江西致災強雷電的特征分析

王鑫森，馬中元，陳鮑發，黃龍飛，李燕玲

(1.景德鎮市氣象局，景德鎮 333000；2.江西省氣象科學研究所，南昌 330046)

0 引言

雷電是“聯合國國際減災十年”公布的10種自然災害之一，是一種常見天氣現象，尤其是強雷電，其強大的電流、炙熱的高溫、猛烈的沖擊波以及強烈的電磁輻射等物理效應，使其在瞬間產生巨大的破壞力，危害人民的生命財產安全。

江西地處亞熱帶季風氣候區，境內雷電活動頻繁。據不完全統計，2013年江西省遭雷擊死亡達28人；2014年32人；2015年26人，占氣象災害死亡人數的70%以上，每年直接經濟損失在10億元以上。隨著天氣預報業務的發展，對雷電天氣的監測手段越來越多，預警預報信息也受到越來越多人的關注，但目前強雷電的預警預報信息對公眾的服務效果達不到精細和規范化的要求。強雷電的定義不明確，雷電預警發布雖然頻繁，但沒有具體區分一般性雷暴和強雷暴，也沒有提出致災和不致災的區別。為此文章分析2014—2016年江西省20次強雷電過程，以閃電信息強度、陡度、密度及分布為依據，結合雷擊受災報告、雷達回波等資料，研究致災強雷電的標準與特征。

強雷電與回波強度、閃電密度、閃電強度有關，王鑫森[1]等根據景德鎮歷年雷擊情況，提出10 min閃電強度最強達±20 kA以上，且閃電密度達10 個/10 km2或以上為致災強雷電的標準；許愛華[2-4]等研究表明，雷擊死亡人數與閃電密度相關，當副高東退，短波槽攜帶弱冷空氣東移，中層為負變溫，CAPE、K指數、SI等不穩定度指數均達到強對流天氣的閾值時最易發生強雷電天氣；馬中元[5]等指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，都極易產生強雷電天氣，甚至出現致災強雷電天氣。在雷達觀測分析中，必須重視和嚴密監視雷暴回波帶的形成，尤其是注意回波的合并效應，幾乎所有的雷暴回波帶都是由單體不斷發生合并而產生的。易笑園[6]、沈永海[7]、黃蘭蘭[8]等研究了地閃頻數與雷達回波頂高的關系、雷達回波的結構、正地閃與強回波的移動方向，并指出閃電密集區消失早于強雷達回波區消散[9]。這些研究成果均為文章的分析提供了參考依據。

1 資料與方法

文章以雷電密度為依據，即在雷電最強時段能夠達到或超過50個/6 min(正負閃總數)為1次強雷電過程，共選取了江西省2014—2016年20個強雷電過程，使用江西WebGIS雷達拼圖及其疊加的10 min閃電信息、江西地面氣象觀測資料，采用數理統計方法、形態識別法進行對比分析。

2 江西強雷電過程的閃電信息特征

自從閃電定位儀在全國布點，其正負閃數據成為直接觀測到雷電的記錄。從江西省2014—2016年20次強雷電過程10 min最強閃擊時段閃電定位資料信息可以得出，在短短10 min之內，每個強雷電過程均有密集閃電區，密集程度非常高，聚集在一起形成蜂窩狀，根據估算，閃電密度均超過10個/10 km2或以上，達到致災強雷電的定義標準[1]，同時，發現2014-06-17、2014-07-18、2015-07-16、2016-04-03、2016-06-19密集閃電區的面積大，10 min之內強雷電覆蓋多個縣區，覆蓋面積達100 km2或以上，此類強雷電稱之為大范圍致災強雷電。根據江西各地的雷擊報告，大范圍致災強雷電均會有明顯的雷擊損傷，應重點防范。

由此可見，江西強雷電過程都會出現雷電密集區，10 min雷電正負閃密集程度反映了雷電過程的強弱，當閃電密度均超過10個/10 km2或以上時，易出現雷電災害，可以考慮發布雷電橙色預警，當閃電密集且覆蓋大范圍地區時(100 km2或以上)，可以發布雷電紅色預警。

3 江西致災強雷電的雷達回波特征

雷達回波是監測閃電的重要手段，文章使用江西WebGIS雷達拼圖及其疊加的10 min閃電信息分析致災強雷電過程，表1為江西2014—2016年致災強雷電發生時的雷達回波強度、形態統計，可以看到致災強雷電由帶狀強回波和局地團(絮)狀強回波造成。當幾個局地回波團有組織的形成颮線，或短帶回波東移發展成颮線時，強雷電的影響范圍擴大，時間最持久，大范圍(10 min覆蓋100 km2以上)致災強雷電過程幾乎都是強颮線造成的。強雷電發生時強回波中心強度一般達45 dBz或以上，大部分強雷電過程最大回波強度可達55 dBz以上，可以把45～55 dBz的雷達回波強度定為強雷電發生的標準閾值。

表1 江西2014—2016年致災強雷電發生時的雷達回波強度、形態統計

由此可見，江西強雷電由帶狀強回波和局地團(絮)狀強回波造成，回波強度達45～65 dBz，當局地回波單體或短帶回波發展成颮線時，往往會造成大范圍的致災強雷電過程。

4 強雷電過程個例分析

圖1為2014-07-18江西省大范圍致災強雷電過程的雷達回波演變，15：40贛南有許多強對流單體，總體呈西北—東南走向，回波中心強度達45～55 dBz。1 h后，16：40多個強對流單體進行合并，結構密實，連成一線，形成了典型的颮線結構。從圖1上看到，颮線呈東西向，長度達500 km左右，且颮線以西的湖南中部還有多個強對流單體構成的強回波團。從氣象上尺度的劃分，已屬于中α尺度上較大的系統。颮線帶上有多個60～65 dBz強中心，所經之處，不僅帶來了密集的強雷電，還造成多地雷暴大風，其中16：35永新出現冰雹，最大直徑1 mm。17：40颮線向北移動，湖南中部的強回波團并入颮線，強度總體增強，構成颮線的多個強單體連成一線，強度都達到了55～65 dBz。在此過程中17：07萍鄉市蓮花縣出現極大瞬間風17 m/s(東南風)。18：40颮線繼續向北移動，中部向上供起，形成較為典型的“弓”形結構，“弓”形頭部回波強度達60～65 dBz，出現大風的范圍擴大，有3個國家站出現8級以上大風，其中18：24廣昌出現極大瞬間風速19 m/s(南東南風)、18：27萍鄉出現極大瞬間風速18 m/s(西南風)、18：31宜春出現極大瞬間風速20 m/s(東東南風)。19：40颮線繼續向北移動，形態完整，中心強度變化不大，強雷電的范圍與強度仍很大。20：40颮線中段、西段強度減弱，出現斷裂，但強雷電的范圍與強度變化不大。21：40颮線形態已消失，但位于原颮線東段的回波強度仍達55～65 dBz，在其范圍以內仍有大范圍的強雷電出現。22：40整體回波繼續減弱，強回波范圍也明顯縮小，只有在一些范圍較小的55～65 dBz強回波中心才有密集閃電區，雖然也達到了是致災強雷電的標準，但影響范圍已降至50 km2以下。

圖1 2014-07-18江西省大范圍致災強雷電過程的雷達回波演變

圖2為 2014-07-18T15：40—2014-07-18T16：50逐10 min閃電定位資料信息，可以看到與颮線相對應，其45 dBz強回波周圍伴有明顯的閃電。15：40颮線還未形成，在贛南西部有多個對流單體，伴有密集閃電區，15：50、16：00、16：10該密集區的密集程度加劇，16：20、16：30在贛南西部與贛南東部的強回波之間閃電開始增多，但仍有斷裂，此時颮線已經形成，形態趨于完整，16：40、16：50東西兩塊閃電密集區的中間空檔被新增閃電填滿，形成一條西北—東南向的閃電密集帶，與颮線形態完整對應。

圖2 2014-07-18T15：40—16：50逐10 min閃電定位資料信息

由此可見，在多個強對流單體合并形成颮線后，致災強雷電的范圍明顯擴大，影響時間明顯延長，并伴有劇烈的雷暴大風天氣，易造成雷擊、強風災害，從颮線演變過程看，致災強雷電早于颮線產生，但落后于颮線消亡，要注意颮線結構解散后，在55～65 dBz強回波中心仍會伴有密集強雷電。

5 結束語

文章分析了2014—2016年江西20次致災強雷電的閃電定位、雷達回波等特征，主要結論如下：

1)江西強雷電過程都會出現雷電密集區，10 min雷電正負閃密集程度反映了雷電過程的強弱，當閃電密度超過10個/10 km2或以上時，易出現雷電災害，可以考慮發布雷電橙色預警，當閃電密集且覆蓋大范圍地區時(100 km2或以上)，可以發布雷電紅色預警；

2)江西強雷電由帶狀強回波和局地團(絮)狀強回波造成，回波強度達45～65 dBz，當局地回波單體或短帶回波發展成颮線時，往往會造成大范圍的致災強電過程；

3)在多個強對流單體合并形成颮線后，致災強雷電的范圍明顯擴大，影響時間明顯延長，并伴有劇烈的雷暴大風天氣，易造成雷擊、強風災害，從颮線演變過程看，致災強雷電早于颮線產生，但落后于颮線消亡，要注意颮線結構解散后，在55～65 dBz強回波中心仍會伴有密集閃電區。