s波段双偏振多普勒天气雷达对一次局地强雷暴过程的探测分析

YANG Lei,HE Hongbing, YANG Bo, et aLDetection and analysis of a strong Weal thunderstorm by S-band dual-polarization Doppler

weather radar.Dournal of the Meteorological Sciences, 2019,39(6) $786-796.s波段双偏振多普勒天气雷达对一次局地

强雷暴过程的探测分析杨磊贺宏兵杨波孟鑫

(国防科技大学气象海洋学院，南京211101)摘要为提高双偏振天气雷达雷暴监测预警能力，探究雷暴活动过程雷达偏振信息特征及雷

暴内部微物理过程，利用S波段双偏振多普勒天气雷达，结合地面大气电场仪和闪电定位系统资料 对2015年8月31日发生在南京地区一次局地强雷暴过程进行了分析。主要利用体扫数据获得雷

暴单体内部垂直剖面(Veticcl Cross Section, VCS),同时结合模糊逻辑算法进行粒子类型识别，得

到多个偏振参量和雷暴云内部粒子类型的垂直分布情况，进一步分析得到各偏振参量和粒子分布

随闪电活动的演变规律。结果表明：在-15 °C高度层以上冰晶区域出现Edo的负值区与闪电活动

具有很好的相关性；雷暴云中霰粒子的分布变化同闪电活动演变同步很好,在一定高度霰粒子的 出现可以用来对雷暴进行预警；雷暴云中低层存在强烈的辐合上升区，利于霰和冰晶碰撞非感应

起电和闪电的发生。关键词双偏振天气雷达；雷暴；霰粒子；非感应起电分类号：P427.521 doi：10D969/2019jms.0008 文献标识码：ADetection and analysis of a strong local thunderstorm by

S-band dual-polarizahon Doppler weather radarYANG Lei HE Hongbing YANG Bo MENG Xis(College $ Meteorology and Oceanography, National University of Defense Technology, Nanjing 211101, China )Abstraci In ordar to tha thunderstorm monitoOng and early waning capability of dual-polaOzation weathar radvr, and to explore tha radvr polaOzation infoonation charvcteOstics and micro physical prveesso insida thundosO/ms duOng tha process, an analysis of a Wccl strong thundosO/m

occurred on August 31, 2015 in Nanjing area was ccrOed out by using S-band dual-polaOzation Dopplar

weatheeeadaecombined with theeaecteicoiead miaand aightningaocation ;ytem data.Theevoaution aaw

oopoaaeiaation paeameteesand paeticaedisteibution aaongwith theaightningactivityweeeobtained, mainay using tha voluma seen data for thundosh/m cell intond Veticcl Cross Section ( VCS) and tha fuzzy loyic algorithm for identifying tha paticlv typo. Tha andysis results show that thera was a good correlation between tha K

and changeoogeaupe paetoceson thundeestoemsweeewe'syncheonoaed woth theevoutoon oooghtnong

actovotoes, and theoccu enceoogeaupe paetocesataceetaon heoghtcan beused ooeeaeywaenongoo

thundeestoems.Theeosongsteongconveegenceaoneon 'ow-eve oothundeestoemswasconducovetothe coosoon oogeaupe woth oceceystastothenon-onductovechaegongand 'oghtnongoccu eence.Key words dud-p/aOzation weathar radar; thundosh/ms； graupO; non-inductive charging收稿日期！ Received) ：2018-05-02；修改稿日期！ Rvised) ：2019-04-09基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目(41305017)；中国博士后科学基金资助项目(2016M592993)通信作者！ Corresponding author):杨波(YANG Bo). snihcyb@126.com6期杨磊，等:S波段双偏振多普勒天气雷达对一次局地强雷暴过程的探测分析787引言雷电以其严重的破坏性,20世纪末已经被联合

国列为*最严重的十种自然灾害之一”,一直是国内 外气象工作者关注的热点。由于雷暴云中起电机

制、电荷分布的复杂性及闪电活动的短时性,使对

雷暴进行精确的临近预报非常困难。天气雷达作

为雷暴主要探测工具之一,不但具有较高的时空分

辨率，还能获得反映雷暴云宏观特征的强度、速度 和谱宽信息，以及差分反射率因子Zdr）差分传播相 位常数E高了雷暴探测预警的准确性。国内外学者利用天气雷达在雷暴探测预警方 面进行了大量的研究。Caylor,et ad1（认为与闪电相

关的雷达回波特征主要是基于在云中电场的作用 下冰晶粒子改变了原有的水平排列，倾斜角度超过

45。,有的甚至是垂直，观测表明K的指示云中电场。Zrnic ,X ad2（指出K雷暴云的顶部产生负值区域，而Z明显。李芳等'3（通过对南京地区两次雷暴过程的 分析,得到南京地区雷电识别最佳指标为：40 dBZ回

波达到-10 n层结高度，回波水平梯度%4 dBZ/km。 王飞等'4（通过对北京地区20个单体过程进行综合

分析，结果表明40 dBZ是比较适合该地区雷电预警

的一个雷达回波特征参量;在此基础之上，将0 n层

结高度作为基础特征高度,并结合-10 n层结高度 和强回波所占比例对孤立单体的雷电发生进行综

合预警是一种较为接近实际应用的方法。魏雪 等'5（得出适合于江苏地区夏季（6—8月）雷暴预警

的因子：40 dBZ回波强度发展到7 km高度及以上，

垂直液态水含量（VIL）值达到25 kg-m-2,风场在雷 电发生前多表现为强烈的辐合上升运动，回波顶高 在雷电发生时均在9 km以上。崔丹等'6（对一次中 尺度强对流的雷暴云的闪电过程分析得到:闪电发

生前后，对流云上部的差分传播相移常数E反射率因子Z南飕线的闪电活动及其与降水结构的关系研究表

明：总闪电频数和冰相降水含量之间表现出非常密 切而稳定的关系。孙自胜等'8（对比分析了闪电定

位资料和雷达回波资料,得出来了雷达产品的4个

回波参数同地闪频数的相关性。不难看出:利用双偏振雷达进行雷暴探测具有

明显的优势，但是国内基于偏振参量及雷暴内部微

物理过程进行的雷暴探测预警研究还相对较少，并

且由于国内S波段双偏振天气雷达布站少，基于S 波段的研究就更少且并没有形成确定性的结论。 为了充分利用S波段双偏振雷达的优势，本文结合

地面大气电场仪和闪电定位数据，对2015年8月 31日发生在南京地区的一次强雷暴过程进行分析,

探索雷达部分偏振参数及云中粒子的类型和分布

随闪电活动发展的演变情况，为双偏振雷达在强对

流闪电预报中进一步的应用提供支撑。1天气概况与资料1.1天气概况2015年08月31日南京地区发生了一次局地

的强雷暴过程，此次过程伴有短时强降雨，并造成

地面监控、室内网络设备等损坏。图1表示南京探 空站（站点代码：58238；32°N,118°48'E）08 月 31 日

08时的探空曲线，其中绿色和蓝色曲线为层结曲

线,红色曲线为状态曲线,0 n、-10 n、-15 n以及

-20 n温度层对应的咼度分别约为4 423、6 353、

7 162以及7 630 m，抬升指数（LU为-1.26 n ,对流

有效位能（CAPE）为704. 8 J-kg1,由此可推断大气

层结处于不稳定状态，具有发生强对流的动力、热

力和水汽条件。图1南京探空站2015年08月31日08时的探空曲线Fig.1 The sounding curve of Nanjing sounding station at08 ：00 BST on 31 August 20151.2资料来源及数据处理本文利用S波段双偏振多普勒天气雷达资料,

结合大气电场仪和闪电定位系统资料对雷暴过程

788气 象 科 学39卷进行特征分析。其中，大气电场仪安装位置如图2

所示，该设备能够对站点20 km以内的大气电场和 变化情况进行监测,电场曲线幅度的突变表明有闪

500 km范围内的对流过程进行实时监测。为更好

地对本文选取的局地雷暴单体进行针对性探测,分

析其垂直结构，探测过程中采用体扫和RHI扫描相

电发生,而曲线的震荡频率表明了闪电的剧烈程 度;闪电定位资料来自于江苏省ADTD闪电定位系

统，该系统由16个站点组成,采用定向时差联合法

结合的策略，具体的雷达技术指标及扫描策略参数

如表1所示。为提高分析的准确性，对所获雷达数

据进行预处理:一是滤除10 dBZ以下的弱回波，并

对闪电进行定位，系统标称的定位精度为300 m,实

际定位精度在几百米到1 km以上，其精度能够满足

结合对稳定性层状云降水的垂直观测对［r值进行 系统修正;二是利用体扫数据通过插值处理算法获

本文的分析需求。本文将不同时段闪电定位数据 投影到标记有大气电场仪和雷达具体位置的地图

得体扫模式下雷暴单体中心的VCS结构,以便分析 雷暴内部的微物理过程与闪电活动的关系，不足之

上，可以更加准确清晰地讨论雷达数据和闪电数据 在时间及位置上的匹配关系。S波段双偏振多普勒天气雷达是由成都锦江电

处是由于观测仰角较为稀疏，使得部分结构特征被 平滑掉;三是利用模糊逻辑算法9-10］识别雷暴单体 内部的粒子类型，用于分析雷暴不同发展阶段的内

部粒子分布特征,识别流程如图3所示。针对以上

'子系统工程有限公司研制的我国第一部具有双发 双收功能的新型天气雷达，架设在江苏漂水，站点

海拔为232 m,具体位置如图2所示，该雷达能够对

粒子相态识别算法，本文对多次典型天气过程的云

中粒子进行了识别，得到结果较为合理可信。表1雷达相关技术指标及扫描策略参数Table 1 The techniccl specifications and sccnning stratexy of S-band dual-poWOzation Doppler weather radar雷达技术指标体扫模式（14层）RHI波长 波束宽度发射机峰值功率仰角\"°）0. 5、1.5、2.4、3.4、4. 3、脉冲重复频率脉冲宽度体扫库长单个体扫时间仰角范围104. 2 mm 0. 94。650 kW5. 3、6. 2、7. 5、8.7、10. 0、1 000 Ho1 #s150 m8 mon0° 〜30°12. 0、14. 0、16.7、19. 5刻雷达RHI回波图10〜50 km水平距离范围出现明

显的零度层亮带，对应粒子识别结果如图4b,基本 呈现固态粒子层、混合层和液态粒子层的三层分布

模式，同温度层结吻合较好且符合层状云降水粒子 相态随高度的演变规律。另外，对于2019年1月9

日南京地区一次降雪过程,布设于气象海洋学院内 部的雨滴谱仪从01 ：44开始识别出降水粒子类型为

小到中雪（天气现象代码SYN0P4680 = 71、

SYNOP4677 = 71 或者 SYN0P4680 = 72、SYN0P4677 = 73），并一直持续到下午15时左右，而利用模糊逻

辑算法对07：59时云中粒子识别结果位湿雪（如图 5），与地面观测结果较为一致。图2地面大气电场仪（上边的红色标记）与雷达（下边的红色标记）的具体位置Fig.2 The location of the ground atmospheOc electvc field instmment

2雷达资料与闪电过程对比2.1雷暴过程概况通过观察雷达在13 ：22以前的3个体扫回波, 发现在方位角约335。，距离雷达约53 km处有单体

生成（如图6a所示）,单体正好处于大气电场仪的

（the red logo above） and radar\" the red Wyo below）例如，对2014年6月1日南京地区发生的一次 大面积混合型降水过程进行识别分析，根据南京站

08时（北京时,下同）的探空数据得知，当日0 n层结

测量范围。由后续跟踪探测可知，正是此单体的发

高度为4 830 m, -10 n层结高度为6 973 m,-15 n

层结高度为7 787 m。如图4a所示，在11 ：53 ：33时

展成熟造成大气电场仪测站范围内连续的闪电发 生，本文主要以该雷暴单体为研究对象。6期杨磊，等:S波段双偏振多普勒天气雷达对一次局地强雷暴过程的探测分析输入参数1==^模糊化（隶属函数）1==^规则判断（IF-THEN）匸=> 集成（最大集成法）1==^退模糊1==^粒子类另J7毛毛雨 小到中雨 大雨 干雪 冰晶 湿雪 干霰 湿霰小湿雹 大湿雹 雨雹图3模糊逻辑算法识别雷暴云内粒子流程Fig.3 The flow chart of fuzzy logic algorithm for thunderstorm hydrometeor identification8

悝*

4

0

706055504035302520151050

128430 60 90 120 150030 60

距离/km90距离/km1A2050毛毛雨

小到中 雨大雨干雪冰晶湿雪干霰湿霰小湿雹大湿雹 雨雹

图4 2014年6月1日11：53：33时刻的RHI回波图：(a)Zh ；( b)粒子识别结果Fig.4 The RH【echo at 11 -53 ：33 BST on 1 June 2014: ( a) ZH ； ( b) the hydrometeor identification results12

粒子分类務雨中 嚮I琢

曲线波动逐渐增强，对应闪电活动也进一步加强,

并在14： 15和14：23两个时刻达到电场幅度峰值, 对应图6两条红线所示，说明雷暴单体发展成熟，闪

8鬆勰

电活动剧烈;14：30之后电场曲线剧烈振荡,对应有 高频次的闪电发生，但是通过雷达资料分析得知

雹雹

4（图6b）,因为在所选单体的西侧有新的单体生成,

并进入大气电场仪的测量范围，出现新的的闪电区

018 36

距离/km72 90域，对所选的单体所产生的大气电场变化测量结果

产生影响，因此图7中阴影部分电场曲线不作为本

图5 2019年1月9日01 ： 14时粒子识别结果

Fig-5 The hydrometeor identification results at

01 -14 BST on 9 January 2019文分析的内容。对应以上过程，闪电定位系统每间 隔十分钟所测得的位于电场仪测站范围内的闪电

此次雷暴过程大气电场仪测得电场曲线如图7 所示,13：34之前地面大气电场曲线无明显波动,并 未有闪电发生，直到图7中绿线所示13 ：35曲线开 始跳动且闪电定位系统测到首次闪电出现，此时雷

频次统计结果如图8所示,可以看出在雷暴初生、发

展阶段都与电场仪分析结果相吻合，并且在14 ：40—

14：50闪电频率达到峰值，闪电次数达到66次（其

中65次负地闪，1次正地闪），此后迅速减小，15时

之后仅有一次闪电发生，说明雷暴消亡。另外，将 闪电数据加载到地图上（图9）,对比14：01—14 ：30

暴单体处于初生期，闪电次数较少；之后大气电场

790气 象 科 学dBZ39卷1706055■ 45If图6 2015年08月31日(a) 13：22和(b) 14：30时的雷达［日回波图(a中红色箭头所指为本文研究单体;b中红色箭头所指为新生单体)

Fig.6 The radar echo oi ZH at ( a) 13 ：22 BST and ( b) 14：30 BST on 31 August 2015(red arow in a monomer for the research oi this paper in a ； red aoow in a monomer for the new one in b)13：0013：1513：3013：4514：0014：1514：3014：4515：0015：1515：3015：4516：0016：1516：3016：4517：0017：1517：3017：4518：0018：15图7观测区域2015年8月31日地面大气电场曲线Fig.7 The atmosphoic electric field cuove oi the obseovtion aev on 31 August 20157060测氾围，如图中红色圆圈位置。对比雷达资料，整个雷暴过程共获得7个体扫

§蠢

s

50数据（分别为 13 ：22、13 ：29）13 ：36、13 ：59）14 ： 15、 14 ：23和15 ：04时刻）,23个RHI数据。分析由体扫

圣

30数据获得的VCS（本文中所有VCS图的横坐标均为

20截取了沿雷达径向30〜90 km的一段距离，横轴距

lo­

离并不表示距离雷达的实际距离,如此可以更加清

13：30 14：00 14：30 15：00 15：30o­ts： 00北京时晰地展现回波的细节特征）回波和RHI回波的高度 及强度发展情况，得出雷暴的初生、成熟及消亡同 闪电资料的分析结果相当吻合,具体情况如下文 所述。图8每10 min间隔的地闪数量分布Fig.8 The number oi fashing in ever ten minutes intema-和14 ：31—15 ：00两个时间段，可以发现14 ：30之后

在西侧明显有新的闪电区域进入大气电场仪的监2・2雷暴初生阶段通过分析13 ：22以前的3个连续体扫回波，确6期杨磊，等:S波段双偏振多普勒天气雷达对一次局地强雷暴过程的探测分析791(b)二昨童南京市+iSUl农场岛岗林场-QL1I決岗林场才林境 \\咸田衣场辿岗农场\"紳A勵料五M场SfcilW再01林场任星林场乌鞍山市®ia甫」M乌蔽山市'\"SiUtwatHdjtH? '•东尿5^«华M林场«8山林场HliliW华弼场图9 2015年8月31日两个不同时段的闪电定位数据：(a# 14：01—14：30)(b) 14：31—15：00

(蓝色“ _+表示负闪发生的位,红色“ + ”表示正闪发生的位置，右图的红色圆圈表示新的闪电区域)Fig.9 The lightning location data of two diUerent periods of hmo on 31 August 2015 at： (a) 14 ：01 BST一14 ：30 BST, (b) 14 ：31 BST一15 ：00 BST

(blue * 一\" said neyatWe flashing position, red * +\" said positive flashing position , the red circle in the right fig raid the new flashing area)定大气电场仪测站范围有单体生成，并且发展迅 速。如图10是13 ：22）13 ：29和13 ：36 3个时刻的 VCS图，图10a1表示13 ：22单体水平反射率因子

Zh首次出现40 dBZ以上的强回波，但是强回波范

b5、c5所示，其速度场在13 ：36首次出现中低层辐

合配置。2.3雷暴成熟阶段首次闪电以后雷暴迅速发展，闪电频率逐渐增

围很小且高度在0 n层高度以下，回波顶高也在- 10 n层以下，表明雷暴单体初生；图10b1、C1给出

加，测站范围内的大气电场幅度在14 ：15和14 ：23

两个时刻达到峰值,闪电频数也在14：42达到最大,

了随后两个体扫周期的回波垂直结构,Zh值明显增

说明这段时间雷暴已经发展成熟。对比分析13：59、

14：15和14：23 3个时刻的雷达参量和粒子分布情

大，强中心的高度也上升很快，说明对流发展旺盛,

当13：35检测到首次闪电之后，随即13：36体扫回波

况（图11）,可以得到：回波强中心均达到50 dBZ以

中40 dBZ以上的强中心首次突破-10 n高度层。 图10a2、b2、c2为Z部都具有较大值，最大达到3.0 dB以上，随高度增

上,40 dBZ强回波区突破-10 n高度层;0 n层以下

的强回波对应大雨和中雨，并且强度越大雨越大，

Z加z负值区，回波上部为0-0.5 dB的小值区；当13：36 首次闪电发生时回波上部的Z则具有很明显2.0-3.0akm的强中心；高于0 n层

时,识别出大量的霰粒子和干雪，对应Zdr较小，回

波上部的冰晶粒子与E大。如图10a3、b3、c3,差分传播相位常数E层存在大面积的速度辐合区域。2.4雷暴消亡阶段在雷暴发展成熟之后,为更好地观测雷暴单体

回波的垂直结构，雷达调整为RHI扫描，持续观测

波上层出现了-1.5~0akm的负值区，当有闪电发

生时，此负值区高度突破-15 n高度层。图10a4、 b4、c4是利用模糊逻辑算法进行粒子识别的结果,

约25 min后，回波特征发生连续衰减，由此判断从

14：48左右雷暴单体进入消亡阶段，并于15 ：04彻

前两个时刻0 n层以下主要是小到中雨，0 n层以

底消亡。如图12,从14 ：49、14 ：53和14 ：56 3个时 刻的RHI图不难看出,40 dBZ在以上强回波面积逐

上主要为湿雪和冰晶，并有少量过冷水的存在，13 : 29出现少量的霰粒子，此时并没有闪电发生;在13 :

渐减小，强中心高度降到0 n层以下，回波顶高也持 续回落，从12 km以上降至9 km左右直至最终消

失;识别出来的霰粒子数量减少并降落到0 n层以 下，冰晶和干雪区域的Zdr结构变得松散,E36,监测到首次闪电以后，霰粒子的区域明显增大,

分布于-5--15 n高度层，在-10--15 n层呈现湿 霰粒子和冰晶等多种粒子的混合区，而低层主要为 大雨区；另外，3个时刻冰晶区域都同Zdr小值区

Edp负值区重合。随着对流单体的发展，如图10a5、

小,0 n层以上的液态水含量也逐渐减少，中低层的79220 16 12 8

气 象 科 学2039卷161284020 16 12 8

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11 23 35 47 59201612243961dB^^H ■ ^—^1

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243961.50332.52.O1.50100.52 .25O.O01.15. 0Z5203.53.<.5 -320161284020

16 12 8

201612Pr8一r一」一15H一 ；■! 一 厂10」O厂I--；- —

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592016128m^s-1I -21.6■ -18.9 -16.2■ -13.5■ -10.8■ -8.1-5.4-2.7-0.0逬■ 10.8■ 13.5■ 16.2■ 18.9距离/km图

o

2015年8月31日不同时刻的［h/dr、KFig. 10 The VCS o- Zh,Zdr ,Kdp ,paticlo identification and velocity field at deferent times on 31 August 2015 at:(a1—a5) 13：22BST； (b1—b5) 13：29 BST； (c1—c5) 13：36BST6期20杨磊，等:S波段双偏振多普勒天气雷达对一次局地强雷暴过程的探测分析Reflecivity7079316 12 8 4 0

16012

20 16 12 8 4 0

.O-L-i24 36 48060

5550403530252015105一533.52.02.51.01.50.00.52 .2-O5-O0-L5-10.- 25C-40-5­3.3.<-3- .5

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12 24

距离/km36 距离/km4860图 11 2015 年 8 月 31 日不同时刻的 Zh、Zdr、Kdp、粒子类型和速度场的 VCS：(al—O) 13：59；(bl—b5) 14：15；(cl—c5) 14 ：23Fig. 11 The RHI of Zh ,Zdr ,Edp , particle identification and velocity field at diUemnt times on 31 August 2015 at：(al—a5) 13：59 BST； (bl—b5) 14： 15 BST； (cl—c5) 14 ：23 BST79420 16 12 8 4 0

气 象 科 学2039卷20Reflecivity161216128mw

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3分析与讨论闪电的发生基于云中电场达到大气击穿阈值,

而电场的建立同云中粒子相态及微物理过程密切

同步，具有很好的指示意义。此次雷暴过程单体内 部粒子识别的结果为:底层为雨滴,上层为冰晶,霰

粒子出现在中间。其中，霰粒子分布顶高同闪电频 数的对比如图13所示，首次闪电发生于13 ：35,位

相关。目前，被普遍接受的雷暴云内部的起电机制

是非感应起电机制,它认为冰晶粒子与霰粒子相互

于首次识别出霰粒子的体扫周期之内；随后闪电频

发过程对应霰粒子顶高均突破-10 n层且分布面积 较大,而当霰粒子分布减少且高度回落到0 n层以 碰撞以后,各自携带不同的电荷，较轻的冰晶在上

升气流的作用下被带往云体上部,较重的霰粒子则 在重力的作用下沉降聚集到云体的下部,不同的荷

电区域从而形成足够大的云中电场,进而产生闪电&通过以上局地强雷暴单体3个阶段的雷达回波

结构的分析发现:强度40 dBZ以上的回波首次突破

-10 n高度层即监测到闪电发生;在雷暴发展成熟、

闪电频率逐步增大到峰值的过程中-10 n高度层以

上大于40 dBZ的强回波始终保持较大面积;而当回

波强中心减小，高度低于-10 n层以后，就鲜有闪电 发生;这说明李芳等'3（将40 dBZ回波达到-10 n层

结高度作为南京地区的雷暴识别指标较为合理&由理论分析可知,偏振参量能够反映粒子的相

态、尺寸和空间取向等，其中,Zdr对粒子的尺寸和轴 比较为敏感'11］，而Ep主要取决于目标的液态水含

量和排列方式'12（&此次雷暴，有闪电发生的时间

段，回波上端-15 n层结以上始终存在e而粒子识别的结果为冰晶区域，较为干燥,表明了

在云中强电场的作用下质量较轻的冰晶粒子呈垂 直排列;成熟阶段,0 n层结附近Edp的强中心与大

雨区的匹配较好，这是因为大雨区对应的液态水含

量较大，而分布于冻结层以上的Edp大值区虽然对 应粒子识别结果为霰粒子，但从液态水含量大是

Edp增大的主要原因方面说明有大量过冷水同时存

在，总体而言E增大而减小，这是因为低层多为液态水，体积和质 量较大且呈扁平状，随着高度的上升粒子尺寸和质

量减小,液态粒子逐渐相变为固态粒子的同时排列 方式也易受到周围电场的影响；但是，无论是否伴

随有闪电发生，在Zdr图上,回波上部对应粒子识别 结构为冰晶的区域，其值始终较大面积为小的正值

区和局部负值区，对闪电发生指示性不够明显。比

较而言,Edp对于冰晶粒子垂直排列的敏感度要强于

Z5（的研究都表明

下时闪电基本结束。这是因为，霰粒子顶高突破

-10 n的阶段对应速度场在中低空的辐合配置，强

烈的上升气流可以将大量的水汽抬升至0 n以上,

甚至-10 n左右形成大范围的过冷水区，加速淞附 增长形成霰粒子的过程，同时强烈的上升气流可使 霰粒子继续向上运动并与冰晶发生碰撞,各自携带

不同极性的电荷，然后在重力机制的作用下相互分

离，形成强电场，从而触发闪电；中低层的辐合风场 为霰粒子的增长和运动提供了动力，而霰粒子运动

到-10 n层以上则加快了非感应起电，因此闪电频

率较高;当中低层速度辐合场消失，霰粒子分布也

随即下降，闪电停止。以上分析说明，闪电发生在 单体将水汽抬升到生成霰的混合区的的短时间之后，并且霰粒子的分布情况能够用来反映闪电活动 的激烈程度，进一步地证明了 Bruning, at al'⑶的结论&101009908807706050403302201100013：30 13：45 14：00 14：15 14：30 14：45 15：00北京时图13霰粒子分布高度同闪电频数对比Fig.13 The height of graupci distribution comparedwith lightning frequency4结论本文通过s波段双偏振天气雷达资料,结合闪

电资料对2015年8月31日南京地区的局地强雷暴

单体个例进行了详细分析,得出的一些雷达回波结

796气 象 科 学39卷构以及粒子分布特征与闪电活动的发生、演变具有

很好的相关性。具体结论如下：(1) -15 °c高度层以上冰晶区域E子的排列更加敏感,Ep的负值区反映了粒子的垂直 排列，进一步指示有强电场的存在，可以作为闪电

监测的指标。(2) 雷暴云中霰粒子的分布变化同闪电活动演 变同步很好，在一定高度霰粒子的出现可以用来对

雷暴进行预警，同时，验证了霰与冰晶碰撞非感应

起电机制。(3) 雷暴云中低层存在强烈的辐合上升气流，

对于促进非感应起电和维持闪电较高的发生频率

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