浅谈雷达资料在闪电监测预警中的应用

李赛楠 张莹

摘要：在大气中比较激烈的天气现象中，雷电是当仁不让的其中一种。雷电又称闪电，高电压、大电流和强电磁辐射都会产生在雷击过程中，这些现象常常给人们造成严重的经济损失。因此，加强闪电监测预警对于减少因此造成的损失意义重大。就雷达资料在闪电监测预警中的应用，本文作了浅谈。

关键词：雷达资料；闪电监测；预警应用

一、雷达资料应用于闪电监测预警的背景及意义

一旦雷电发生，又没有及时的预报预警和预防，常常会给人们的生产生活造成比较大的损失。雷电不仅具有非常快的发生和发展过程，而且具有极为复杂的发生和发展过程。目前，为了做到雷电的预警预报，许多专门探测雷电的仪器被研制出来，这些仪器除了照相机、大气电场仪、闪电定位仪外，其他的就不能直接观测到雷电信息了，如雷达、卫星、探空等，因此，能直接获取雷电的直观资料很少。以前主要是通过观测获得雷暴日等闪电资料。由于获取资料困难的原因，目前，关于闪电天气的监测和预报还仅仅处于起步阶段。

近二十年来，我国在雷电的监测和预警方面有了长足进展。例如，目前，准实时即几秒以内地闪探测技术就已经比较成熟了。这项技术可以帮助人们获取地闪发生的位置、强度、极性以及回击次数等信息。随着科技进步和经济发展，我国已经逐渐建成闪电监测网，闪电资料的应用研究和产品开发也已经比较好的开展，其在闪电监测预警中也已经发挥了应有的作用。根据闪电资料的掌握，人们可以掌握雷电活动的规律，并能准确预报雷電活动，这将大大有利于将雷电造成的灾害尽量减小。

二、雷电资料在闪电监测预警中的应用

雷电活动总是发生于一定的时间尺度上。在这一方面，相比于其它天气灾害，雷电又具有其独有的一些特点，瞬时性、随机性和非线性就是其体现。由于强对流天气的发生常常范围小、发展快，传统天气精确预报方法对于闪电的监测和预警以及强对流天气的强度、时间以及落区等都有难度。而随着现代探测手段的发展，近年来，利用气象卫星、天气雷达、闪电定位仪等资料对闪电监测预警已经有了很好的发展。

在雷电预警中，雷达资料有着自己比较突出的应用优势。雷达通常具有一公里的空间分辨率，具备较好的分辨雷暴云的能力。不仅如此，多普勒雷达在两次体扫之间，其时间间隔只有五六分钟。如此短的观测时间间隔，可以为预警预报雷电提供比较密集的数据，这些数据表现出比较大的优势为：空间结构上相对完整，时间上足够密集的数据。随着科技的发展，新一代天气雷达拼图系统更实现了实时组网拼图的高频度、高精度和多产品，进一步扩大了资料的应用范围。因此，在雷电临近预警技术研究中，雷达资料已经成为其重要的数据。

（一）闪电的基本概念及其与雷达监测的关系

闪电是指一种放电过程，发生于积雨云中不同符号的荷电中心之间，也发生于云中荷电与大地和地物之间。除此之外，还发生于云中荷电中心与云外大气不同符号大气体电荷中心之间。根据闪电发生位置的不同，闪电可被分为云闪和地闪。

在大气电学研究领域里，雷暴云的起电机制和云的起电之间的关系一直是一个难题。截至目前，起电理论尽管已经有几十种，但很遗憾，没有一种理论能完善的解释所有云内荷电的实际观测结果。但是，对于不管哪种起电形式，雷暴云电结构及地面电场还是有数据可以被监测到的。在雷电发生最多、雷电灾害最重的系统中，对流区结构和荷电模式中的尺度对流系统是其中之一。过去，由于限于探测技术的落后以及电学方面资料的缺乏，长期以来，人们对电场和荷电结构都缺少足够的了解。但是，近年来，随着无线电云中电场探空仪的出现，以及卫星、雷达探测技术的发展，关于电场、荷电结构和闪电的关系的研究终于有了新的进展。

（二）浅谈雷达资料在闪电监测预警中的应用

通过某地区对强雷暴过程的电场观测资料以及闪电定位资料的分析，可以发现发现当雷暴云接近电场仪测站时，在电场仪测测站的防护区内——该防护区位于距测站十公里半径范围内，电场会出现快变抖动现象。值得注意的是，这种快变抖动和闪电的发生之间具有一种对应关系。这种关系表现为：当有电场的快变抖动出现，而且这种现象在一定时间内，电场值数次达到一定阈值的时候，电场值就会随着时间的增加而达到闪电出现的强度。与此相应，很少会出现只有电场快变抖动却没有产生闪电的情况。

有研究者在多普勒雷达资料的基础上，利用其在该地区所监测到的二十个单体（北京地区2005年7月到8月间），再结合相应的闪电和温度探空资料，初步总结出了一套预报方法。该方法主要针对单体进行是否属于雷暴单体以及如何预报初次闪电发生的时段。其具体内容如下：

第一，如果单体雷达资料中的40dBz回波顶高会上升到零温度层结高度之上并维持在此之上，那么这样的结论可被得出，即该单体将有成为雷暴单体的可能。反之，则可以将其判断为非雷暴单体。

第二，单体满足其前一条判断依据之后，假如40dBz回波顶高仍然继续上升，直至其达到-10℃温度层结高度之上，那么就可以判断得出如下结论：在满足该条件的雷达体扫时间之后的15分钟内，单体的初次闪电将会发生。

根据总结出的这套预报方法，研究者仍从北京地区2005年7月到8月间又选取了另外的22个单体（其中包括了19个雷暴单体和3个非雷暴单体）进行了独立检验。经检验发现，这个方法对于非雷暴单体的判断以及初次闪电发生时段的预报都比较适用。尤其是对非雷暴单体判断的准确率非常之高，竟然达到了百分之百。这些都为进一步利用雷达资料对闪电监测预警提供了一条参考依据。

三、雷电资料应用于闪电监测预警中的前景

目前，雷达探测仪器的研制已经有了新的发展，如新一代天气雷达的研制成功，使得丰富的强对流天气监测产品得以。当然，由于尚未有充分的实验，这些产品通常都需根据本地情况进行试用才能有效地提高闪电监测预警的识别准确率。据了解，目前，经过三次比较大规模的技术以及系统的升级，“雷电临近预警系统”已经在全国许多城市如北京、天津、广州等实现了准业务运行。该系统的运行为各省、市气象台发布雷电预警信号提供了重要的参考依据。如北京市2009年9月30日夜间发生了一次局地性和突发性都比较强的雷暴天气过程，该系统就提前三十分钟对此做出了及时、准确的预警，为北京市气象台及时发布雷电预警信号提供了重要的参考依据。

参考文献：

[1]张春龙.气象卫星和气象雷达观测资料在雷电监测预警中的应用研究.南京信息工程大学.2012年