閩西南連續兩次降雹過程的閃電特征分析

何清芳，江 帆，林夢凡

(福建省龍巖市氣象局，龍巖 364000)

0 引言

強對流天氣屬中小尺度天氣系統，空間尺度小，生命史短暫。強對流天氣經常伴隨著強雷電、大風(≥17.2 m/s)、冰雹、短時強降水(≥20 mm/h)出現，是破壞力極強的災害性天氣之一。近年來國內外學者對強對流天氣預報技術開展了大量的研究，MacGorman[1]等通過對15次雷暴過程進行分析，得出正地閃占主導地位時，往往伴隨著較大的冰雹出現；馮桂力[2]研究了10次雹暴過程閃電分布及演變特征，發現在雹云快速發展階段，地閃頻數存在明顯的“躍增”，在整個降雹階段正地閃活動非常活躍，降雹天氣過程的正地閃比例較高；李永果[3]對山東6次冰雹過程的閃電及雷達特征進行了分析，研究表明雹前2 h正閃電迅速增加，正閃占總地閃50%以上，雹后迅速減弱，閃電基本分布在雷達回波內，閃電密集區移動對冰雹天氣可以起到預警作用；王婷波[4]等對背景地區暴雨和雹暴過程的閃電特征進行了對比分析，研究發現雹暴過程地閃頻次與正地閃的比例均高于暴雨過程。

龍巖地區(即閩西南)所處地理位置特殊、地形地貌復雜，因此春季雷暴天氣頻發，伴隨強雷電、冰雹等強對流天氣帶來嚴重影響。文章對2019-04-26閩西地區發生的1次強對流天氣中的連續兩次降雹過程的雷達資料及閃電特征進行分析，以期為強對流天氣的臨近預報提供參考。

1 資料與方法

文章所使用的資料主要包含冰雹發生當日的高空和地面天氣資料、龍巖S波段天氣雷達資料及福建省ADTD三維閃電定位資料。

福建省ADTD三維閃電定位系統共15個探測站對全省進行組網探測(其中龍巖市包含龍巖、武平兩個站)，可24 h對閃電活動進行探測。閃電定位儀探測器對閃電參數進行實時自動連續監測，中心數據處理站對閃電回擊探測數據進行實時交匯處理，以獲取閃電發生的時間、位置(經緯度)、強度、極性等閃電參數。文章參考江曉玲、李穎、柴瑞等對閃電定位資料的統計方法，通過matlab工具選取冰雹天氣發生地(武平帽布村、長汀四都鎮)所在測站10 km半徑范圍內云地閃電發生的頻次、強度等作為閃電參數進行分析。

2 天氣環流背景

2019-04-26T08：00，500 hPa高空槽東移入海，龍巖市位于槽底，受冷空氣從東路滲透南下影響，兩廣一帶為西南氣流控制，有短波槽自廣西向東移，逐漸靠近龍巖市；700 hPa龍巖市受西南氣流風速輻合影響；850 hPa暖切從沿海一帶北抬影響龍巖市。從08：00廈門站探空圖來看，存在不穩定條件、上干下濕、垂直風切變，且0°層高度為4744 m，-20°層高度為7560 m；贛縣站探空圖同樣存在不穩定條件、垂直風切變，且上干下濕更為明顯，0°層高度為4580 m，-20°層高度為7540 m；可見龍巖市上游對流條件較好，且有利于冰雹天氣的發生。11：00—14：00龍巖市近地層處在西北、東北及西南3股氣流輻合區，且西南氣流較強，低層暖氣北抬影響，配合較好的對流條件，11：40左右在武平縣大禾鎮帽布村形成1次降雹過程，雹云在偏南氣流的引導下，繼續北上影響龍巖市西北部長汀，12：50左右在長汀四都鎮出現冰雹天氣。兩次降雹過程給武平、長汀煙葉帶來嚴重損失，受災面積約100畝。

3 閃電活動特征分析

3.1 閃電時空分布特征

根據福建省氣象局ADTD閃電定位系統監測數據可知，2019-04-26T08：00—2019-04-26T20：00龍巖市共監測到14，082次閃電，其中云閃5234次、地閃8884次(占總閃的63%)，地閃包含6966次負地閃及1882次正地閃，整個過程以負地閃為主。從閃電強度的空間分布可知，強度較強的區域主要集中在中南部，最強可達21.4 kA，這與風速、風向輻合區主要位于中南部一帶有關；從閃電頻次空間分布可知，全市均有閃電發生，26日的閃電密集區主要分布于中部，這主要是受午后切變南壓、西南氣流加強影響。武平和長汀降雹區閃電頻次空間分布為1～3 次/km，閃電強度17.8～18.3 kA。

3.2 閃電與雷達回波之間的關系

武平帽布村冰雹天氣受局地回波發展加強影響，10：05—10：55為系統初始發展階段，11：10—11：22為雹暴發展旺盛階段，11：30—11：38為雹暴發展成熟階段，11：40出現降雹天氣，11：40—11：55為減弱階段。將武平雹暴(以下簡稱雹暴1)每12 min閃電頻數與雷達回波進行疊加分析，10：05回波未發展，武平境內有閃電發生，10：55在武平西部有局地回波發展，在回波周圍有閃電活動，分布于回波移動方向前部、回波強度≤35 dBz的層狀云區域；11：10—11：22回波向偏北方向移入武平帽布村，并逐漸加強，強回波可達60 dBz，同時閃電活動加強，以負地閃為主，負地閃分布區域逐漸向強中心靠近，分布在回波強度≤40 dBz的區域，正地閃相對前期明顯增多，且正地閃分布于回波強度30～55 dBz區域，這主要與強盛的上升氣流有關[5，6]；11：38強回波區影響帽布村，強回波中心為58 dBz，帶來降雹天氣，閃電頻次增多，主要分布在回波強度為30～55 dBz的強回波與層狀云過渡區，以負閃居多；而后回波減弱，北移移出帽布村。

長汀冰雹天氣主要受強回波移入影響，將長汀雹暴(以下簡稱雹暴2)每12 min閃電頻數與雷達回波進行疊加分析。12：27—12：40為系統發展旺盛階段，強回波從南部逐漸北上移入四都鎮，閃電發生頻次較多，主要分布在回波強度30～55 dBz的強回波與層狀云回波過渡帶，與武平帽布村相同，該時段正地閃明顯增多；12：50為發展成熟期，強回波影響四都鎮，最強回波達58 dBz，帶來降雹天氣，閃電頻數增多，以負閃為主，主要分布在強回波區域及其前沿層狀云區；13：11強回波減弱、閃電頻次減少。

3.3 閃電頻數、強度隨時間變化

從地閃頻數隨時間變化特征來看(圖1a、圖1b)，在降雹前10～20 min，即雹暴發展旺盛階段，正地閃頻數增加，同時伴有負地閃頻數下降，正地閃比例達到最大值，雹暴1、雹暴2正地閃占比分別為52%、78%；降雹出現在雹暴成熟階段，閃電頻數在雹暴成熟階段出現明顯的躍增現象，其中雹暴1增幅為17次/5 min；雹暴2增幅為12次/5 min；降雹開始后，閃電頻數隨之減少。

從圖1(c)、1(d)可以看出，雹暴1與雹暴2正負地閃強度呈多峰分布，在降雹前或降雹時正地閃平均強度達到最大值，分別為19.2 kA、11.7 kA；負地閃強度平均強度變化較小，最大強度絕對值在降雹前10～20 min逐漸減小，降雹結束后達到最大值。

圖1 正負地閃頻數隨時間分布特征：(a)雹暴1正負地閃頻數隨時間變化；(b)雹暴2正負地閃頻數隨時間變化；(c)雹暴1正負地閃強度隨時間分布；(d)雹暴2正負地閃強度隨時間分布

從云閃、地閃頻數隨時間變化的分布特征可知，在降雹前10～20 min(即雹暴發展旺盛階段)，地閃頻數下降，云閃頻數增加，且云閃頻數所占比例達到100%，這主要是由于強回波中心被抬升到較高的高度，云內大部分地閃轉為云閃[7]；在雹暴快速發展階段，有降水粒子開始下降，增加了云內粒子碰撞概率，云閃及地閃頻數均逐漸增加；降雹開始后，閃電頻數隨之減少。由此可見，云閃頻數增加且所占比例達100%時對冰雹有一定指示作用。

4 結束語

2019-04-26在槽前西南氣流及冷空氣影響下，龍巖西部出現連續兩次降雹過程，文章利用天氣雷達及閃電定位資料對武平帽布村及長汀四都鎮發生的冰雹天氣的閃電特征進行了分析總結，對雷電參量在強對流天氣中的預警預報具有一定參考作用，但由于個例較少，分析具有一定局限性。雹暴過程中動力和冰相變化是十分復雜的，在后期研究中還需對更多個例進行統計分析，做進一步研究總結。