张新宜 周晓宇 郑文佳 刘熠炎

摘  要：利用广州市双偏振天气雷达与闪点定位观测网数据，对雷暴的双偏振雷达观测量与闪电频次的关系进行研究和分析。结果表明，差分相移率、差分反射率与水平反射率能够反映雷暴发展变化的特征，零滞后相关系数能够判断雷达回波降水类型与非降水，和闪电频次并没有太大的相关性。

关键词：雷暴;双偏振雷达;闪电频次

中图分类号：P412.25 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）36-0025-03

Abstract： Based on the data of Guangzhou dual polarization weather radar and flash point positioning observation network， the relationship between dual polarization radar observations of thunderstorms and lightning frequency is studied and analyzed. The results show that differential phase shift， differential reflectivity and horizontal reflectivity can reflect the characteristics of thunderstorm development， and zero lag correlation coefficient can judge that there is no great correlation between radar echo precipitation type and non-precipitation and lightning frequency.

Keywords： thunderstorm; dual polarization radar; lightning frequency

1 概述

雷暴的发生和季节、气候、地理条件等诸多因素相关，过程中产生的降水、雷电与对流活动导致的灾害事件不断增加。发生闪电的初始触发机制为云中正负极电荷碰撞放电，雷暴云中电荷结构的复杂性使闪电的发生存在不确定性和随机性。虽然目前对于雷暴云内起点机制并没有清楚结论，但是一般表示为强上升气流与冰粒子碰撞为起电基础，强上升气流与对于起电贡献比较大的冰晶、霰粒等相互作用，构成雷暴云荷电结构[1]，负地闪在对流云区出现，正地闪在层状云区出现。目前探测闪电的技术有限，所以通过双偏振雷达探测技术能够研究和探讨雷电起电原理与机制，能够更好地开展雷电预警与减灾服务。双偏振雷达技术在不断的发展，通过双偏振雷达的观测资料能够分析判断雷暴云降水粒子形状、空间取向、尺寸大小等信息，此全新云物理信息能够为提供给雷暴云微物理结构模拟研究相应的验证数据，对于掌握雷暴云物理结构、荷电分布结构、雷暴电场的关系尤为重要[2]。

2 资料与方法

2.1 资料收集

本文以广东省气象局闪电定位观测网数据作为闪电观测数据，使用离广州雷达站最近的国家基本站清远站2019年8月2日08：00时的探空站资料，当天0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃层高度分别为5.3km、6.5km、7km、7.8km、8.5km。

2.2 天气过程

当天14：00-16：30出现强对流天气，回波云团从东到西发展，在此过程中出现雷暴。在对个例选择过程中充分考虑：此雷暴为孤立单体，整体生消过程处于独立云团中，以便于统计分析;云团发展处于广州雷达50-100km观测范围中，观测距离理想。从14：06开始，深圳和惠州交界处存在对流单体，最强回波强度为40dBz，向西以40km/h的速度移动。在14：54分回波强度已发展为50dBz，并且出现初闪。雷暴云团持续发展，在15：42闪电频次处于峰值，在16：18云团逐渐减弱，在16：30结束[3]。

2.3 分析方法

利用中国科学院大气物理研究所车载X波段双线偏振雷达（LAP-714XDP-A），何宇翔等人的研究表明：通過卡尔曼滤波方法处理之后，差分传播相移实现X波段反射率因子与差分反射率衰减订正的稳定性良好;刘亚男基于此方法创建了X波段双偏振参量强对流云相态识别的方法。本文利用双偏振雷达观测的雷达回波强度衰减订正，实现雷暴云降水粒子的相态识别。

3 雷达偏振参量和闪电关系研究

3.1 水平反射率

雷达反射率能够将云团变化的垂直、水平特征充分的展现出来，图1为广州雷达1.5°仰角反射率（a）与剖面图（b）。在云团发展过程中，40dBz反射率在5km高度发展，强回波区处于3-7km高度。在初闪的时候，40dBz反射率为7-8km，35dBz反射率为10km，强回波区上升5km，持续发展。在峰值时，35dBz反射率在13km发展，强回波区逐渐深厚。在减弱过程中，40dBz反射率高度降低到5km以下，强回波区越来越松散[4]。通过图1b可以看出，闪电时基本反射率高度发展为-15℃层，40dBz发展到-15℃层。对此回波进行三维格点化处理和差值统计之后，可看出-15℃附近水平反射率为ZH≥40dBz的数据数量和此回波ZH总数量的占比情况，对闪电频次关系进行分析，详见图2。通过图2可以看出来，ZH≥40dBz的数量与占比和频次匹配性良好，尤其是处于雷暴发展和减弱过程中，能够将雷暴变化趋势充分展现出来，但是雷暴维持阶段变化无法展现。-15℃层附近ZH≥40dBz数据数量和占比变化情况对于雷暴发展生消具有指示作用[5]。

3.2 差分反射率