福建冰雹云三維閃電及雙偏振雷達回波特征分析*

阮 悅 黃慧琳 魏 鳴 潘佳文 陳秋萍

1 福建省災害性天氣重點實驗室,福州 350001 2 福建省氣象臺，福州 350001 3 福建省氣象服務中心，福州 350001 4 南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創新中心,南京 210044 5 廈門市氣象局，廈門 361012

提 要： 為了深入認識冰雹云中閃電的演變特征及云物理機制，利用VLF/LF三維閃電監測資料，結合S波段雙偏振雷達、地面觀測等資料，采用統計、對比方法，對福建2017—2020年31個冰雹單體閃電特征進行了分析。結果表明：降雹前閃電頻數峰值約有2/3在50次·(6 min)-1以上，80%冰雹云地面降雹出現在閃電峰值后的3～25 min；降雹前總閃電頻數出現躍增，70%雹暴單體頻數平均遞增率達4 次·min-1以上，閃電快速躍增提前于降雹前6～40 min；云閃頻數在成熟階段最多，發展階段最少；冰雹單體三個階段云閃集中分布在2～6 km高度層；差分反射率因子(Zdr)、相關系數(CC)等參數及粒子相態識別分析表明雹云降雹前融化層以上由冰雹和霰組成，融化層下由干、濕冰雹和雨粒子組成，低層則主要由濕冰雹和中大雨粒子組成；閃電頻數、正地閃或正云閃占比率與回波強度、最強回波高度、強回波伸展高度呈正相關。結合了閃電資料與雙偏振雷達參量，為識別冰雹云體演變及雷電預警提供參考。

引 言

冰雹等災害性天氣常常伴有強閃電發生，放電過程中形成的強大電流及其輻射的電磁場，對大量使用微電子器件的現代社會造成巨大影響。近年來，國內外利用閃電定位系統和多種雷達對中尺度對流天氣過程進行了大量的觀測，取得了很多有意義的研究成果。美國國家強風暴預報中心(NSS-FC)在1988—1990年間，組織了相應的“閃電資料應用于強對流天氣預報業務”評估研究，并肯定了閃電資料可以有效地改進強對流的診斷和預報(張義軍等，2006)。馮桂力等(2008)、陳哲彰(1995)對不同地區冰雹過程閃電特征進行了研究，發現雹暴發展演變過程中具有較高的正地閃比例。周筠君等(1999)、李國昌等(2005)對不同地區冰雹云發展演變過程中閃電特征開展研究，發現在降雹前閃電頻次出現“躍增”現象并伴隨一定的閃電頻次峰值出現。

在地閃活動規律與雷達回波的關系方面，國內外有諸多研究成果，尹麗云等(2012)發現在颮線整個發展階段，-10℃和-20℃層高度上雷達回波強度的每一次跳躍變化都對應著地閃頻次的躍增，且其回波強度躍變總在地閃頻次變化之前6～30 min發生。支樹林等(2012)統計分析2003—2010年江西境內的地閃與回波強度的相關性，發現0℃層以上最大回波強度介于45～55 dBz時，對應地閃活動最強。李南等(2006)對安徽省3次天氣過程的閃電與雷達資料的相關性進行了分析，發現閃電發生的數目和變化與回波頂高(ET)有較好的對應關系。國外一些研究者(Ge et al，1992；Yan et al，1992；Qie et al，1993)發現雷達回波強度和地閃頻數有很好的對應關系，隨著風暴的生消演變，正、負閃電頻數呈現不同的變化特征。

新一代天氣雷達在監測預警冰雹等強對流方面已經取得很多研究成果(馮晉勤等，2010；鄭媛媛等，2004；陳秋萍等，2015)，近年雙偏振雷達由于其識別降水粒子相態方面的能力，在冰雹識別預警及人工防雹指揮等方面得到了很好的應用(曹俊武和劉黎平，2006；劉黎平等，1996；劉黎平，2002；潘佳文等，2020a;2020b；馮晉勤等，2018；高麗等，2021)。

上述研究大多數都是探討地閃分布特征及針對個例的三維閃電特征分析，少見結合雙偏振雷達資料的分析。本研究利用VLF/LF閃電定位系統及S波段雙偏振雷達資料，基于雷達觀測到的雹暴單體，動態追蹤整個雹暴生命史中閃電頻數的演變，分析地閃、云閃隨高度分布及閃電與回波伸展高度的相關性，歸納對冰雹云識別預警有重要指示意義的參數指標，以期為冰雹云的識別預警及雷電預警提供參考。

1 資料與說明

1.1 冰雹資料

普查2017—2020年福建省內的冰雹事件,來源主要包括：①由縣市(區)級氣象部門核實并通過中國氣象局氣象災害管理系統上報的冰雹災情直報信息；②根據官方媒體的災情報道新聞以及微博等新媒體手段發布的目擊報告，從中篩選出具有確切照片記錄和實時定位信息的冰雹發生記錄，剔除冰雹尺寸模糊，時間、地點信息不明確的報告，同時具有完整閃電資料;③為了閃電數據不受其他雷暴系統干擾，冰雹樣本挑選雷達回波中雹暴周圍15 km范圍無其他風暴存在的個例。據此選取31個冰雹個例。

1.2 閃電資料

本項目采用中國科學院電工研究所研制的VLF/LF(ADTD_2C)閃電監測定位系統數據，該探測儀采用數字波形鑒別技術，鑒別速度快，可提供閃電發生時間、云閃、地閃、經度、緯度、強度、極性等參數的實時自動連續監測信息。閃電定位系統由福州、平潭、廈門、福鼎、德化、崇武、東山、平和、武平、龍巖、泰寧、寧化、永安、政和、南平、武夷山16個探測站組成，站距為150 km左右，探測范圍覆蓋福建全省及與福建相鄰的廣東、江西、浙江部分地區和臺灣海峽，探測效率高于85% ，站網內定位精度平面小于300 m、高度小于500 m。探測站的具體分布情況如圖1所示。

圖1 福建省三維閃電監測網站址分布Fig.1 Distribution of 3D lightning monitoring websites in Fujian

本文根據福建全省雷達系統中提供的風暴高度、強度等信息將雹暴分為三個階段：發展、成熟、消亡階段。規定雷達回波處于強度增強、40 dBz以上強回波面積增大、風暴頂高處于增加中為發展階段；強度、50 dBz以上強回波面積及風暴頂高處于維持(或變化不大)為成熟階段；處于強度減弱、50 dBz以上強回波面積減小、風暴頂高降低中為消亡階段。文中所用閃電資料是以產生降雹的風暴為中心，組合反射率因子20 dBz以上區域范圍內探測到的所有閃電數據，主要分析云閃和地閃頻數、云閃比率、正負閃比率、云閃高度等參量及其演變特征。同時詳細分析了2個雹云單體閃電與S波段雙偏振雷達回波特征。

2 冰雹閃電頻數及其演變

2.1 閃電頻數分布及其演變

文中對閃電頻數的計算是指閃電發生時刻后6 min閃電頻數的累加值。統計發現閃電頻數越大，可能產生的冰雹直徑越大。從收集到的樣本記錄看，降雹前閃電頻數約有2/3在50次以上，其中1/3 達200～500次(圖2)，最高達416次·(6 min)-1。本文31個樣本中較大冰雹(直徑≥1 cm)共20個，其中16個總閃電頻數達50次·(6 min)-1以上，占80%；較小冰雹(直徑<1 cm)共11個，其中只有3個總閃電頻數達50次·(6 min)-1以上，僅占27.3%。

圖2 總閃電頻數分布Fig.2 Distribution of total lightning frequency

統計有閃電發生的31個冰雹云閃電演變情況，發現降雹前總閃電頻數出現躍增，70%以上雹暴總閃電頻數遞增率達4次·min-1以上。

冰雹云中云閃活動強烈，云閃與總閃比值≤25%的有9個，占29.0%；比值>30%以上的共20個，占64.5%。閃電監測數據表明3個階段中成熟階段云閃最多、云閃與總閃的比值最大，最大達61.0%，平均為30.4%；消亡階段比值次之，發展階段云閃最少、比值也最小。

2.2 閃電頻數峰值和快速躍增超前于地面降雹的時間

通過對冰雹云閃電變化特征和降雹時間分析，85%降雹發生在閃電頻數的峰值(簡稱閃電峰值)后，其中3次閃電峰值出現在地面降雹前，80%降雹發生在閃電峰值后的3～25 min內(圖3)，滯后時間最長超過30 min。統計閃電躍增開始時間，發現絕大多數雹云在降雹前閃電快速躍增，提前的時間大多在6～40 min，占總數的74.2%(圖3)，峰后降雹28個個例均在此范圍內，其中3個雹暴降雹發生在閃電峰值出現前，其快速躍增提前于降雹時間均不多，僅在3～5 min左右。閃電峰值和快速躍增可以作為冰雹云的識別預警指標。

圖3 閃電頻數的峰值和快速躍增超前于地面降雹的時間Fig.3 The time ahead of the ground hail of peak value and rapid jump of lightning frequency

2.3 冰雹云正閃比率分布特征

積雨云中正負電荷的分布非常復雜，總體而言，云體的上部以正電荷為主，下部以負電荷為主，而雹胚常存在于積雨云的上部，即與正電荷密切相關。依據冰雹的成長理論，積雨云發展得越高，云上部形成冰雹的可能性及其直徑就越大，生成的正電荷就越多。

為了減小少量閃電對正負閃比率統計結果的影響，對于地閃數≤4次·(6 min)-1的閃電不進行統計，據此分別得到發展、成熟、消亡階段樣本20、27、22個，正地閃與總地閃比率分布結果見圖4，31個冰雹云中，成熟階段正地閃與總地閃比率>0.15以上的達 74.0%，其中0.15～0.3個數較多，達48.1%；消亡階段則是比率>0.15以上的為58.1%，其中0.3～0.4 個數最多，達36.4%；發展階段低值最多，比率>0.15以上的為50.0%，且近1/3比率為0。

圖4 正地閃與總地閃比率分布Fig.4 Distribution ratio of positive ground lightning to total ground lightning

同上原因對于云閃數≤2次·(6 min)-1不進行統計，據此分別得到發展、成熟、消亡階段統計樣本15、26、22個，正云閃與總云閃比率分布結果見圖5，冰雹云成熟和消亡階段正云閃與總云閃比率>0.15以上的分別為61.5%和63.6%；發展階段低值最多，比率>0.15以上的為40.0%，且近1/3比率為0附近。

圖5 正云閃與總云閃比率分布Fig.5 Distribution ratio of positive cloud flash to total cloud flash

2.4 冰雹云閃電高度分布特征

冰雹云是強烈的對流系統，發展高度高，除了地閃外，還會發生強烈的云閃。圖6是31個雹暴單體三個階段云閃在各個高度層上的頻數分布，可見三個階段總云閃集中分布在2～6 km高度層。成熟階段云閃是三階段中最多的，主要分布在2～6 km高度層上，中位數在25次·(6 min)-1左右，3～4 km 高度層上75%分位數達100～200次·(6 min)-1；減弱階段主要分布在2～4 km高度層，中位數為10次·(6 min)-1左右；發展階段云閃最少，中位數僅為1次·(6 min)-1，即約50%樣本發展階段云閃為零，且6 km以上高度層基本無云閃。

圖6 (a)發展階段,(b)成熟階段和(c)消亡階段各高度層云閃頻數分布(箱體上限為第75%分位數，下限為第25%分位數，紅線為中位數，+代表異常值)Fig.6 Distribution of cloud flash frequency at different altitudes in (a) developing stage, (b) mature stage, (c) dissipating stage(Upper limit of the box is 75% quantile, lower limit is 25% quantile, red line is median, + represents abnormal value)

3 個例分析

為了更詳細地了解冰雹云體演變過程的閃電特征，下面結合廈門雙偏振雷達資料分析兩個冰雹云個例。為了保證文中分析個例雷達偏振參量的可靠性，本文利用低反射率因子區域訂正差分反射率因子(Zdr)的方法對文中兩次降雹過程(2018年5月23日、2020年5月6日)的系統偏差進行了分析、訂正。分析思路是基于：均勻的弱降水粒子(微雨滴)的形狀接近球形，Zdr趨近于0且相關系數(CC)大，因此偏振量的平均值可以作為偏振量的系統偏差。選取分析資料規則如下：選取冰雹過程減弱消亡階段的10個體掃的0.5°仰角，沿徑向選取水平反射率因子(Zh)為15～20 dBz、且CC>0.98對應距離庫的Zdr數據，當Zh≥20 dBz，舍棄該距離庫及后面的Zdr數據，重新開始另一個徑向Zdr數據的讀取，據此兩個過程分別選取了32 791個、80 869個Zdr樣本。統計結果表明兩個過程Zdr均呈正態分布(圖略)，2018年5月23日過程Zdr平均數為0.52 dB，存在系統性偏差，需往小訂正0.52 dB，2020年5月6日Zdr平均數為0.11 dB，在Zdr偏差允許范圍，無需訂正。下文2018年5月23日個例分析采用經過了偏差訂正后Zdr的數據。

3.1 2020年5月6日冰雹過程

廈門S波段雙偏振雷達資料顯示，5月6日冰雹云是超級單體風暴，強度強、高度高，在成熟階段中除了1個體掃外，最強強度均在69～76 dBz，55 dBz、60 dBz強回波區最高伸展高度分別達11.0 km、10.0 km。雹云15時(北京時，下同)左右初生發展至15:41進入成熟階段，此時強度為71 dBz，出現了三體散射(TBSS)特征，TBSS長度較短僅為8 km左右，此后在移動中快速加強，15:58 TBSS長度約40 km，達到生命史中最大，并出現了鉤狀、中氣旋、回波懸垂等超級單體特征(圖8a，8b)，此時地面已經降雹。圖7a是該雹云單體生命史期間6 min累加閃電頻數演變，雙峰結構對應了兩次降雹過程，15:35時閃電頻數第一次躍升達75次·(6 min)-1左右，此時地面僅在雹云后部有弱降水，至15:47閃電驟增，11 min內由50次·(6 min)-1躍增到275次·(6 min)-1，遞增率約為20次·min-1，云閃頻數較大，占總閃比率約為0.3。對應的強回波高度上升為7.2 km，15:58閃電頻數達到峰值時，地面降雹，沒有收集到冰雹直徑數據，并伴有13.5 mm·(10 min)-1的短時強降水，此次降雹與閃電頻數峰值時間同步，滯后于閃電頻數躍增約為11 min。之后隨著強回波高度由16:09的5.2 km上升至16:15的7.2 km，閃電再次加強，至16:21前后達到峰頂為360次·(6 min)-1左右，之后頻數維持了約5 min后開始減小。16:32強回波高度陡降為2.1 km，地面在16:30—16:35降下直徑為1～2 cm的冰雹，同時伴有13.1 mm·(10 min)-1的短時強降水。該超級單體第二次降雹滯后于閃電峰值約為9 min，滯后于閃電頻數躍增約為20 min，頻數遞增率為9次·min-1，云閃頻數較大，占總閃比率約為0.29。

圖7 (a)2020年5月6日，(b)2018年5月23日冰雹云閃電頻數時序圖Fig.7 Time series of hail cloud lightning frequency on (a) 6 May 2020 and (b) 23 May 2018

圖8 2020年5月6日15：52(a,c,e,g)0.5°和(b,d,f,h)2.4°仰角的(a,b)Zh、(c,d)Zdr、(e,f)CC、(g,h)粒子相態識別(橢圓內為強回波分析區，圖8d中虛線橢圓內Zdr>7.7 dB)Fig.8 (a, b) Zh, (c, d) Zdr, (e, f) CC, (g, h) HCL taken at (a, c, e, g) 0.5° elevationand (b, d, f, h) 2.4° elevation at 15:52 BT 6 May 2020(Ellipse is the strong echo analysis area, dash line ellipse in Fig.8d Zdr> 0.77 dB)

Zdr表示水平極化和垂直極化回波的反射率因子之比的對數，與粒子總數在不同尺寸上的分布有關，一般來說，冰雹由于在下落過程中不斷翻轉、擺動，其Zdr值趨于零，尺寸較大的冰雹在其下落過程中保持自由降落狀態，Zdr<0(曹俊武和劉黎平，2006)。廈門雙偏振雷達觀測到第一次降雹前 6 min 左右在0.5°仰角(高度約為1.7 km)強度大于62 dBz的強回波區(圖8中實線橢圓內)外圍Zdr為3.0～4.0 dB，強中心區包裹著0.6 dB的區域，另外在強中心西北側的鉤狀回波中段處(次強中心)的Zdr也為0.6 dB，該區域差分傳播相移率(Kdp)達3.7°·km-1，兩個強回波中心區域CC存在明顯的低值中心，為0.85(圖8e，8f)，外圍增大為0.90～0.96，可以判斷為融化層以下采樣體積里混有大中雨滴以及外包水膜的雹粒，此時地面已開始出現強降水，10 min 最強降水量達13.5 mm；2.4°仰角(高度約為4.8 km)，強度達69 dBz的強中心區外圍Zdr為0.5～1.5 dB，中心區包裹著-2～-1 dB的低值區(圖8d)，強回波中心區的CC為0.8(圖8f)，判斷由冰雹和霰組成，當天濕球溫度0℃層高度(WBZ)(俞小鼎，2014)、-20℃層高度分別為4.6 km、7.9 km(圖9a)。該雹云單體強度強，TBSS長度長，這是大冰雹發生TBSS時由地面反射水平偏振波與垂直偏振波的差異造成的(Picca and Pyzhkov，2012)。圖8可見TBSS回波強度為15～25 dBz，對應區域Zdr出現由負極值到正極值的突變，其根部Zdr達7.7 dB(圖8d中藍色虛線橢圓內)，CC低至0.3～0.7，且數值分布無規律，呈現明顯的非氣象回波特征。通過粒子相態識別(HCL)對上述分析結果給出結論：在0.5°仰角對應高度主要為大中降水粒子和冰雹粒子相伴；2.4°仰角對應高度由冰雹和霰組成(圖8g,8h)。

16:21該冰雹云第二次降雹前TBSS長度仍有20 km，0.5°仰角(高度約為2.3 km)68 dBz強回波中心處Zdr為-1.0 dB，外圍為3.0～4.0 dB，該區域差分傳播相移率Kdp達3°·km-1，CC為0.85～0.96，判斷為大中雨滴和下降到融化層下的外包水膜冰雹的混合水凝物，2.4°仰角(高度約為6.2 km)強度達73 dBz的強中心區Zdr為-1.5～0.5 dB，CC為0.8左右，判斷以冰雹為主(圖略)。

圖9a是本次降雹過程三個階段云閃頻數、雷達回波強度和強回波高度時序圖，由圖可見，三個階段云閃主要分布在2～6 km高度層，成熟階段頻數是三個階段中最高的，達715次，該階段3～4 km高度層頻數為最高的，達346次，6～8 km高度層頻數低至25次；消亡階段頻數次之，發展階段頻數最低。三個階段地閃頻數分別為102、2 037、396次，成熟階段地閃頻數也是三個階段中最高的(圖略)。距離雹暴約100 km的廈門雷達探測到的強回波高度時序圖上，發展、消亡階段強回波高度均較低，成熟階段除了兩次降雹前高度分別由前一個體掃陡降為4.4 km、2.1 km外，大部分高度維持在5.2～7.2 km，居于WBZ與-20℃層高度之間，60 dBz強回波區伸展到-30～-20℃高度層，可見在有利冰雹增長的高度(-30～-10℃)是冰相粒子尺度最大或密度最大的區域，而其余兩個階段強回波中心高度更低，對比各時段閃電頻數與高度對應關系，相關性較大。

圖9 (a)2020年5月6日，(b)2018年5月23日云閃各高度層頻數分布和回波強度及強回波伸展高度時序圖(柱狀為各高度層云閃頻數，實線為最強回波高度，實線上圓點為對應體掃最強回波強度，虛線為60 dBz強回波伸展高度，橫線分別是濕球溫度0℃層高度和-20℃層高度)Fig.9 Frequency distribution of cloud flashes at different altitudes and time sequence diagram of echo intensity and strong echo extension height on (a) 6 May 2020， (b) 23 May 2018(Column is the number of cloud flashes at each height layer; solid line is the strongest echo height; dot on the solid line is the strongest echo intensity of the corresponding volume scan; dotted line is the extension height of 60 dBz; horizontal line is the height of wet bulb temperature 0℃ layer and -20℃ layer, respectively)

3.2 2018年5月23日冰雹過程

廈門S波段雙偏振雷達資料顯示，5月23日冰雹云從16:51初生發展至18:21消亡，生命史約為90 min，該冰雹云強度相對弱，在一個多小時的成熟階段中除了一個體掃最大回波強度達到66 dBz外，其余均在65 dBz以下，55 dBz、60 dBz強回波區最高伸展高度分別為9.1 km、7.6 km，生命史中未出現中氣旋、鉤狀、回波懸垂等超級單體特征，僅有較弱的、短暫的強回波傾斜結構和旁瓣，以及約十幾分鐘的TBSS特征，在2.4°仰角(高度約為7.5 km)TBSS長度最長，也僅為8 km左右(圖10b)。圖7b是該雹云單體生命史期間6 min累加閃電頻數演變圖，在17:20閃電頻數開始躍升，至17:31由26次·(6 min)-1躍增到峰頂為122次·(6 min)-1，遞增率為8.7次·min-1，之后開始減小。17:45強回波高度降為3.5 km，地面在17:50—17:55降下直徑為8 mm的冰雹，并伴有短時強降水。該單體降雹滯后于閃電峰值時間約為19 min，滯后于閃電頻數躍增時間約為30 min，云閃頻數較大，云閃與總閃比率約為0.4。

圖10 同圖8，但為2018年5月23日17：41(a,c,e,g)0.5°和(b,d,f,h)1.5°仰角Fig.10 Same as Fig.8, but at (a, c, e, g) 0.5° elevation and (b, d, f, h) 1.5° elevation at 17:41 BT 23 May 2018

雷達觀測到降雹前9 min在0.5°仰角(高度約為2.8 km)，51 dBz強回波中心區(圖10中實線橢圓圈內)Zdr為-0.3 dB，周圍為0～1.5 dB區域，夾雜著小塊2.8 dB的大值區(圖10c)，該區域差分傳播相移率(Kdp)達4°·km-1，CC為0.85～0.97(圖10e)，可以判斷為冰雹粒子下降到融化層下形成外包水膜的小冰雹和大雨滴相伴，并且以大雨滴為主，此時地面已出現強降水，5 min降水量為6 mm，此后10 min大田本站降水量達17.8 mm；1.5°仰角(高度約為5.2 km)，64 dBz強回波中心區Zdr為-0.5 dB，周圍夾雜著0～1.5 dB的區域，CC為0.85～0.97(圖10f)，判斷為固態中小冰雹及雨滴組成，當天WBZ為4.7 km，-20℃層高度為8.1 km(圖9b)。與5月6日雹云單體相比，該單體強度更弱，TBSS長度僅為約8 km，對應的Zdr由負極值到正極值的突變也沒有前例明顯，CC值也更大，其根部Zdr僅為2.8 dB(圖8d中藍色虛線橢圓內)。上述分析結果由粒子相態識別(HCL)給出結論：在低層0.5°仰角主要為大雨滴和干、濕冰雹粒子相伴；1.5°仰角(高度約為5.2 km)以冰雹為主。

圖9b是本次降雹過程三個階段云閃頻數、雷達強回波高度時序圖，從圖上可見，三個階段云閃主要分布在2～6 km高度層，成熟階段云閃頻數是三個階段中最高的為244次，該階段3～4 km高度層云閃頻數為最高的，達158次；6～8 km高度層頻數僅4次；消亡階段云閃最少為12次。三個階段地閃頻數分別為45、293、27次，成熟階段地閃頻數也是三個階段中最高的(圖略)。雷達強回波高度時序圖上，成熟階段除了降雹前高度由前一個體掃陡降為3.5 km外，高度維持在3.8～6.4 km，居于WBZ上下與-20℃層高度之間，60 dBz強回波區伸展高度在-20℃層以下。

3.3 兩個冰雹云對比

上述兩個個例中：第一個雹暴閃電頻數次峰為275次·(6 min)-1、主峰為395次·(6 min)-1，次峰對應的降雹直徑不詳，主峰對應的冰雹直徑為1～2 cm；第二個雹暴閃電峰值為123次·(6 min)-1，對應的冰雹直徑為8 mm；降雹前閃電頻數普遍有躍增現象，第一個冰雹云在峰值降雹后出現開始第二輪降雹前，仍有閃電躍增達到峰值現象；兩個冰雹云降雹期間總閃、地閃、云閃的變化趨勢一致，第一個冰雹云正地閃、正云閃與總閃、地閃、云閃的變化趨勢一致，第二個冰雹云正地閃、正云閃整個過程均處于低值區，即第二個冰雹云正閃無明顯增大。通常而言，閃電頻數與云頂伸展高度有較好的正相關性，閃電活動多依賴于對流的發展(張義軍等，2009)。為了了解冰雹云閃電與雷達回波強度、對流發展高度之間關系，計算了兩個冰雹云各階段閃電頻數和雷達回波平均最強強度及強回波高度(表1)。

表1 2020年5月6日和2018年5月23日兩個冰雹云各階段閃電頻數、比值和雷達回波強度及強回波高度Table 1 Lightning frequency and radar echo intensity and strong echo height of two hails in different stages on 6 May 2020 and 23 May 2018

比較圖9和表1可見，2020年5月6日個例平均強度各階段均大于2018年5月23日個例，前者成熟階段最強回波強度基本上均在70～75 dBz， 60 dBz的強回波垂直擴展超過-20℃等溫線高度，有幾個體掃已超過-30℃層高度(當天H-30為9.3 km)，后者強度維持在60～65 dBz，60 dBz的強回波垂直擴展在-20℃等溫線以下。這些特征與俞小鼎等(2020)總結得出的強冰雹的多普勒天氣雷達回波特征包括高懸的強回波(55 dBz的強回波垂直擴展超過-20℃等溫線對應的高度以上)及出現65 dBz以上的強回波的結論相符合。前者成熟階段H60比后者高2.3 km，HT也高1.5 km，表明兩個冰雹云對流發展高度存在明顯的差異，與之對應的前者閃電頻數是后者的5倍多，正地閃比率前者是后者的兩倍多，正云閃比率則是近6倍，前者冰雹直徑為1～2 cm，后者直徑為8 mm。統計前述31個雹暴單體，發現25個(占總數80.6%)單體有此相似特征，即H60越高，閃電頻數、正地閃或正云閃比值越大，H60越低，閃電頻數、正地閃或正云閃比率越小。

4 結論與討論

(1)降雹前總閃電頻數峰值約有2/3在50次·(6 min)-1以上，閃電峰值越大，可能產生的冰雹直徑越大；大多數冰雹單體地面降雹時間為閃電峰值出現后3～25 min內；

(2)降雹前閃電頻數躍增，閃電躍增提前于降雹時間為6～40 min；

(3)成熟階段云閃是三個階段中最多的，發展階段最小，云閃與總閃比值也相同；

(4)冰雹單體三個階段云閃集中分布在2～6 km 高度層，前兩個階段3～4 km高度層的云閃頻數最高；

(5)Zdr、CC等參數及粒子相態識別分析表明雹云降雹前融化層以上由冰雹和霰組成，融化層下由干、濕冰雹和雨滴組成，低層則主要由濕冰雹和中大雨滴組成；

(6)閃電頻數、正地閃或正云閃占比率與回波強度、最強回波高度、強回波伸展高度呈正相關；

(7)本文閃電頻數的計算是基于雷達觀測到的單體，且動態追蹤整個生命史，剔除了其他風暴單體的數據干擾，相較于對固定區域進行閃電頻數統計，能較好地追蹤并反映雹暴整個生命史中閃電頻數的演變。由于VLF/LF三維閃電監測儀器是采用數字波形鑒別技術識別閃電，識別效率還可以進一步提高，配合雙偏振雷達各參量，上述預警指標可以有效地識別預警冰雹。