张彩云+张永才

摘要 选用鄂尔多斯市气象局新一代多普勒天气雷达、闪电定位以及常规气象观测资料，针对2012年8月2日发生在内蒙古鄂尔多斯市一次强雷暴天气伴随的暴雨和冰雹进行分析和判断。结果表明，影响系统为前倾槽、切变线和辐合线，温度对数压力图出现了2个不稳定层。雷达产品表现在反射率因子有2个相连的指状回波，垂直积分液态含水量60 kg/m2，平均径向速度图有辐合带，RCS和地闪在暴雨和冰雹2种天气现象中有着各自不同的特点。

关键词 暴雨；冰雹；雷达回波；地闪特征；内蒙古鄂尔多斯

中图分类号 P446 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）23-0227-03

雷暴指積雨云中所发生的雷电交作激烈放电现象，其过境时，气象要素和天气现象会发生剧烈变化，强烈的雷暴甚至会带来冰雹、龙卷等灾害。特点是突发性、局地性强，给农牧业生产和人们的日常生活造成诸多不便。多普勒天气雷达是探测强对流天气的重要工具之一，为此鄂尔多斯市（以下“鄂市”）气象局于2005年10月安装了新一代多普勒天气雷达。正因雷暴天气带来的灾害，我国各地气象科技人员对当地强对流天气的雷达回波、闪电活动进行了分析和研究。如苟阿宁等[1]分析了2个强风暴系统生命期雷达回波和地闪特征，发现2个风暴的地闪演变特征及闪电在风暴生命史各阶段分布的位置不同。张俊兰[2]利用多普勒天气雷达资料分析强风暴天气得到雷暴的直接影响系统、水汽输送的作用以及在雷暴单体成熟期中层反射率有回波悬垂和弱回波区。王福侠等[3]发现径向速度的大值区是雷暴大风最重要的雷达回波特征，其最早于弓形回波和阵风锋回波。本文通过对闪电定位资料和雷达产品进行分析，找出暴雨和冰雹天气的一些特征，希望为人影指挥作业（增雨和防雹）提供一定帮助。

1 资料来源

雷达回波资料来自鄂市气象局新一代多普勒天气雷达（CINRAD/CB），每6 min生成1幅产品。闪电定位资料来自鄂市气象局闪电定位系统。垂直剖面图来自鄂市人工影响天气三维决策指挥系统以及MICAPS常规气象观测资料。

2 天气实况和灾情

2012年8月2日鄂市出现了强雷暴天气，系统自西向东移动，雷暴和降水首先从达拉特旗（以下“达旗”）开始，接着与其相邻的伊和乌素、东胜、伊金霍洛旗、准格尔旗（以下“准旗”）也陆续开始，达旗的宿亥图乡降水量达80.6 mm，东胜的布日都梁也达到暴雨。其中布日都梁18：00左右受短时强降水、雷暴、冰雹（黄豆大小）等30 min的袭击，造成多处路面积水。达旗中和西镇挖掘机、推土机各1台，摩托车、四轮车各1辆被河水淹没。东胜因雷电太强，造成多户电视、电缆被击。

3 天气背景分析

3.1 中分析

由2012年8月2日8：00中分析得到：贝尔加湖以南、河套以北500、700 hPa槽线非常接近，700 hPa槽线位于500 hPa之前，是典型的前倾槽结构，这种形势场有利于强对流天气产生。850 hPa切变线及500 hPa辐合线位于达旗、东胜、准旗等地，造成水汽和不稳定能量在此聚集，上升运动加强。当能量达到一定时，在外力作用下，雷暴天气开始，系统整体位置在鄂市北部。

3.2 温度对数压力图

由2012年8月2日8：00东胜站（53543）温度对数压力图显示：有2个不稳定层，分别为510～590 hPa，高度为4.5～5.8 km；380～400 hPa，高度为7.3～9.0 km。自由对流高度4.5 km，CAPE=82.1 J/kg，K=29 ℃。虽然CAPE、K值都不是很大（仅反映8：00大气状态），但是大气已处在不稳定状态，由于午后气温升高，下垫面加热显著，产生强对流天气可能性很大，加之250～500 hPa风向逆转风速猛增，造成高层冷平流强，为强对流天气提供动力条件。

4 雷达回波特征

4.1 反射率因子特征

10：44仰角0.5°观测到距离东胜西北120 km处有弱回波，以后东移加强面积增大，15：00进入达旗、东胜。16：01距离东胜西北75 km回波呈2个相连指状结构，由图1（a）可知，16：31回波强度达到60 dBZ，长度约50 km，造成宿亥图乡降水量80.6 mm。由图1（e）可知，17：26距离东胜西25 km回波强度55 dBZ，持续到18：00，造成布日都梁30 min的降水、雷暴、冰雹天气。20：14减弱成30 dBZ。在整个天气过程中，不断有新的雷暴单体生成合并增强分裂。其移动速度快，生消变化大，回波强度在30～60 dBZ之间。从进入到移出鄂市，只有16：31是影响这次天气的主要回波强度，表现为结构密实、呈指状、强度大，回波一直在鄂市北部移动，与天气系统配合一致。说明大气层结非常不稳定，造成局地对流非常强，对生成强降水、冰雹、雷暴等天气非常有利。

4.2 垂直积分液态含水量特征

垂直积分液态含水量在不同时间段内表现出不同的特征，10：51距离东胜西北120 km为35 kg/m2，15：43宿亥图乡为45 kg/m2，16：31达到最大，为60 kg/m2，见图1（b），17：15布日都梁为25 kg/m2，一直持续到18：16。在整个天气过程中VIL维持在25～60 kg/m2，当指状回波强度和面积达最大时，VIL跃增到60 kg/m2。垂直积分液态含水量如此大，对产生暴雨和冰雹非常有利[4]。VIL的大值区与反射率因子强回波中心形成对应，需关注强降水天气应对VIL的跃增现象。

4.3 平均径向速度特征

平均径向速度图使用2.4°仰角。分为正速度区，方向远离雷达；负速度区，方向向着雷达。16：07距离东胜西北75 km大面积负速度区内出现正速度，在正负速度交汇西北侧有风向（东南风与西北风）风速（-15 m/s、+10 m/s）辐合，16：38演变成辐合带，见图1（c），正负面积几乎相等，造成大量冷暖空气、水汽及能量在此堆积，促成大气层结不稳定，最终导致80.6 mm的降水。

4.4 RCS特征

分别对16：31和17：26的2个体扫数据进行剖面（RCS）发现，16：31云顶高度超过16 km，最大回波强度60 dBZ的高度在6 km，见图1（d）。分析该雷暴单体，强度表现在由内向外减弱，边缘光滑整齐，结构密实，呈椭圆形，是一个完整的雷暴单体。回波强度≥50 dBZ云顶高度在9 km，结合最近东胜站8：00探空资料得到0 ℃和-20 ℃层高度分别是4.3、7.0 km，而50 dBZ以上回波顶高度超过了-20 ℃层的高度，表明雷暴单体非常旺盛，对强降水非常有利。由图1（f）可知，17：26云顶高度达到12 km，最大回波强度55 dBZ的高度在4.2 km，回波强度≥50 dBZ云顶高度在5.8 km，超过了0 ℃层高度，相比16：31的雷暴单体发展要弱些，却出现了冰雹天气。

5 地闪演变特征与雷达回波的关系

分别选取宿亥图乡（109°08′E，40°12′N）暴雨和布日都梁（109°56′E，39°45′N）冰雹为中心，半径10 km范围内10 min累计地闪资料进行统计。

5.1 暴雨的地闪演变与雷达回波的关系

选取地闪时间15：30—16：50进行统计（图2）发现：地闪共159次（负闪153次、正闪6次），负闪占96.23%，主要集中在16：10以前，15：40—16：00负闪次数猛增，15：50—16：00达到峰值71次/10 min，是槽前上升气流最强的时候。正是由于受强烈上升运动影响，导致粒子碰撞几率高而造成。对应雷达产品出现指状回波，此后负闪猛减，16：20—16：40全部是正闪，指状回波长度达到最大50 km，强度达到最强60 dBZ。垂直积分液态含水量达到最大60 kg/m2，平均径向速度出现辐合带，以后几乎无地闪现象，指状回波分裂成块状或条状。由此而知，指状回波出现时负闪达到高峰。当指状回波强度和长度、垂直积分液态含水量都达到最大，平均径向速度出现辐合带时，地闪全部成正闪。

5.2 冰雹的地闪演变与雷达回波的关系

选取地闪时间17：40—19：10进行统计（图3）发现，地闪67次全部是负闪，在冰雹天气过程中体现为波动性，17：40—18：30总体呈上升趋势，18：20—18：30出现峰值21次/10 min。地闪频次没有暴雨多，这与布日都梁位于槽底部上升气流不是很强有关，此时冰雹天气已结束。18：30—19：10总体呈下降趋势，18：40—18：50出现极小值1次/10 min。分析发现，回波强度和垂直积分液态含水量都增大时，地闪频次缓慢上升。当回波强度和垂直积分液态含水量开始减小，地闪频次猛增到峰值。需关注：冰雹天气在地闪频次缓慢上升中发生，地闪频次达到峰值时，冰雹天气结束，回波强度和垂直积分液态含水量都趋于减小。

综合分析：2种天气地闪的特点与钟 敏等[5]的研究相吻合，以降水为主的强对流天气，负闪占绝大多数，且闪电频次较多、分布比较集中；而以冰雹、雷雨大风为主的强对流天气，闪电频次较少且分布零散。与苏邦礼等[6]的研究也吻合，若云块自西向东移动，地磁场磁力线由地球的南极指向北极，因此大量正电荷向云块上方移动，负电荷向下方移动，当电磁强度达到足够大时将引起强烈放电而产生负闪。本次天气过程雷暴云整体自西向东移动，正电荷位于雷暴云上方，负电荷位于下方，地面受雷暴云下方负电荷的静电感应而形成负闪。

6 结论

（1）本次天气影响系统为前倾槽、切变线和辐合线，温度对数压力图出现2个不稳定层。切变线南侧和辐合线是不稳定区域，有丰富的水汽。高空的冷平流使大气层结处于不稳定状态，有利于形成雷暴天气。

（2）雷达产品表现为2个相连的指状回波，强度达到60 dBZ，垂直积分液态含水量60 kg/m2，速度图有辐合区。RCS显示暴雨和冰雹的垂直伸展高度分别超过-20 ℃和0 ℃层高度，天气现象发生在这些区域内。

（3）VIL的大值区与强回波中心一致，需关注强降水对应VIL的跃增现象。

（4）在地闪中暴雨和冰雹天气的生命史特征各不相同，暴雨159次，负闪占96.23%，闪電分布集中，频次多。指状回波出现时负闪达到高峰，指状回波强度和长度、垂直积分液态含水量都达到最大，平均径向速度出现辐合带时，地闪成正闪。冰雹67次，全部是负闪，闪电分布零散且频次少。冰雹天气在地闪频次缓慢上升中发生，地闪频次达到峰值时，冰雹天气结束，回波强度和垂直积分液态含水量都趋于减小。

7 参考文献

[1] 苟阿宁，吴涛，高琦，等.襄阳一次强雷暴过程的雷达回波与地闪特征分析[J].暴雨灾害，2012，31（4）：365-372.

[2] 张俊兰.南疆柯坪强雷暴的天气分析[J].气象，2011，37（7）：880-888.

[3] 王福侠，俞小鼎，裴宇杰，等.河北省雷暴大风的雷达回波特征及预报关键点[J].应用气象学报，2016，27（3）：342-350.

[4] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与应用[M].北京：气象出版社，2007：185-187.

[5] 钟敏，吴翠红，张兵，等.湖北省两类强对流天气云地闪特征及其环境条件对比研究[J].暴雨灾害，2010，29（2）：181-185.

[6] 苏邦礼，崔秉球，吴望平，等.雷电与避雷工程[M].广州：中山大学出版社，1999.