春季与夏季两次雷暴大气结构及地闪特征对比

孙哲,魏鸣



春季与夏季两次雷暴大气结构及地闪特征对比

孙哲,魏鸣*

南京信息工程大学 中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室,江苏 南京 210044

2013-08-23收稿，2015-12-22接受

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2013CB430102);地理信息科学教育部重点实验室开放研究基金资助项目(KLGIS2015A01);公益性行业(气象)科研专项(GYHY201306040);航空科学基金资助项目(201320R2001)

利用NCEP再分析资料、探空资料、闪电定位资料和南京、常州多普勒雷达资料,通过对比分析南京2012年2月22日春季雷暴和2011年8月10日夏季雷暴两次过程,研究不同季节影响雷暴发生的大气结构以及强弱雷暴地闪特征的差异。结果表明:风矢位温(V-3θ)图揭示的大气动力热力水汽特征能够为雷暴的潜势预报提供先兆信息。两者相较而言,春季雷暴的动力抬升作用明显;夏季雷暴主要由热对流引起,对流层上层的动力抽吸作用不明显。春季弱雷暴正地闪在总地闪中所占比例较高。无论春季弱雷暴还是夏季强雷暴,地闪落点与辐合区对应关系明显,且地闪的落点也与雷达反射率因子有较好的对应关系:地闪主要分布在强回波区(大于40 dBz)及其外围区域。但在较强雷暴云的发展阶段,地闪多发生在风暴体伸展方向的一侧,具有引导雷达回波移动的作用,夏季强雷暴地闪簇集在垂直风切变区域。

地闪雷达回波雷暴动力热力

雷暴云中存在大量的闪电活动,闪电特别是地闪的破坏性极强,常常造成人员伤亡、电力系统的损坏等灾害。江淮流域是雷暴天气的多发地区,雷电灾害频繁发生。研究雷暴天气成因以及闪电与雷达回波之间的对应关系,有助于更深入地了解雷暴天气的形成机理,更准确地预报雷暴过程。

随着气象部门观测网的建设和普及,国内外很多气象工作者对于雷暴的研究取得了丰硕的成果。比如许多研究发现降雹的雷暴正地闪比例通常较高(MacGorman and Burgess,1994;Stolzenburg,1994;MSoula et al.,2004;)。Gremillion and Orville(1999)提出对于夏季雷暴的预警指标。易笑园等(2009)研究了地闪频数与雷达回波顶高的关系。沈永海等(2010)、张一平等(2010)和纪晓玲等(2010)对强雷暴天气过程中雷达回波结构及闪电时空特征进行了细致分析。蔡敷川等(2010)、顾媛和魏鸣(2013)对雷暴过程的大气能量结构进行了分析,认为V-3θ图中明显的非均匀结构、超低温现象和顺滚流结构能够很好地指示强对流天气。王婷婷等(2011)对北京地区干湿雷暴进行了对比分析。陈涛等(2012)和农孟松等(2013)分析了春季雷暴天气的成因。于庚康等(2013)对两次飑线过程进行了分析,认为夏季发生的飑线过程的热力作用更强。

本文主要利用探空资料、NCEP再分析资料、闪电定位仪资料和多普勒天气雷达资料,分别对春季和夏季两次雷暴天气的大气能量结构特征、各物理量诊断特征、地闪以及雷达回波的演变特征进行对比分析,探索影响春季和夏季雷暴天气的动力、热力、水汽等特征的差异,深化雷达和闪电资料在雷暴预报中的应用。这两次南京地区雷暴过程的对流生命史较短,均发生在04—06时(世界时,下同),发生时间相近,是春季和夏季的常见雷暴类型,且此次春季雷暴闪电总数少,降水量小,夏季雷暴闪电总数多,并伴有冰雹,强弱对比明显。对比这两次雷暴的特征,有助于理解雷暴产生的关键因素及其共同性和差异性,揭示强弱雷暴的闪电特征。

1　资料

采用NECP一日四次的全球再分析资料(网格距为1°×1°)和南京站的探空资料。地闪资料取自江苏省气象局的ADTD型雷电探测系统,该系统能有效探测地闪发生的时间、经纬度、电流强度和电流陡度等信息。

春季雷暴(2012年2月22日)过程的雷达资料取自南京(118.50°E,32.19°N)的多普勒雷达;夏季雷暴(2011年8月10日)过程采用常州(117.26°E,31.87°N)的多普勒雷达资料。为方便起见,本文所涉及时间均为世界时。

图1　春季和夏季雷暴的V-3θ图对比(南京站)　　a.2012年2月21日00时;b.2012年2月22日00时;c.2011年8月9日00时;d.2011年8月10日00时Fig.1　Comparison of V-3θ plots for the spring and summer thunderstorm in Nanjing:(a)0000 UTC 21 February 2012;(b)0000 UTC 22 February 2012;(c)0000 UTC 9 August 2011;(d)0000 UTC 10 August 2011

2　大气能量结构对比

鉴于位温可以反映不同高度上的大气热力结构特征,因此采用风矢位温图(V-3θ图)分析大气的能量结构。V-3θ图(V表示风向、风速;θ为干空气的位温,θsed是以露点温度计算的假相当位温,θ*为饱和空气的位温)充分利用了从地面到对流层顶的探空特性层信息,是分析大气热力、动力和水汽三维结构的有效手段(雷雨顺,1986)。位温θ反映了大气的干空气状态,θsed体现了当时大气的实际水汽含量,θ*则反映了大气的绝对含水能力(饱和水汽)(翟丽萍,2012)。

图1为南京站的V-3θ图,2012年2月21日00时(图1a),南京站低层偏东风,中高层偏西风,200 hPa西风风速高达84 m/s,整层大气风向自上而下呈顺时针垂直切变(即顺滚流),上层的强风有较强的抽吸作用,有利于大气抬升;600 hPa以下空气较湿,其上空气偏干,形成了上干下湿的水汽梯度;900～1 000 hPa间为偏北风,冷空气从底层扩散,900 hPa以上强烈的西南暖湿气流,形成南京区域900 hPa附近锋面逆温,暖湿气流沿锋面爬升,有利于此次高架雷暴的形成。此时对流层顶高度大约在350 hPa附近。22日00时(图1b)高空风仍很强,整层大气依然处于顺滚流状态,风切变明显,有利于水汽的上升运动,为雷暴天气的产生提供良好的动力抬升条件;850～600 hPa之间的空气湿度较大,为雷暴天气的发生发展提供有利的水汽供应;从500 hPa起θ和θsed曲线随着气压(P)的增大准垂直于气温(T)轴,θ*曲线随P的增大向左呈现线性递减,深厚降温从500 hPa起,200 hPa附近3条θ曲线准垂直于T轴,有超低温存在,大气不稳定能量不断积聚,为雷暴的发生提供热力条件。但1、2线右倾,地面到500 hPa之间的热力不稳定较弱;对流层顶高度大约在200 hPa附近,比21日00时明显抬升。探空资料显示,22日00时850 hPa气温是当时10 d左右探空资料所测得的气温最高值,为7.8 ℃。22日对流层顶突然抬高,分析认为由于对流层温度增高,整层气柱膨胀,促使对流层顶抬升,为对流天气的发生提供有利的发展空间,使对流系统得以充分发展。这个现象揭示了在预报过程中需要关注对流层顶的高度变化,因为对流层顶高度突然抬升,预示着未来对流性天气发生的可能性将增加。

由图1c可知,2011年8月9日00时,高空300～200 hPa之间3条θ曲线准垂直于T轴,有超低温结构,说明大气上空存在较厚的降温层,且地面到500 hPa之间1、2线左倾斜率大,呈现较大的热力不稳定能量(雷雨顺,1986),为雷暴天气的发生发展提供充足的热力条件;1、2线疏密相间,整层大气湿度不断变化,呈现水汽不稳定状态;高空风较强,整层大气存在垂直风切变,为雷暴的发展提供动力条件。与9日08时类似,10日00时(图1d),200 hPa附近1、2线垂直,超低温结构明显,地面到500 hPa间1、2线左倾斜率增大,热力不稳定能量加大;1、2线疏密相间的“蜂腰”结构仍然存在,水汽较前1日更加充沛,有利于雷暴天气的发生;风向有一定的垂直切变,但比前1日稍弱,动力抽吸作用不明显。

由两次雷暴过程的V-3θ组图对比可知,雷暴来临前对流层顶高度较高,为雷暴云的发展提供充足的空间。对流层顶的超低温为雷暴发生提供了热力不稳定的先兆信息,整层大气深厚的顺滚流为雷暴天气提供了有利的动力条件,低层偏东风为雷暴天气输送充足的水汽。从V-3θ组图上还可看出,春季雷暴整层大气垂直风切变较夏季雷暴明显,其动力抽吸作用更强,但热力作用并不显著;而夏季雷暴1、2线左倾,热力不稳定能量较春季雷暴大,主要由热对流引起,动力抽吸作用不明显。

3　物理量诊断对比

3.1动力条件

图2为利用NECP资料(网格距为1°×1°)绘制的垂直速度、水汽通量散度和假相当位温在118.8°E、32.1°N的时空剖面。垂直上升速度时空剖面(图2a、b)显示,春季雷暴发生时,850～250 hPa大气为上升运动,而夏季雷暴只有上层大气处于上升运动中。春季雷暴垂直上升速度最大值达到2 Pa·s-1,夏季雷暴的上升中心值只有0.5 Pa·s-1,且此次春季雷暴上升区的垂直速度等值线较夏季雷暴密集得多,说明与夏季雷暴相比,春季雷暴上升运动较强,动力作用更加明显。

分析水汽通量散度图(图2c、d)发现,雷暴发生前大气中低层存在水汽辐合运动。但雷暴发生时春季雷暴从近地面到600 hPa高度均处于辐合上升运动中,而夏季雷暴只在700～500 hPa间为水汽辐合,且春季雷暴水汽通量负散度中心值更小,为-5×10-5g·cm-2·s-1·hPa-1,夏季雷暴中心值只有-2×10-5g·cm-2·s-1·hPa-1。

分析探空资料可知,春季过程发生前底层为东南风、东北风,中高层为西南风,且高空风速大,无论是风速和风向都形成明显的垂直风切变;夏季雷暴发生前,底层为东南风,中高层为西南风,存在垂直风切变,但高空风速较春季雷暴小,切变较春季雷暴弱,且到雷暴发生时切变减弱。

图2　垂直速度(a,b;单位:Pa·s-1)、水汽通量散度(c,d;单位:10-5 g·cm-2·s-1·hPa-1)及假相当位温(e,f;单位:K)在32.1°N,118.8°E的时空剖面　　a,c,e.2012年2月21—23日;b,d,f.2011年8月9—11日Fig.2　Height—time section of the (a,b)pressure vertical velocity(units:Pa·s-1),(c,d)water vapor flux divergence(units:10-5 g·cm-2·s-1·hPa-1) and (e,f)pseudo-potential temperature(units:K) along(32.05°N,118.78°E)a,c,e.21—23 February 2012;b,d,f.9—11 August 2011

3.2热力条件

对比分析两次雷暴的热力条件可知:夏季雷暴热力影响较春季雷暴强,热力成因明显。K指数定义为(孟妙志,2003):

K=(T850-T500)+Td850-(T700-Td700)。

(1)

其中：(T850-T500)表示850 hPa与500 hPa的温度差;Td850为850 hPa的露点温度;(T700-Td700)代表700 hPa的温度露点差。K指数代表大气中低层的热力稳定度以及700 hPa层的湿度条件。一般K值越大,越有利于降水发生。对流有效位能(Convective Available Potential Energy,CAPE)正比于热力学图解上的正面积,表征大气对流的不稳定能量,CAPE的值越大,发生强对流的可能性越大。从探空资料可知,2011年8月10日00时K指数为41 ℃,CAPE值为2 355.3 J/kg,而2012年2月22日00时K指数为29 ℃,CAPE值为0.4 J/kg,无论是K指数还是CAPE值,夏季雷暴的值都大于春季雷暴。

分析假相当位温时空剖面图(图2e、f)可以看出,夏季雷暴发生前大气底层到700 hPa高度间均处于不稳定层结,雷暴发生时不稳定层结上升到600 hPa,而春季雷暴发生前后整层大气均为相对稳定的层结状态;且同高度处的大气假相当位温,夏季雷暴较春季雷暴大。

3.3水汽条件

图3为利用NECP资料绘制的700 hPa水汽通量场空间分布图。分析两次雷暴的水汽成因可知:两次雷暴发生前,江淮附近均有水汽通量大值区,南京处在水汽输送带上,为雷暴的发生发展提供充足的水汽。相较而言,南京夏季雷暴的水汽通量比春季大。图3a显示,湖南到江苏有一水汽输送带,西南急流将孟加拉湾的水汽输送到江淮地区。但总体上各处水汽通量并不大,使得这次雷暴过程不强;图3b表明,沿广东、福建、江苏有一水汽输送带,偏南风将南海水汽向北输送,源源不断地为江淮地区提供水汽。

图3　700 hPa水汽通量场分布(单位:g·cm-1·s-1·hPa-1)　　a.2012年2月22日00时;b.2011年8月10日00时Fig.3　Distribution of the water vapor flux field at 700 hPa(units:g·cm-1·s-1·hPa-1):(a)0000 UTC 22 February 2012;(b)0000 UTC 10 August 2011

图4　地闪频数变化　　a.2012年2月22日;b.2011年8月10日Fig.4　Temporal variation of the lightning rate:(a)22 February 2012;(b)10 August 2011

4　地闪与雷达资料分析

4.1地闪资料分析

春季雷暴(图4a)地闪频数较低,最大值仅为6次/(6 min),呈现双峰值特点。整个时间段内回波顶高较低,均在9 km以下。正地闪在总地闪中所占比例较高,有的甚至在6 min时间段内能达到100%,这是因为此次雷暴风切变较强,使上正下负的偶极型电荷结构发生倾斜,云上部的主正电荷区直接暴露在地面之上,从而产生比较多的正地闪。

夏季雷暴(图4b)地闪频数相对较高,最大值可达到198次/(6 min),整个过程呈现多峰值特点,且负地闪占较大比例,正地闪所占比例较小,这是因为此次雷暴风切变不明显,高空风不强,不能使云体上部主正电荷区暴露在地面之上,并且雷暴云下部没有明显的次正电荷区,难以产生正地闪;但夏季云体下部的主负电荷区距离地面较近,利于负地闪的发生。

在雷暴发展阶段,地闪频数与回波顶高呈正相关;在雷暴成熟阶段,由于抬升机制的原因,回波顶高与地闪频数在一段时间内呈负相关,并先于地闪频数达到峰值。对比2011年8月10日的地闪频数与回波顶高可知,04:30以后,强回波中心逐渐升高,地闪频数也缓慢增多。05:16,强回波顶高达到17 km以上,地闪频数达到一个小峰值。随后回波顶高在17 km以上的区域逐渐增大,05:21达到峰值,但此时地闪频数出现一谷值;而后回波顶高17 km以上区域逐渐减少,但地闪频数在05:33达到峰值。这是由于在雷暴云发展趋成熟阶段,降水粒子的下沉拖曳作用使雷暴云的重心下移,主电荷区距地面的高度减小,使得地闪频数逐渐升高。

4.2多普勒雷达资料分析

4.2.1回波强度

图5为春季雷暴过程的雷达(位于南京,下同)反射率因子图,可以看出此次过程以积层混合云降水为主,有两片回波区影响南京,回波A和B不断发展,到06:45合并为回波C,而后向东移动,移出南京。

图6为夏季雷暴过程雷达(位于常州,下同)反射率因子组图,发现该降水过程为对流云降水,主要由强回波A、B、C、D影响南京。04:35,雷达反射率因子图(图6a)上显示雷达站西北方向分别距雷达中心约110和95 km处有强回波A和B,中心强度达到55 dBz以上,它们不断加强,回波面积增大。回波A面积较大,边界明显,风暴体东南侧回波梯度较大,回波逐渐向东南方向发展,且回波A内部存在多块小面积的强回波中心,在回波A逐渐向东南方向发展的过程中不断发展、合并、消散。回波B面积较小,风暴体西北侧回波梯度很大,逐渐向西北方向发展;04:47,回波A和B汇合形成强回波AB(图6b);回波C和D强回波中心面积不断变大,并向西北延伸;05:10,与回波AB交汇,形成回波ABCD(图6c);05:33,强回波中心逐渐减弱,并向东移出南京。

图5　2012年2月22日雷达反射率因子组图(2.4°仰角;单位:dBz)　　a.04:19;b.06:45Fig.5　The radar reflectivity factor on 22 February 2012(elevation:2.4°;units:dBz):(a)0419 UTC;(b)0645 UTC

图6　2011年8月10日雷达反射率因子组图(1.5°仰角;单位:dBz)　　a.04:35;b.04:47;c.05:10Fig.6　The radar reflectivity factor on 10 August 2011(elevation:1.5°;units:dBz):(a)0435 UTC;(b)0447 UTC;(c)0510 UTC

对比两次雷暴过程的雷达反射率因子回波可知,春季雷暴雷达回波强度不大,最大回波强度为45 dBz,而夏季雷暴的回波强度最大可达到55 dBz,其强度明显大于春季雷暴。

4.2.2径向速度

春季雷暴的雷达径向速度图(图7a)显示中高层有较深厚的西南暖湿气流,低层是东北风回流。雷达站西南方向存在明显的辐合运动,雷达中心东面和东南面辐散特征明显。

夏季雷暴的雷达径向速度图(图7b—e)表明:回波主要显示为局地雷暴特征,存在明显的涡管结构、垂直风切变区以及辐合区。径向速度图(图7b)中椭圆A标示的区域内负速度大值区在左,正速度区域在右,零速度线沿雷达径向方向,为中尺度气旋特征;图7c上的椭圆A区域(对应图7b上椭圆A区域)中间的负速度区相对于东侧正速度区既在远离雷达方向一侧,又在正速度区域左侧,说明气流呈气旋性辐合上升。并且中间负速度区在右,其西南侧正速度区在左,中间零速度线沿雷达径向方向,构成反气旋结构;图7d中对应图7c上的反气旋结构仍然存在,气旋性辐合上升运动变为辐合上升运动;图7e上相应区域的反气旋结构和辐合运动也仍然存在。

图7　雷达径向速度(a—e;单位:m·s-1)和风暴体内部涡管结构气流示意图(f)　　a.2012年2月22日04:38(0.5°仰角);b—e.2011年8月10日05:10(b.0.5°仰角;c.1.5°仰角;d.2.4°仰角;e.3.4°仰角)Fig.7　The (a—e)radar radial velocity(units:m·s-1) and (f)diagram of the airflow in the vortex tube of the storm:(a)0438 UTC 22 February 2012(elevation:0.5°);(b—e)0510 UTC 10 August 2011(elevation:b.0.5°;c.1.5°;d.2.4°;e.3.4°)

从夏季雷暴的雷达径向速度组图(图7b—e)上可以看出,椭圆区域A的系统内部气流形成三维涡管结构(图7f),风暴体前侧气流呈气旋式旋转,不断辐合上升,到达雷暴云顶部时由于云顶的阻挡,在云体后方转而向下呈反气旋式下沉,从而形成了风暴体内的涡管结构。图7b中椭圆B所标示出来的区域为明显的辐合区,为雷暴体的发展成熟提供有利的动力条件。并且辐合运动有利于水汽和电荷的输送,为雷暴体提供充足水汽的同时,还易于产生闪电。图7b中椭圆C所标示出来的区域内左侧为负速度区,右侧为正速度区,图7c中其对应区域原负速度区的速度值明显变大,正速度区变为负速度区,形成明显的垂直风切变。

4.3地闪与雷达资料对比分析

4.3.1地闪资料与雷达反射率因子的对应关系

通过不同时刻雷达反射率因子与地闪落点的对比分析可知,地闪的落点与雷达反射率因子有较好的对应关系:对于春季雷暴,地闪主要分布在强回波区(大于40 dBz)外围以及30 dBz左右区域;对于相对较强的夏季雷暴,在其发展阶段,地闪多发生在雷暴云伸展方向的一侧,具有引导雷达回波的作用;在其成熟阶段,地闪簇集在强回波区或临近区域,主要发生在40 dBz及以上区域。

图8为雷达反射率因子叠加雷达资料对应时刻前6 min的地闪分布图,其中“*”代表地闪的落点。可见,此次春季雷暴地闪落点与雷达反射率因子强回波区(大于40 dBz)外围以及30 dBz左右区域有较好的对应关系(图8a)。地闪有一部分落在远离强回波中心的区域,这是因为此次过程风速大,风切变明显,电荷容易被强烈的气流带到距离强回波区很远的地方。

对于此次夏季雷暴的发展阶段(图8b),强回波A、B汇集之前,在两强回波核的前部(图8b中椭圆区域)有较密集的地闪发生,即地闪出现在A、B风暴体伸展方向的一侧。04:41之后,强回波A、B在长方形区域,地闪同样出现在了风暴体伸展方向的一侧。原因是风暴体前部上升气流强烈,与云内强下沉气流共同作用,使得云内过冷水滴与雹粒剧烈碰撞,表面形成冰壳。在此过程中释放潜热,使冰壳内部增温,形成外冷内热的温度差,从而使冰壳带正电,内部带负电。随后冰壳内部也不断冻结,体积膨胀,最终冰壳破裂,冰屑飞溅出去。飞溅出去的冰屑带正电,剩下的部分带负电,更有利于闪电的发生。而大水滴或冰雹累积区在强烈降水区的下风侧,所以地闪先于雷达回波产生,易出现在A、B风暴体伸展方向的一侧,具有引导雷达回波的作用;在夏季雷暴成熟阶段(图8c),地闪分布与雷达反射率在40 dBz以上区域有较好的对应关系,原因可能是雷暴成熟阶段下沉气流剧烈,下沉气流将雹块等降水粒子带到高度较低的地方,由于温度较高使得粒子表面融化,形成外热内冷的温度差,使得粒子表面带负电,内部带正电。在融化的过程中,粒子表面会形成气泡,气泡破裂时使粒子表面的一部分负电荷飞溅出去,余下部分带正电荷。因此雷暴云成熟阶段在降水区(即强雷达回波区域)容易产生闪电。并且此次过程风速不大,风切变不强烈,分离的电荷不容易被带到远离强回波区的位置,因此闪电聚集在了强回波区及其附近区域。

图8　1.5°仰角的雷达反射率因子(叠加地闪分布)　　a.2012年2月22日 04:38;b.2011年8月10日04:41;c.2011年8月10日05:33Fig.8　Radar reflectivity factor displays of 1.5° elevation angle added to the CG flash distribution:(a)0438 UTC 22 February 2012;(b)0441 UTC 10 August 2011;(c)0533 UTC 10 August 2011

图9　0.5°仰角的雷达径向速度(叠加地闪分布)　　a.2012年2月22日04:38;b.2011年8月10日05:10Fig.9　Radar radial velocity displays of 0.5° elevation angle added to the CG flash distribution:(a)0438 UTC 22 February 2012;(b)0510 UTC 10 August 2011

4.3.2地闪资料与雷达径向速度的对应关系

通过对比分析不同时刻雷达径向速度与地闪落点可知,地闪簇集在辐合区、速度大值区以及垂直风切变区(图9)。分析此次春季雷暴的雷达径向速度与前6 m闪电叠加图(图9a),发现地闪发生在雷达中心西南方向气流辐合区,以及辐合区南侧速度大值区。

从夏季雷暴的雷达径向速度与前6 m地闪资料的叠加图(图9b)可知,地闪分布密集区主要有两处:一处为椭圆A区域(图7b中此区域内左侧为负速度区,右侧为正速度区,图7c中此区域内原负速度区负速度值明显变大,正速度区变为负速度区,形成明显的垂直风切变),正是因为风切变区风向和风速突变,上升运动增强,云雨粒子翻滚、碰撞剧烈,易于产生闪电;另一处为辐合上升区(椭圆B),这是因为云底辐合区上升气流明显,与云内强烈的下沉气流形成明显对流,有利于云内粒子之间的碰撞,为闪电的产生提供有利条件。

5　结论

1)V-3θ风矢位温图能够清楚地揭示雷暴发生前大气能量结构特征。对流层顶超低温现象、整层大气顺滚流和低层偏东风分别为雷暴的产生提供有利的动力、热力和水汽条件,对雷暴的形成有较好的潜势预测作用。

2)低层切变的偏北气流将冷空气带入江淮地区,西南急流带入大量暖湿气流,形成锋面逆温,暖湿空气沿锋面被迫抬升,配合中低层强的辐合抬升运动、充足的水汽、适当的热力条件形成了此次春季雷暴;偏南气流带来大量的水汽供应,大气中层的辐合上升运动配合低层风切变触发强烈的不稳定能量的释放造成了此次夏季雷暴。

3)相较而言,春季雷暴动力抽吸作用明显;夏季雷暴热力作用较大,主要由局地热力抬升作用所引起。

4)春季弱雷暴地闪频数较低,正地闪在总地闪中所占比例高。夏季强雷暴地闪频数相对较高,主要以负地闪为主,正地闪所占比例较小;夏季强雷暴发展阶段,地闪频数与回波顶高呈正相关。在雷暴成熟阶段,由于抬升机制的原因,回波顶高与地闪频数在一段时间内呈负相关。无论强弱雷暴,地闪的落点与辐合区的对应关系都比较明显,且地闪的落点与雷达反射率因子亦有较好的对应关系:地闪主要分布在强回波区(大于40 dBz)及其外围区域。在较强雷暴云发展阶段,地闪多发生在雷暴体伸展方向的一侧,具有引导雷达回波移动的作用。强雷暴与垂直风切变区有较好的对应关系。

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A comparative analysis of two thunderstorms that occurred in the Nanjing area was conducted by using NCEP,sounding,lightning location and Doppler radar data,in Nanjing and Changzhou,with the aim being to study the differences among the key factors causing thunderstorms in spring and summer.One of the thunderstorms took place on 22 February 2012,and the other was on 10 August 2011.

The results of the analysis of the atmospheric energy structure show that the wind-potential temperature plots can reveal the dynamic,thermodynamic and water vapor characteristics before the occurrence of thunderstorms.Specifically,the tropopause height increases,providing sufficient space for the development of the thunderstorm.The “ultra-low” temperature phenomenon of the tropopause is a sign of thermal instability,while the clockwise rotation of the wind direction along with an increase in the height provides favorable dynamic conditions for the thunderstorm.Meanwhile,large quantities of water vapor are transported by the moisture gradient in the vertical direction.

Comparison of the physical diagnosis reveals that the dynamical lifting effect of the spring thunderstorm is stronger than that in summer,with the latter mainly caused by heat convection;the dynamical suction effect in the upper troposphere is not predominant.Comparison of the characteristics of Cloud-to-Ground(CG) lightning evolution indicates that the CG lightning frequency of the spring thunderstorm is low,but the percentage of positive CG lightning is high.The situation for the summer storm is just the opposite,showing multiple peaks.The percentage of negative CG lightning is high.In the mature stage,the radar echo top height has a negative correlation with the CG flash rate,and it reaches its peak before the occurrence of CG flashes.Comparison of the radar data shows that the echo of the spring thunderstorm appears similar to a stratocumulus cloud precipitation echo.There is obvious wind shear,strong warm advection,and convergence activities in the storm.The echo of the summer thunderstorm shows it to be a convective precipitation process.There is wind shear and convergence activities in the summer thunderstorm,and a clear vortex tube can also be found.It shows the features of a local thunderstorm.

Analysis of the matching of relationships between the radar echo intensity and the CG distribution reveals that,tor both the weak spring thunderstorm and the strong summer strong thunderstorm,the locations of CG flashes correspond well to the convergence zone and radar reflectivity.Most of the CG lightning of the spring thunderstorm happens around the regions where the echo intensity is above 40 dBz,or in the regions where the echo intensity is approximately 30 dBz.The CG lightning of the summer thunderstorm mainly occurs in the regions where the echo intensity is above 40 dBz.In developing stage of the strong thunderstorm cloud,CG flashes are mainly distributed on the side of the stretching direction of the storm,and they can be the guidance of the radar echo.Most of the CG flashes happen in the vertical wind shear area.

cloud-to-ground lightning;radar echo;thunderstorm;dynamic characteristics;thermal characteristics

(责任编辑：孙宁)

Influence factors comparing of thunderstorm between spring and summer in Nanjing

SUN Zhe,WEI Ming

NanjingUniversityofInformationScience&Technology,KeyLaboratoryforAerosol-Cloud-PrecipitationofChinaMeteorologicalAdministration,Nanjing210044,China

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130823001

*联系人，E-mail:mingwei@nuist.edu.cn

引用格式：孙哲,魏鸣.2016.春季与夏季两次雷暴大气结构及地闪特征对比[J].大气科学学报,39(2):260-269.

Sun Z,Wei M.2016.Influence factors comparing of thunderstorm between spring and summer in Nanjing[J].Trans Atmos Sci,39(2):260-269.doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130823001.(in Chinese).