青海农林科技•调查报告•2221年第2期基于雷达和闪电定位仪对冰雹云的识别预警研究
颜海前，张玉欣，康晓燕，王启花，张博越
(青海省人工影响天气办公室，青海西宁810002)
摘要：选取2016-2015年青海省西宁市及海东地区的37次降雹过程雷达和闪电定位仪数据，对冰雹天气的雷达回波演变和闪电特征进行分析，重点分析正、负地闪的数量、频次、极性和强度的变化规律，并选取个例对冰雹云发生前后闪电、雷达参数变化进行分析。在冰雹云形成、消亡的过程中，负地闪占绝对优势，
正地闪出现频率很少，且分布不集中，这与北方地区冰雹出现时高正地闪频次特征不同。正地闪出现的位置和时间与降雹位置和时间没有明显对应关系。从时间和位置上分析，对流发展初期，负地闪在空间上稀疏出现，随着对流的发展，负地闪分布趋向集中，负地闪集中区域主要集中在组合反射率强度较大的区域且频次存在明显增加。闪电频数的变化和空间分布特征，在强对流天气监测和临近预警中有一定的参考作用。
关键词：雷达；闪电定位仪；青海省；冰雹；地闪
中图分类号:P41文献标识码:A文章编号：/04-9967(202302-0036-07
Rearch on Hail Cloud Identification and Early Warning Bad on
Radar and Lightning Locatoc
YAN Hai-qiao,ZHANG Yu-xin,KANG Xiao-yao,WANG Qi-hua,ZHANG Bo-yue
(Qinghai WeatUes MoOificatioo Office,Xining Qinghai810002,China)
Abstrach:The mOas anO lightning locatoc data of f6hailfait process in Xining city and HaiCong as-n of Qinghai Province from2216to2215were lected to analyze tUe raOas echo evolution anO lightning cha-q actedsticc of hail weatUes,tUe vadation rules of tUe nombes,frepuence,polarity and intensity of positive anO oepative clooU-to-gmonO lightning are emphoicaPy analyzed；anO tUe changes of lightning anO raOas parameters before and aftes tUe occanence of hail clonUs are analyzed witU mOividual cas.Io tUe process of fos-mOion anO extinction of hail clonUs；oepative clonU-to-aronnO lightning occepiys an aOsolute dominant po-sitioo.The occarmnce frepuence of positive clonU-to-gmnnO lightning is vey smalt anO its distriCution is not concentrated,whica is diCerent from tUe caaractedstics of high positive clond-to-gronnO lightning when hail appears in oortUeoi repions.The location anO of positive clonU-to-gmnnd lightning have no oni ons cerresponOence witU tUat of hail.From t Ue perspective of anO location,in tUe eady stage of convec
tion,oepative clonU-to-gmnnO lightning appears sposdy in space(witU tUe develonment of convection,tUe distriCution of oepative c I oc U-to-gmnnO lightning tenOs to be cencentrated；anO tUe oepative c I oc U-to-gmnnO lightning concentration area is mOnly concentrated in tUe area witU high combined reOectivity anO tUe fmqneoce increas sianiPchntW•The vadation of lightning fmqnence and its spatial distriCution can be nd as a reference in vere convection weatUen monitodng anO oean waming.
Key words:RaOan y Lightning locatoc y QinghO;Hail:ClonU-to-gmnnO lightning
近年来，探测技术的发展，多普勒雷达是强能连续实时记录探测范围内地闪的位置、强度对流天气监测预警不可缺少的工具，闪电定位仪等，在冰雹云发展、成熟、消亡各个阶段都会产生
收稿日期：202/-10-13
基金项目：青海省气象局重点项目(QXZ2222-25)o
作者简介：颜海前(1971-)，男，本科，主要研究方向为大气科学,E-mail:
地闪，在强单体回波出现或出行前，地闪已经出现，移动过程的强回波带，少量地闪出现在强回波移动方向的前方，地闪能很好地预示强回波未来的移动方向，地闪发生的数目和变化与雷达回波有较好
的对应关系。因此二者数据相结合进行对比研究得出的特征参数值，可以对冰雹云的提前识别预警提供相关的数据。
冰雹云即存在强盛的上升气流，又有冰相粒子参与的复杂的物理过程，因此冰雹云中的起电过程非常剧烈，放电现象也非常活跃。近年来闪电作为强对流过程的“指示器”已被用于识别发展中的对流云[1-2]°青海省地处青藏高原东北部，境内地形、地貌复杂，高山、谷地、盆地交错，多年积雪、冰川、戈壁、沙漠、草原等广有分布，由于青藏高原强烈的隆升和复杂的地形作用，使青海具有独特的气候条件和频繁发生的气象灾害°青藏高原是我国雹日最多、范围最广的地区，青海省冰雹频繁、雹灾严重，是影响经济发展的重要因素之一⑶，因此，利用雷达和闪电定位仪分析冰雹云发生前后各参量的变化，可为人工防雹消雹提供有价值的参考依据。
6资料与方法
6.2资料的选取
青海省西宁市南山多普勒天气雷达站，海拔2447m，最大可测距离170km，其所探测范围基本覆盖了西宁及海东地区，闪电定位仪是由ADTD 闪电定位仪系统及闪电定位中心站组成，对每次闪电回击过程时间、强度、位置、极性进行监测和定位。本研究选取2012-2277年青海省西宁市及海东地区30次降雹过程中雷达和闪电定位仪所产生的数据，对冰雹天气的雷达回波演变和闪电特征进行分析，以西
宁雷达站位中心在170km 范围内对发生的地闪进行统计，重点分析正、负地闪的数量、频次、极性和强度的变化规律，对闪电发生前后冰雹达参数分°
6.2冰雹等级划分
一般情况下，冰雹强度分为强冰雹云、中等强度和弱冰雹云，根据赵仕雄⑷等在青海高原冰雹研究中提出回波强度与降雹的这一关系，（Z为雹云反射率因子）判断时可以分为如下几档来考虑：
30dBz W Z<35dBz弱冰雹云
35dBz W Z<44dBz中等强度冰雹云销售简历模板
44dBz W Z<45dBz强冰雹云
陈渭民⑹编著《雷电学原理》中提到地闪分为正地闪和负地闪，正地闪：闪电电流为正（向下）的称正地电；通常云底电荷为正电荷，地面为负电荷。负地闪：闪电电流为负（向上）的为负地闪；通常云底电荷负电荷，地面为正电荷。
2结果与讨论
2.2冰雹过程地闪统计特征分析
强对流云系尺度较小，移动速度较快，强对流云的强回波区水平尺度一般不超过50km，因此取冰雹发生时前后120min，以回波中心为中心，半径50-120km范围内发生的地闪进行统计，重点分析正、负地闪的变化规律。根据冰雹特征筛选出4次强冰雹天气个例。强冰雹天气过程的地闪特征见表7°
表1强冰雹天气过程的地闪特征
日期降雹
时间
前后
总地闪
数/数
地闪
数/数
正地闪占
总地闪
比例％
最大正地
闪强度
/hA
负地闪
数/数
负地闪占
总地闪
比例%
大负地
闪强度
/hA
2016/5/216：00降雹前
降雹后
4
126
4
4
100
352
25.3
39.1
155
96.5
-67.5
2015/5/515:40雹前
雹后
288
547
3
2
71
0.03
52.7
5757
285
545
95.9
99.6
-93.1
-8955
2017/6/191345雹前110120125.111399.9-73.5雹后1357050547313599.5-110
2017/h/h15：10
前231552.150.71147.9-155降雹后701010.71073608558-35
戒烟作文2017/5/317：40雹前
雹后
35
1
9
2557
96
26
1
7453
100
-4858
2144雹前
雹后
389
76
6
0.017
59.5
383
76
堵车啦
9855
100
-50
-8457
2017/5/515：00雹前
雹后
25
177
2
5
058
13.8
25.7
77.4
23
175
92
96.5
-57
-64.5
从表1中可以看出，降雹地点附近在降雹前122mm有地闪发生;6个个例中在降雹前正地闪数全部小于17次，所占比例均未达到37%，正地闪强度均未达到102kA，降雹后正地闪变化不大。而负地闪数则是正地闪数的数倍，负地闪所占比例均达到85%以上，最大强度也略有增加。
分析表明西宁及海东地区强冰雹天气发生时，无论降雹前后正地闪数都很少且频次很低，没有发现冰雹发生前后正地闪频次明显增大现象，正地闪占比均未达到37%强度也较弱，负地闪数及出现的频次均高于正地闪，负地闪占比不低于77%，强度要高于正地闪。这与北方地区强冰雹天气过程中正地闪比例平均为57%存在明显的不同⑷。
37次冰雹天气过程中，根据冰雹特征筛选出10次中等强度冰雹天气个例，中等强度冰雹天气地闪特征2。
表2中等强度冰雹天气地闪特征
日期降雹时间
2016/6/1116:30 2019/6/2116:50 2016/6/2616:30 2016/6/2619:38 2016/6/2716:50 2019/2/219：10 2016/7/2616:50 2016/7/2716:50 2016/8/913:50 2016/8/1216:55 2017/6/416:38 2017/6/715:50 2017/6/1513:50 2017/6/2013:59 2017/6/2016:30 2176662814:42 2017/8/1216:50 2017/9/2091:50
前后
总地闪
数/数
地闪
数/数
正地闪占
总地闪
比例％
最大正地
闪强度
/6A
负地闪
数/数
负地闪占
新民主主义时间
总地闪
比例%
大负地
闪强度
/6A
降雹前1942192221579-5122雹后4524244523439526-3724雹前831122921829828-4829雹后0000000
雹前20002140-4425雹后60006140-321雹前40004140-321雹后0000000
雹前1331666271584-4322雹后2200022140-4622雹前0000000
雹后0000000
雹前0000000
雹后0000000
雹前0000000
雹后0000000
雹前0000000
雹后0000000
雹前0000000
雹后10001140-3623雹前0000000
雹后0000000
雹前1218232122119127-3229雹后262726524249224-47雹前145000145140-5624雹后90009140-3622雹前1400014140-2825雹后18116121342573829-2726雹前14539372189666229-6523雹后149542553271449525-423雹前31516214426268329-3627雹后26310.03182826299297-85
雹前124148.06129114926129雹后60418229115235869721-8125雹前0000000
雹后0000000
由表2可知2012年7月7日19：10、2016年 7 月 26 日 16：40、2016 年 7 月 27 日 77：00、2016
年 8 月 9 日 18：00、2077 年 6 月 4 日 19：35、2077 年9月20日27：00六个个例在降雹前后没有地
闪发生° 7个个例在降雹前后均有地闪发生,
2016年6月20日在第二次降雹时正地闪为30
次外，其余个例正地闪均未超过15次，正地闪占
有比例没有超过30%的，频次、强度也较弱。负 地闪数出现的频次、数次、强度均高于正地闪，负
地闪占有比例不低于84%，这与青海省西宁及海 东地区强冰雹天气过程负地闪占主导地位相符长岛
°
30个个例中筛选出5个弱冰雹云个例，弱冰
雹云天气过程的地闪特征见表3 °
表3弱冰雹云天气过程的地闪特征
降雹前 53降雹后 1降雹前
0降雹后 0降雹前
0降雹后
雹前 5雹后 4降雹前
75
雹后 9日期
雹
时间
2016/6/1217：455015/h/1017：442017/6/415 452017/h/h
17 472017/6/17
16:44
总地闪地闪 数/数
正地闪占 总地闪 比例％
最大正地 闪强度
/hA 负地闪
数/数负地闪占 总地闪 比例%
大负地
闪强度
捕捉幸福作文/hA 7305467.57
66.6
-4559
000170-13.30000000000000000000
00
0120
5754&-3259000470-2254000105
70-50.40
税务筹划案例
9
70
-30.5
由表3分析表明，2016年4月15日77：44、 2277年6月4日19：35在降雹前后均没有地闪
发生，其余个例中的正地闪无论在数次、频次、强
度均彳于负地闪，负地闪在地闪总数中占主导地 位°
2.2个例分析
以往的分析往往是统计冰雹云天气过程发
生区域内很大范围的闪电数据，而实际情况是降
雹只发生在某个小区域，因此分析结果往往与实 际情况存在一定程度的误差，为了避免这种不
软式排球足，以降雹中心为参考点，统计其周围半径50km
区域内的闪电数据，另外考虑降雹时间通常很
短，多发生在20min 甚至15min 以内，因此选取
5min 间隔的闪电频数来讨论降雹前后的闪电变
化特征及空间分布。
2012年8月3日7 ： 39，其发源于海北门源
地区的对流云系形成，云系初生强度并不强，组 合反射率强度为30 - 35dBz 之间（图7） °云体 沿大阪山南麓向大通县和互助县一带移动，期间
在云体移动的路线上并没有闪电发生,7：56第 一次负地闪出现在互助县，随后负地闪缓慢的增
加。至7:22最强组合反射率出现高度在5km
左右，强度在45 -50dBz 之间，负地闪集中出现在
强回波中心的后方° 77：25回波范围有所扩大,
7747第一次正地闪出现强回波中心的前侧方°
从7：22-7：56的36mm 地闪分布叠加图可以
看出（图7）负地闪以明显的方式增加，负地闪密
集区域并未完全和强回波中心重合° 7：02组合 反射率强度最大处开始降雹,7：09回波仍具有
明显冰雹回波特征（图7c ），负地闪密集区域在雹
云的后方出现,7 40基本反射率因子减弱，负地 闪频数略有减少,7：57雹云已移出大通、互助一
线，负地闪随着雹云的消退逐渐减少或转移°虽 然闪电密集区位于雷达组合反射率强度较大的
区域附近，但闪电密集区域并未与强回波中心完 全重叠，反射率强度较大的区域是固态粒子（冰
晶、雹粒）和过冷水滴大量聚集区域，固态粒子 之间的碰撞感应起电、冰晶与雹粒碰撞摩擦的
温差起电该区域形成明显的闪电源区，雹云随
着风向或山的走势移动，因此就会出现负地闪
密集区域在雹云的后方，正地闪出现在雹云的
侧前 °
雹云初始阶段和降雹开始时雷达回波强度垂直剖面与负地闪叠加图
图1
从5mic 的闪电频数时间分布图上（图2）可
以看出19：/开始负地闪在逐渐增加,17:37至
15：55略有摆浮在小幅下降后再次增加,18：05达
到峰值72次，峰值较降雹时间（（8：02）晚了 3mio，而后负地闪数逐渐减少，18：20开始负地闪
数急剧减少由前一时段34次减少为5次随后逐
渐或转移。正地闪仅出现过一次，正地闪出现时
间是在降雹前32mio，地点在雹云的前侧方与降
雹地点无明显的对应关系。结合雷达组合反射
率强度演变和地闪分布图来看，闪电出现连续增
幅的时间较降雹时间提前了 5 - 8mio，在一定程
度上可以作为冰雹的预警指标。
2019年5月9日14：04雷达回波演变图显
示对流回波至湼源县初生，由西北向西南方向移 动，移动过程中不断生消，期间回波强度低于
30dbz ，此时闪电活动不明显（图3v ）。14：38进
入湼中回波强度有所加强，在云体的前方出现
正地闪4次，但同时回波中心也在逐渐减弱。 17：/回波强度有所加强，负地闪出现但并不活
跃,15：37回波中心分裂成多个小单体，负地闪
在此次过程中并不活跃，未出现负地闪密集区 域（图3b ）。此次过程从云体发展到消亡时间
， 在前期出 4 地闪， 于 体
阶段。
2016年8月3日
(赵)
K
-8O -1OO
卩
1 1
34
17:1317:・
3
516:
17： 55 18： 16 18： 37 18： 58
时间
图2 2015年8月3日闪电频数时间分布图
