闽西南连续两次降雹过程的闪电特征分析

何清芳，江 帆，林梦凡

(福建省龙岩市气象局，龙岩 364000)

0 引言

强对流天气属中小尺度天气系统，空间尺度小，生命史短暂。强对流天气经常伴随着强雷电、大风(≥17.2 m/s)、冰雹、短时强降水(≥20 mm/h)出现，是破坏力极强的灾害性天气之一。近年来国内外学者对强对流天气预报技术开展了大量的研究，MacGorman[1]等通过对15次雷暴过程进行分析，得出正地闪占主导地位时，往往伴随着较大的冰雹出现；冯桂力[2]研究了10次雹暴过程闪电分布及演变特征，发现在雹云快速发展阶段，地闪频数存在明显的“跃增”，在整个降雹阶段正地闪活动非常活跃，降雹天气过程的正地闪比例较高；李永果[3]对山东6次冰雹过程的闪电及雷达特征进行了分析，研究表明雹前2 h正闪电迅速增加，正闪占总地闪50%以上，雹后迅速减弱，闪电基本分布在雷达回波内，闪电密集区移动对冰雹天气可以起到预警作用；王婷波[4]等对背景地区暴雨和雹暴过程的闪电特征进行了对比分析，研究发现雹暴过程地闪频次与正地闪的比例均高于暴雨过程。

龙岩地区(即闽西南)所处地理位置特殊、地形地貌复杂，因此春季雷暴天气频发，伴随强雷电、冰雹等强对流天气带来严重影响。文章对2019-04-26闽西地区发生的1次强对流天气中的连续两次降雹过程的雷达资料及闪电特征进行分析，以期为强对流天气的临近预报提供参考。

1 资料与方法

文章所使用的资料主要包含冰雹发生当日的高空和地面天气资料、龙岩S波段天气雷达资料及福建省ADTD三维闪电定位资料。

福建省ADTD三维闪电定位系统共15个探测站对全省进行组网探测(其中龙岩市包含龙岩、武平两个站)，可24 h对闪电活动进行探测。闪电定位仪探测器对闪电参数进行实时自动连续监测，中心数据处理站对闪电回击探测数据进行实时交汇处理，以获取闪电发生的时间、位置(经纬度)、强度、极性等闪电参数。文章参考江晓玲、李颖、柴瑞等对闪电定位资料的统计方法，通过matlab工具选取冰雹天气发生地(武平帽布村、长汀四都镇)所在测站10 km半径范围内云地闪电发生的频次、强度等作为闪电参数进行分析。

2 天气环流背景

2019-04-26T08：00，500 hPa高空槽东移入海，龙岩市位于槽底，受冷空气从东路渗透南下影响，两广一带为西南气流控制，有短波槽自广西向东移，逐渐靠近龙岩市；700 hPa龙岩市受西南气流风速辐合影响；850 hPa暖切从沿海一带北抬影响龙岩市。从08：00厦门站探空图来看，存在不稳定条件、上干下湿、垂直风切变，且0°层高度为4744 m，-20°层高度为7560 m；赣县站探空图同样存在不稳定条件、垂直风切变，且上干下湿更为明显，0°层高度为4580 m，-20°层高度为7540 m；可见龙岩市上游对流条件较好，且有利于冰雹天气的发生。11：00—14：00龙岩市近地层处在西北、东北及西南3股气流辐合区，且西南气流较强，低层暖气北抬影响，配合较好的对流条件，11：40左右在武平县大禾镇帽布村形成1次降雹过程，雹云在偏南气流的引导下，继续北上影响龙岩市西北部长汀，12：50左右在长汀四都镇出现冰雹天气。两次降雹过程给武平、长汀烟叶带来严重损失，受灾面积约100亩。

3 闪电活动特征分析

3.1 闪电时空分布特征

根据福建省气象局ADTD闪电定位系统监测数据可知，2019-04-26T08：00—2019-04-26T20：00龙岩市共监测到14，082次闪电，其中云闪5234次、地闪8884次(占总闪的63%)，地闪包含6966次负地闪及1882次正地闪，整个过程以负地闪为主。从闪电强度的空间分布可知，强度较强的区域主要集中在中南部，最强可达21.4 kA，这与风速、风向辐合区主要位于中南部一带有关；从闪电频次空间分布可知，全市均有闪电发生，26日的闪电密集区主要分布于中部，这主要是受午后切变南压、西南气流加强影响。武平和长汀降雹区闪电频次空间分布为1～3 次/km，闪电强度17.8～18.3 kA。

3.2 闪电与雷达回波之间的关系

武平帽布村冰雹天气受局地回波发展加强影响，10：05—10：55为系统初始发展阶段，11：10—11：22为雹暴发展旺盛阶段，11：30—11：38为雹暴发展成熟阶段，11：40出现降雹天气，11：40—11：55为减弱阶段。将武平雹暴(以下简称雹暴1)每12 min闪电频数与雷达回波进行叠加分析，10：05回波未发展，武平境内有闪电发生，10：55在武平西部有局地回波发展，在回波周围有闪电活动，分布于回波移动方向前部、回波强度≤35 dBz的层状云区域；11：10—11：22回波向偏北方向移入武平帽布村，并逐渐加强，强回波可达60 dBz，同时闪电活动加强，以负地闪为主，负地闪分布区域逐渐向强中心靠近，分布在回波强度≤40 dBz的区域，正地闪相对前期明显增多，且正地闪分布于回波强度30～55 dBz区域，这主要与强盛的上升气流有关[5，6]；11：38强回波区影响帽布村，强回波中心为58 dBz，带来降雹天气，闪电频次增多，主要分布在回波强度为30～55 dBz的强回波与层状云过渡区，以负闪居多；而后回波减弱，北移移出帽布村。

长汀冰雹天气主要受强回波移入影响，将长汀雹暴(以下简称雹暴2)每12 min闪电频数与雷达回波进行叠加分析。12：27—12：40为系统发展旺盛阶段，强回波从南部逐渐北上移入四都镇，闪电发生频次较多，主要分布在回波强度30～55 dBz的强回波与层状云回波过渡带，与武平帽布村相同，该时段正地闪明显增多；12：50为发展成熟期，强回波影响四都镇，最强回波达58 dBz，带来降雹天气，闪电频数增多，以负闪为主，主要分布在强回波区域及其前沿层状云区；13：11强回波减弱、闪电频次减少。

3.3 闪电频数、强度随时间变化

从地闪频数随时间变化特征来看(图1a、图1b)，在降雹前10～20 min，即雹暴发展旺盛阶段，正地闪频数增加，同时伴有负地闪频数下降，正地闪比例达到最大值，雹暴1、雹暴2正地闪占比分别为52%、78%；降雹出现在雹暴成熟阶段，闪电频数在雹暴成熟阶段出现明显的跃增现象，其中雹暴1增幅为17次/5 min；雹暴2增幅为12次/5 min；降雹开始后，闪电频数随之减少。

从图1(c)、1(d)可以看出，雹暴1与雹暴2正负地闪强度呈多峰分布，在降雹前或降雹时正地闪平均强度达到最大值，分别为19.2 kA、11.7 kA；负地闪强度平均强度变化较小，最大强度绝对值在降雹前10～20 min逐渐减小，降雹结束后达到最大值。

图1 正负地闪频数随时间分布特征：(a)雹暴1正负地闪频数随时间变化；(b)雹暴2正负地闪频数随时间变化；(c)雹暴1正负地闪强度随时间分布；(d)雹暴2正负地闪强度随时间分布

从云闪、地闪频数随时间变化的分布特征可知，在降雹前10～20 min(即雹暴发展旺盛阶段)，地闪频数下降，云闪频数增加，且云闪频数所占比例达到100%，这主要是由于强回波中心被抬升到较高的高度，云内大部分地闪转为云闪[7]；在雹暴快速发展阶段，有降水粒子开始下降，增加了云内粒子碰撞概率，云闪及地闪频数均逐渐增加；降雹开始后，闪电频数随之减少。由此可见，云闪频数增加且所占比例达100%时对冰雹有一定指示作用。

4 结束语

2019-04-26在槽前西南气流及冷空气影响下，龙岩西部出现连续两次降雹过程，文章利用天气雷达及闪电定位资料对武平帽布村及长汀四都镇发生的冰雹天气的闪电特征进行了分析总结，对雷电参量在强对流天气中的预警预报具有一定参考作用，但由于个例较少，分析具有一定局限性。雹暴过程中动力和冰相变化是十分复杂的，在后期研究中还需对更多个例进行统计分析，做进一步研究总结。