閃電資料具有一定的適用性。此外，在對流迅速發展的初期，LMI閃電觀測出現超前于ADTD閃電觀測的特征，并且鋒面降水階段中這種超前特征持續時間更長一些。

(2) 無論是暖區降水還是鋒面降水階段，當同時刻LMI閃電觀測位于當前對流云團移動的前方時，未來1小時內LMI閃電分布區域出現了明顯的云頂溫度變率，積云有發展趨勢；而當LMI閃電觀測與出現在對流云團的中部時，未來1小時內LMI閃電分布區域并沒有出現低于0℃的云頂溫度變率。

(3) 無論是暖區降水還是鋒面降水階段，LMI觀測與對流系統的相對位置有所不同，LMI閃電分布對于對流系統發展演變的關系也有所不同。當雷達反射率垂直剖面上最強回波出現向移動方向前傾結構時，LMI閃電觀測往往出現在雷達觀測對流系統移動方向的前方，此時LMI閃電觀測對于對流系統發展演變有較好的提前指示意義；而當雷達反射率垂直剖面上最強回波出現準垂直結構時，LMI閃電觀測往往與雷達觀測對流系統較重合，此時LMI閃電觀測對于對流系統發展演變的提前指示意義偏弱。

本文通過對2019年5月25日強降水過程中FY-4 LMI產品在對流系統的監測及預報指示性進行分析，揭示了在對流系統演變中LMI閃電觀測的提前預警意義，得出了一些有意義的結論，為新型衛星觀測資料在強天氣監測和預報中的應用提供了有用的參考依據。但是本文的研究僅局限于一個個例，后期將通過大量個例分析，進一步系統研究LMI產品在不同天氣背景下、不同類型強對流天氣中的監測及預警作用。