雷电天气监测与雷电回波特征分析

宋 雄，马中元，洪丽霞，辛玮琦，范小军

(1.江西省气象科学研究所，南昌 330046；2.江西省宜丰县气象局，宜丰 336300)

0 引言

雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的10种自然灾害之一。强雷电会瞬间产生巨大的破坏力，危害人民生命财产安全[1]。江西地处亚热带季风气候区，境内雷电活动频繁，宜丰县和上高县是江西雷电高发区。因此，为了提高县级雷电天气预警预报能力，开展县级雷电天气监测与雷达回波特征研究十分必要[2，3]。

雷电产生于对流发展旺盛的积雨云中，常伴有雷暴大风和短时强降水。国内外学者开展了强雷电灾害性天气监测和预警预报的技术研究。马中元[4-6]等对江西灾害性强雷电天气的雷达回波特性分析得出，强雷电天气在雷达回波上具有强对流天气的特征，如窄而长的飑线、雷暴回波短带、弓状回波、风暴超级单体、指状回波等强对流天气雷达回波结构特征；傅文兵[7]等总结出有利于发生雷电的天气影响系统和南昌站单站有利于产生雷电天气的物理量参数；高建平[8]等指出副高边缘雷达回波特征主要有两种：一是南北向短带回波，有时会发展为弓状回波；二是强回波单体，超级单体和复合单体回波。许爱华[9]等水汽云图上的强水汽累积区、雷达回波上的回波合并与高层强回波区以及雷达回波速度场上的“零值线”等特征，是判断雷电发生和强对流天气的重要依据。

文章选用2015-2018年雷电监测数据和雷达拼图数据，对江西宜丰和上高县雷电天气监测和雷达回波特征进行统计分析，试图通过雷电监测系统和雷电拼图数据完成对雷电天气的不间断监测工作，为雷电天气的短临预警预报和服务提供依据。

1 资料来源

雷电资料来源于CIMISS雷电数据库和江西省强天气监测平台，数据范围以江西省为中心，包括周边6省的雷电监测数据。江西省强天气监测平台能够监测雷暴、雷暴大风、冰雹、龙卷、雷电和短时强降水等多种强天气现象，雷电数据可以多种方式显示。文章采用以宜丰县和上高县地理中心(28°34′N，114°79′E)为原点，36 km为半径的圆来显示影响宜丰县和上高县的雷电分布。

雷达回波拼图来源于江西WebGIS雷达拼图应用平台，该平台的雷达基数据取自于CIMISS实时数据库，有24部雷达参加拼图，集雷达回波、雷电数据和自动站数据为一体，精度为1 km×1 km，采用Web技术和谷歌瓦片式地图显示技术进行交互式显示。雷达拼图的探测范围、挡角盲区、远距离衰减和地球曲率影响等都优于单部雷达。

雷电数据来源于CIMISS实时数据库，可以进行10 min间隔的雷电数据统计、描绘和分析，“宜丰雷电监测产品自动显示与预警系统”使用C# 2010进行编程。

2 雷电天气分布

2.1 雷电天气年分布

宜丰县和上高县每年都会受到雷电影响，一些强雷电过程还会带来不同程度的雷电灾害。2015-2018年，雷电年分布(表1)特点是：雷电次数逐渐增多，雷电强度不断增大。

表1 2015-2018年宜丰和上高县雷电年分布统计

除资料缺失(2016年)影响外，其他年份雷电次数都在10，000次以上，2018年超过17，000次。最强的雷电分别发生在3、5、6、9月，最大强度达到-764 kA(负闪6月)。

江西省强天气监测平台是监测雷电发生的实时业务平台，在监测平台上，以宜丰县和上高县地理中心(28°34′N，114°79′E)为原点，36 km为半径的范围内，分别显示影响宜丰县和上高县的雷电分布。可以看出：2015年雷电以正闪为主；2016-2018年以负闪为主。宜丰县和上高县雷电分布均匀，没有明显的中心。此种现象可能与雷电过程连续时间短有关，也可能与所选参考区域面积较小有关。

2.2 雷电天气月分布

通过分析雷电的月变化(表2)，可知，宜丰县和上高县雷电主要分布在3-9月，10月份有少数雷电发生。每年的8月份雷电次数最多(11，492次)，5月份次之(9090次)，1-2月、11-12月基本没有雷电发生。

表2 2015-2018年宜丰和上高县雷电月分布统计

近年来，宜丰县和上高县雷电活动次数逐渐增多增强，最大雷电强度达到-764 kA(6月)；雷电主要分布在3-9月，以8月份雷电次数最多，其次是5-7月。

3 雷达回波特征

雷电监测平台主要有两种：一是江西省强天气监测平台，可以实时监测雷暴、雷暴大风、冰雹、龙卷、雷电和短时强降水等强对流天气现象；二是江西WebGIS雷达拼图平台，聚集了24部雷达组网拼图，可以对自动气象站(国家站、区域站)各种要素进行叠加，也可以进行雷电的叠加。

影响宜丰县和上高县的雷电可以发生在不同的对流系统回波中，一般性的雷雨回波、夏季副热带高压边缘的热雷雨回波等，都能造成一定数量的雷电。但造成宜丰县和上高县雷电灾害的雷达回波特征主要有两种：一是雷暴回波带(飑线、弓状回波和短带回波等)；二是超级单体回波(弱超级单体、强回波单体等)。

3.1 雷暴回波带

雷暴回波带经过宜丰县和上高县时会带来雷暴大风和强雷电，有时甚至会出现冰雹。雷暴回波带发展强烈会发展成为飑线系统，出现弓状回波带(图1)。

14：00(图1a)，一条东南-西北走向的回波带向东北偏东方向移动，很明显会影响宜丰县和上高县。回波带发展旺盛并具有一定的弧度，已经形成弓状回波结构。与此同时，雷电分布图显示雷电主要分布在回波带上，呈弧状排列。14：20(图1b)，回波带前沿已经开始影响宜丰县和上高县，并带来大风、强降水和雷电天气，雷电分布基本上沿回波带走向排列。14：40(图1c，d)，回波带移出了宜丰县和上高县，雷电也移出了宜丰县和上高县。

图1 2018-03-04T14：00-15：00飑线回波和雷电过境宜丰县和上高县

3.2 超级单体回波

超级单体回波经过宜丰县和上高县时会带来局地冰雹、雷暴大风、短时强降水和强雷电等天气。也是影响宜丰县和上高县产生雷电天气的重要天气系统(图2)。

16：40(图2a)，宜丰县和上高县上方受超级单体回波影响，强度达到60～65 dBz，并向东南偏东方向移动。17：00(图2b)，超级单体回波继续发展加强，强回波面积不断扩大，60 dBz回波面积大于200 km2，强度增到65～70 dBz，达到江西冰雹云回波标准。17：20(图2c)，超级单体回波有所减弱，中心强度达到55～60 dBz，宜丰县和上高县境内仍有雷电天气。17：40(图2d)，超级单体开始逐渐移出宜丰县和上高县境内，沿途均产生了强雷电天气和强对流天气。

图2 2018-05-06T16：40-17：40超级单体回波过境宜丰和上高县

由此可见，飑线回波带是造成宜丰县和上高县雷电天气的重要回波系统，尤其是回波带出现弧形弯曲，形成弓状回波带时，雷电天气更加明显。超级单体回波也是造成宜丰县和上高县雷电天气的重要回波系统，尤其是超级单体回波里伴有冰雹、雷暴大风等强天气出现时，对宜丰县和上高县的影响更大。

4 雷电天气的监测与预警

宜丰县10 min雷电监测产品自动显示与预警系统从CIMISS数据库中读取雷电数据，并将数据点绘在雷电产品图上，根据用户设定的雷电密集等级，通过微信群发表实时的雷电位置、次数和强度等信息，达到雷电信息的预警作用。

系统软件使用C# 2010编程，由参数文件：cs_btldcpccml.txt 设置不同参数值。包括：程序标题、10 min雷电产品目录、雷电预警文字产品目录、是否声音报警、设置图像位置大小和雷电图片格式等。

当最近时次的10 min雷电产品不存在时，会出现“最近时次的10 min雷电产品不存在，请检查！”信息条。

参数设置目录里有两种提示图片可供选择：一种有底图，一种无底图。雷电预警文字产品文件名举例：雷电预警_201901200320.txt。10 min雷电产品文件名举例：LD_Pro_201901231010_10分钟.png。如果需要 QQ 或微信报警，请开启 QQ 或微信。

雷电监测可以通过“宜丰雷电监测产品自动显示与预警系统”发布，有效地提高了雷电识别能力和及时发布预警信息的能力。

5 结束语

使用2015-2018年雷电监测数据和雷达拼图数据，对宜丰县和上高县的雷电天气和雷达回波特征进行统计和分析，得到以下结论：

1)近年来，宜丰县和上高县雷电活动次数逐渐增多增强，雷电强度最大达到-764 kA(6月)；雷电主要分布在3-9月份，以8月份雷电次数最多，其次是5-7月份；

2)飑线回波带是造成宜丰县和上高县雷电天气的重要回波系统，尤其是回波带出现弧形弯曲，形成弓状回波带时，雷电天气更加明显；

3)超级单体回波也是造成宜丰县和上高县雷电天气的重要回波系统，尤其是超级单体回波里伴有冰雹、雷暴大风等强天气出现时，对宜丰县和上高县的影响更大；

4)雷电监测可以通过“宜丰雷电监测产品自动显示与预警系统”发布。