朱学超, 张　羽, 徐　峰

（1.广东海洋大学 海洋与气象学院，湛江 524088；2.广东省人工影响天气中心，广州 510080）

海洋及城市化对我国雷暴活动特征影响研究进展

朱学超1, 张羽2, 徐峰1

（1.广东海洋大学 海洋与气象学院，湛江 524088；2.广东省人工影响天气中心，广州 510080）

基于国内已有的研究成果，从我国雷暴活动的气候特征、城市化对雷暴活动的影响以及海洋与雷暴活动的关系3个方面综述了雷暴研究的一些结果与进展。研究表明：我国雷暴活动局地性较强，空间分布及时间变化特征多样；城市化进程的加快引起下垫面性质的改变，对经过城市上空的雷暴活动影响显著；海洋通过海气相互作用影响着我国对流活动的发生、发展，与我国雷暴活动有着一定的牵连。但是由于监测面狭窄、应用资料不全面及侧重点宽泛，城市化及海洋与我国雷暴活动的具体关系尚不明确，还需进一步的深入研究。

雷暴；气候特征；城市化；海洋；综述

雷暴是在发展强烈的积雨云中产生的一种中小尺度局地性强对流天气系统，常伴有雷鸣和闪电，有时还伴有下击暴流、冰雹和龙卷风等，爆发迅速而持续时间短，具有很强的破坏性和杀伤力，给人们的生命和财产安全带来很大的威胁。雷暴过程中的雷电活动所伴随的强电流和强电磁场对航空、电力、计算机网络及军事设施等造成巨大干扰及破坏，还可以击毁建筑设施、引发森林大火及击毙人畜。随着社会的进步和经济的发展，电子技术得到全面应用，信息化得以普及，建筑物更是高大林立，雷暴灾害造成的损失也不断增加，因此受到越来越多专家学者的研究探讨，成为气象学、天气学和大气科学领域重要的研究对象。

雷暴是中尺度对流活动发展的结果。形成对流性天气的基本条件有3个，即水汽条件、不稳定层结条件和抬升力条件[1]。近年来，对积云及对流云的发展及起电机制方面已有很多研究[2-7]，在对环境场的物理条件进行了大量的研究后，进一步归纳出强对流天气发生发展所必须具备的几个条件：位势不稳定层结的形成、足够的水汽供应及辐合、强烈的上升运动及抬升机制、环境风场的垂直切变、低空急流和局地特殊地形对中系统发展和加强的增幅作用[8]。在对流活动中，热力不稳定决定对流发展的强度，动力作用触发对流并决定风暴类型[9]。雷暴的发生发展需要适当的天气系统条件和下垫面条件的有力配合，如锋面的抬升以及槽线、切变线、低压、低涡等天气系统造成的辐合上升和高大山脉的抬升等。我国地域广阔，下垫面复杂多样，从东到西，水资源分配不均，水汽条件差异较大，从南到北，由亚热带逐渐转变至温带，地域性气候差异显著，为雷暴活动的发生、发展提供了很多局地性因素。不同地区雷暴活动的气候特征不同，其空间分布、多尺度时间变化、分布类型以及变化周期等存在较大差异。随着社会的进步和经济的发展，城市规模不断扩大，引起下垫面能量交换及辐合强度的变化，使得城市区及附近地区降水分布、雷暴雨发生的频次和强度等都发生了变化。城市化主要通过城市热岛效应和下垫面粗糙度增大两方面影响当地强对流活动的发生、发展。海洋是大气最宽广的下垫面，海洋与大气的感热和潜热交换直接影响到大气环流状况。我国海岸线漫长，海洋通过海气相互作用直接对我国天气和气候造成影响，尤其是对强对流性天气影响显著。

基于国内已有的研究成果，通过我国雷暴活动的气候特征、城市化对雷暴活动的影响以及海洋与雷暴活动的关系进行总结与分析，以期为今后深入开展雷暴研究，提高雷暴预报、预警能力提供科学参考。

1　我国雷暴活动的气候特征

1.1雷暴空间分布特征

从空间分布来看，我国雷暴日由东南向西北递减，总体上可划分为：东南和华南高值区，高原及其邻近地区的次高值区，华北、华中及西北东部的次低值区和西北地区的最低值区四个区域[10]。几个高值中心分别位于青藏高原东部、云南中南部、四川境内、华南两广地区和新疆西部[11]。雷暴日的分布与区域下垫面性质及低层水汽输送关系密切。我国夏季水汽充沛，对流活跃，以致我国雷暴活动多集中于夏季，夏季雷暴是年雷暴日的主体。从地理分布来看，华南地区位于夏季风的迎风坡位置，孟加拉、南海、副热带三支季风均通过该区域，水汽充足，高原东部地区的对流活动与该地区下垫面性质有关，新疆西部地区位于西风带的迎风坡位置。所以夏季我国雷暴活动主要发生于华南、青藏高原东部及新疆西部[12]，也可以说我国雷暴活动主要集中在这三个区域。考虑到区域性问题及雷暴活动的局地性特征，将我国空间上划分东部、中部、西部及南部，并对不同地区雷暴带分布分别进行划分。我国东部地区雷暴活动多发生于：福建省丘陵地带、江西西部罗霄山、江西南部、武夷山地区、太行山山脉、阴山山脉和大兴安岭山区[13]。中部地区主要包括湘、赣、鄂、豫、皖五省，按照雷暴活动的多少划分为：长江以北多雷区、长江以南高雷区和赣南区域及湖南少数区域强雷区[14]。西部地区包括陕、甘、宁、青、新五省，虽日照充足，但是由于地理位置和气候原因，水汽较少，很难满足雷暴活动发生、发展所需的条件，所以发生频次较低。雷暴活动带主要位于：新疆西部天山南脉和天山山脉交接处、祁连山中部的南坡山区及青海东南与甘肃西南青藏高原山区[15]。南部地区日照充足，水汽充沛，太阳辐射强盛，雷暴发生频率较高。其雷暴多发带可划分为：东部两广丘陵地区-南岭-武夷山、浙闽丘陵及江南丘陵一带；两广-武陵山一带；云贵高原西部大巴山以西地区；庐山-大别山地区；大巴山-秦岭地区；湖南西北部-湖北西部地区[16]。

广东省是南部地区最具代表性的雷暴高发区之一，由于地处低纬，日照强盛，水汽充沛，雷暴活动十分频繁。其雷暴高发区域主要位于：粤西北怀集—粤中德庆、罗定—粤西南[17]，并且呈现自西南向东北减少的分布形势[18]。雷州半岛是广东省雷暴活动最多的地区，年均雷暴日数[19-20]在84~100 d之间，其北部雷暴活动比南部出现的早，雷暴活动发生最频繁的地区为雷州半岛南部的徐闻县[21]。

总的来说，我国雷暴活动的空间分布特征表现为南方多于北方，山地多于平原，内陆多于沿海[22]，低纬地区高于高纬地区，且同纬度地区则受地形影响显著[23]。西北地区雷暴分布主要受海拔高度的影响，与地形、地势关系密切，高原和山区发生较多，河谷、盆地和沙漠则较少[15]。

1.2雷暴时间分布特征

从时间分布来看，我国雷暴活动总体上呈减少趋势，具体变化为：20世纪60年代前期有所增加，60年代末到70年代缓慢减少，80年代中期迅速减少，其中减少最迅速的是东南沿海区域，东北地区反而有所增加[10]。南方地区雷暴活动存在 2、4 a的短周期和9、21 a的长周期震荡特征[16]。广东省雷暴日数大约每10 a减少4.8 d[18]，总体呈减少趋势，但是珠三角地区由于近年来城市化进程的加快，局地对流得以增强，自20世纪90年代后有所增长[17]，雷州半岛地区存在2、3、4 a的周期震荡特征[20]。中部地区雷暴日数每10 a减少1.9~4.3 d，存在4、6、11、17 a的周期震荡特征[14]。西北地区雷暴活动存在4、5 a的周期震荡特征[15]。由于动力条件的减弱和水汽的减少，不能满足对流发生发展所需要的条件，东部地区雷暴活动在70年代最多，90年代最少，整体仍然呈减少趋势[13]。内蒙古高原地区雷暴日数每10 a减少2 d，具有2、3、5、8 a的短周期和12、20 a的长周期震荡特征[24]。

由于气候和环境的变化，无论是华北、华南、东部、西北还是局地区域，雷暴活动总的变化趋势都是逐年减少的。而且由于我国的地理位置和气候配置关系，我国的雷暴活动夏季最多，春秋季次之，冬季几乎无雷暴发生，所以认为夏季雷暴日的减少是影响年雷暴日减少的主要原因[14]。由于雷暴活动与环境温度具有正相关关系[25]，可能是近些年全球气候变暖的原因，我国雷暴活动 2000年以后开始有所增加[23]。

2　城市化对雷暴活动的影响

雷暴活动是中小尺度的局地性强对流活动，其发生、发展不仅与大气环流背景相关，而且与下垫面的关系十分密切，基于下垫面气象要素与天气现象的研究已有不少[26-30]。下垫面性质的改变会对强对流天气产生很大的影响，主要是通过改变边界层热力、动力过程及地气之间的热量输送与水分循环，进而改变大气的温湿结构和垂直运动来实现[31]。植被覆盖类型的改变会引起地表特性的变化，进而影响地表能量和热通量及对流有效位能。张羽等[32]利用相关分析、11种模型拟合和全变量回归分析等数理统计方法，探究了雷州半岛作物布局调整对雷暴发生的可能影响。指出下垫面作物布局的调整对雷暴发生有显著的影响，随着稻田的减少和糖蔗及水果种植面积的增加，雷州半岛雷暴发生频次有所降低。汪雅等[33]通过对一次雷暴过程的数值模拟，研究了海洋与陆地下垫面对雷暴过程的影响。结果表明，雷暴发生前期，强烈的海-陆热力差异使得海风特征显著，海风引起的抬升运动触发了雷暴的发生。

随着社会的进步与经济的发展，越来越多的人和企业进驻城市，城市规模得以迅速扩展。人为因素对地球表面土地覆盖以及土地利用类型造成了显著地改变[34]。原来被植被覆盖的下垫面布满了沥青、水泥及混凝土，变得坚硬、干燥和不透水，从而对地表的能量交换造成了影响，使得边界层大气特性发生改变[35]。

城市化引起的对天气状况影响主要的因素就是城市热岛效应和下垫面粗糙度的变化。此外，高大建筑物（群）对周围大气电场也存在较大的影响，建筑物（群）对地面电场存在显著的屏蔽作用，其顶部大气电场强于地面，且随高度的增加而增强[36]。热岛效应可对边界层结构和局地环流状况进行调整，进而影响对流天气的发生、发展[37]。城市粗糙度的增大引起低层辐合强度的增大，使得上升运动增强，有利于新的对流单体的启动和发展，对城市区雷暴、降雨活动有增强作用。城市化发展引起城区及周边地区降水和对流发展变化的原因可归纳为：低层加热增强引起的大气不稳定性；低层粗糙度增大引起的辐合增强；凝结核增多引起的大气微物理过程和动力过程的改变；城市化发展引起的低层水分含量的改变[38]。胡艳[39]对上海地区雷暴天气及下垫面特征对它的影响进行了分析，指出城市热岛效应可能在一定程度上增加了城区及城乡交界区域雷暴发生的频数，并将其物理机制简单解释为：城市热岛明显时往往产生热岛环流，热岛中心气温直减率大，热岛边界温度梯度大，均有利于对流天气的发生。钱嘉星等[40]研究了珠三角城市群对雷暴的影响后，指出珠三角城市群的单个雷暴的闪电频次远多于非城市群区域，总闪频次较高，而且对广东前汛期雷暴影响较大。蒙伟光等[41]认为城市可影响雷暴的形成及发展。通过对广州城区两次雷暴过程及其与城市效应的关系研究，发现城市热岛可引起局地气流的辐合及对流发展，对流降水发生的时间和位置与城市热岛的演变及对应辐合区有较好的一致性，雷暴移经城区时会得到进一步发展，最强对流回波和降水都会出现在城市中心。

城市化对经过城市区的雷暴活动影响显著，雷暴的发生、发展过程与城市下垫面关系密切。城市下垫面特征对雷暴过程的影响具体表现为：雷暴发生前期，热岛效应明显；城市上空较高的感热通量与城郊下垫面热力差异相结合，形成城市热岛环流，使得城区的辐合上升加强，为雷暴的发生提供了较强的抬升作用；城市下垫面扩张，使其上空边界层高度相应提升，垂直混合高度增加，有助于对流云的发展；城市下垫面加强了大气低层的扰动位温，为雷暴的发生提供了不稳定层结条件；城市地表较大的粗糙度使雷暴降水在城区低层的迎风面一侧明显增强[42]。

3　海洋与雷暴活动的关系

海洋约占地球表面的71%，是地球气候系统重要的组成部分，作为大气最宽广的下垫面，以感热交换和潜热交换的形式不断对局地或者全球的大气环流作出调整，主要通过海温（SST）变化影响大气环流和气候变化。作为大气的一种重要外强迫，SST与大气间的相互作用研究多年来已取得丰硕成果，很多研究均表明SST的异常变化对大气环流的调整作用显著。

海气相互作用反映滞后且时效较长，SST异常对一年半以后的大气环流仍有影响。SST异常与大气高度场有一定的相关，由于不同范围海区日好条件和洋流情况不同，对高度场的影响也有所差异。将北太平洋东南部的水面温度与太阳活动呈正相关最显著的几个海温点命名为关键区，则北太平洋关键区海温与500 hPa高度场在低纬度区域的相关性最大，呈正相关，中纬度次之，呈负相关，而在高纬度的相关性最小，相关性质不稳定。此外，从季节来看，2月份海温对大气环流的影响最为关键，7月次之，即冬、夏季海温对其后各月500 hPa高度场影响较大，春、秋季则影响较小[43]。除了与高度场的相关性，海洋对天气的影响在降水等对流天气方面也有体现，尤其是我国华南区域，濒临太平洋与南海，受海洋影响显著。强学民等[44]利用近50 a全国逐日降水观测资料和全球大气、海洋分析资料，分析了华南前汛期降水异常的变化特征及其与太平洋海温异常的关系，指出暖池冷海温年，北半球Hadley环流的上升和下沉运动均减弱，华南地区对流活动较强，降水较多，暖海温年，Hadley环流上升运动增强，使得副热带地区下沉运动增强，抑制了华南地区的对流活动，降水较少。

ENSO是全球性气候和海洋环流异常的最强信号，李晓燕和翟盘茂[45-46]及王绍武等[47]都已根据不同标准对历年事件性质及强度进行了统计划分。ENSO不仅是造成全球气候异常的一个重要原因，也是导致亚洲季风异常和我国旱涝发生的关键因素。ENSO与我国部分区域的寒潮活动有关。ENSO暖事件爆发后的环流形势有利于冷空气南下，利于广东寒潮和强冷空气的出现，而且广东寒潮和强冷空气多的年份一般出现在中等或强的厄尔尼诺期间，少的年份容易出现在拉尼娜期间[48]。ENSO与我国闪电活动有关。我国东南部地区的闪电活动与Nino3区海温异常存在一定的联系，其发生频率与海陆距离呈正比[49]。ENSO与我国雷暴活动有关。ENSO年西太副高异常持续偏南，使得水汽条件得不到满足，从而南方雷暴在ENSO年呈现正距平分布，而且由于ENSO年经向沃克环流强度发生变化，从而使得两广和云贵地区雷暴距平呈相反态势[50]。

雷暴天气过程通常是在有利的大尺度环境背景下由中尺度对流系统直接产生的[51]。SST异常可引起大气环流异常响应，使得北方的干冷空气南下，与南方的暖湿空气相遇，形成上面干冷下面暖湿的状况配置，有利于低层不稳定能量的聚集和不稳定能量的释放，进而利于雷暴活动的发生、发展。异常偏低的海温能够引起低层风场异常辐散，上空则对应为异常的下沉运动，通过类似于沃克环流形式使得东亚同纬度地区低层辐合异常，利于强化该地的异常气旋性环流，在北太平洋上空对应着强的西风急流，500 hPa高度场上表现为负距平，有利于北方冷空气南下，易于不稳定能量的释放，有利于冬季雷暴的发生[52]。姜丽萍等[53]利用珠三角 14站1月份的观测资料、历史天气图和NCEP/NCAR再分析资料，对珠三角冬季雷暴的大气环流特征及海温异常背景进行了分析，指出锋区对低空暖湿西南急流有阻挡作用，珠三角地区冬季雷暴大部分由静止锋引发。并且，珠三角地区冬季雷暴一般出现在海温偏暖背景下，且发生前6个月的海温场暖位相特征显著。

海洋与大气接触范围极广，海气相互作用显著，对大气环流的调节至关重要，但是由于海上观测条件的不足，雷暴活动与海洋的关系研究并不多，所以有很多工作还有待进一步的研究与探讨。

4　结　语

以上分3个方面综合回顾了前人对我国雷暴活动的研究。对于我国雷暴活动的气候特征研究，已经相当的全面、透彻。虽然由于雷暴活动的局地性特征，不同地区的雷暴活动气候特征不同，但总的变化趋势是接近的。随着当今社会的不断发展，城市也不断地扩张，城市化改变了下垫面属性，对强对流天气的发生影响很大。城市热岛效应和下垫面粗糙度增大对经过城市区的雷暴活动具有一定的影响作用。但是由于气象观测站大多位于郊区，对于城市气温的监测不全面，所以应用于城市热岛研究的资料较少，论据不够充分，需综合利用地面观测、卫星观测及地理信息系统等，对城市气温进行全方位的、均匀的监测，进而得出更加充分的结论。对于海洋与雷暴的关系研究，目前成果较少，由于海洋面积巨大，观测不易，需划定特别区域、有重点的进行观测、分析，如西太平洋暖池是最大的对流中心、最大降水中心及对流层绝热加热高中心，对流强烈且活动持久，是气候异常的源地之一，其变化直接影响着亚洲甚至全球的气候，具有极高的研究价值。我国东临太平洋，雷暴活动势必与暖池有一定的内在联系，尤其是我国华南地区雷暴，很值得进行细致探讨。

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（责任编辑：任万森）

A Review of Effects of Oceans and Urbanization on the Characteristics of Thunderstorms in China

ZHU Xue-chao1, ZHANG Yu2, XU Feng1
（1.College of Oceanography and Meteorology, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China; 2.Guangdong Weather Modification Center, Guangzhou 510080，China）

Based on the domestic existing research achievements, this article reviewed the results and progress of thunderstorms research from three aspects:the climate characteristics of thunderstorms, effect of oceans and urbanization on thunderstorms.These studies show that:thunderstorms in our country have strong local properties and kinds of multi-scale spatial and temporal distribution.The growing of urbanization caused the change of the underlying surface properties, and have a strong influence on thunderstorms.Ocean affects the occurrence and development of convective activities through the air-sea interaction, and must have some relation with thunderstorms.But the specific relationships between urbanization and ocean with thunderstorms are not yet clear, because lack of observation, datasets not comprehensive and without some real points, so there still need a long time study.

thunderstorms; climatic characteristics; urbanization; marine; review

P446

A

1673-9159（2015）01-0109-06

2014-11-03

国家自然科学基金（41475120）；广东省教育厅科技创新项目（B12363）；广东省研究生教育创新计划项目（521002025）；广东海洋大学研究生教育改革研究重点项目共同资助（521002014）

朱学超（1987-），男，硕士生，研究方向为海洋与气候变化。E-mail:lyzxch@sina.com

徐峰（1962-）男，博士，教授，研究方向为大气物理学与大气环境、海洋气象。E-mail:gdouxufeng@126.com