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Reprint 736 利雷率臨 黎 2007 年年 2007 年 11 23-25 中国气象学会 2007 年年会 (分会场编号:S1) 利用等温雷达反射率的闪电临近预报方案 杨汉贤 黎守德 ( 香港天文台 ⋅ 香港 ) 摘 要 本文旨在介绍一个建基于雷达数据的闪电临近预报方案。方案主要建基于对流云起电和电荷分离的一个简单概念模型，透过雷达观测识 别出以下闪电启动的前兆特征：(i)在零度或以下等温层上的雷达反射率偏高，表示有湿软雹存在；(ii)回波顶偏高，暗示有强大上升气流； (iii)垂直累积液态水明显较多，表明存在充足的云水，有利云冰及软雹形成。要反演等温面上的雷达反射率，需要实时的大气温度场的三 维结构，资料来自每小时更新的LAPS (Local Analysis Prediction System)温度场分析。 初步研究结果显示，当上述的重要雷达参数超越某些阈值时，闪电的启动可作为一个双位开关式的过程处理。在香港及其邻近地区，回 波顶高于7公里、垂直累积液态水多过5毫米、零度等温雷达反射率超过47 dBZ、负10度等温雷达反射率超过17 dBZ、负20度等温雷达 反射率超过0 dBZ，都是未来10至20分钟内出现云地闪电的良好指标。若以闪电次数的对数作为一个闪电强度的度量标准，可发现闪电强 度与上述重要雷达参数有近似线性的关系。利用上述概念模型有业务应用的潜质，我们在 2007 年的暖季作实时试验，探讨其在香港天文台 自动临近预报系统的应用价值。 关键词：闪电，临近预报，软雹，等温面，雷达反射率。 1 引言 雷暴是香港春、夏季及初秋常见的天气现象。过去四十年(1967-2006)，从四月到九月，香港 天文台平均每月有5.6天录得雷暴。在低压槽或西南季候风等活跃天气系统附近，积雨云可以连绵 不绝地生成，雷暴影响的范围较大及持久。有些积雨云更会结合形成特大的强雷暴。每年夏天或初 秋，在原本天晴的日子，日间太阳的热力亦可能会直接，或透过海风复合而间接激发积雨云生成， 造成雷暴。这些雷暴影响范围较小及短暂。总的来说，香港地区面积细小而雷暴的生成机制却是多 样化，要做出准确的定时定量预测极其困难。香港天文台近年在这方面积极研究，并引进一套珠三 角的闪电定位系统，目的要提升与雷暴相关的监测及预警能力[1-6]。 闪电和雷响是雷暴的特征，更是其它强烈天气的前兆。掌握触发闪电的关键物理过程，预测闪 电的发生，有助预报员尽早发出雷暴警告。文献[6]提出了一个建基于积云闪电概念模型，结合雷 达及数值模式数据的闪电临近预报方案。本文旨在介绍这个方案,并透过一些案例来讨论这方案在 业务应用上的价值。 2 闪电概念模型 根据Byers与Braham在1949年所提出的经典雷暴生命周期模型[7]，以及近期Zajac与Weaver对 模型的扩充[8]，我们把积云闪电过程简化为以下四个演化阶段： （i） 浅积云（shallow cumulus）； （ii） 塔状积云(towering cumulus)； （iii） 成熟积雨云(mature cumulonimbus)； （iv） 衰变积雨云(decaying cumulonimbus) - 1 - 在每一个演化阶段中，垂直运动、微物理过程以及电荷分布都各有不同。文献[6]及[8]有详细 的描述，在此不赘。总括来说，最关键的物理过程有以下5点： （一） 在低于摄氏 0 度的高空中，出现冰晶及软雹（霰），而后者对积云初次放电有指示作 用[9]； （二） 在强对流环境中，冰晶与软雹互相撞击，产生电荷，前者带正电，后者带负电；