引言

雷暴一般伴有阵雨，有时则伴有暴雨、大风、冰雹、龙卷等天气现象。通常把只伴有阵雨的雷暴称为“一般雷暴”，而把伴有暴雨、大风、冰雹、龙卷等严重的灾害天气现象之一的雷暴叫做“强雷暴”^[1]。雷暴，特别是强雷暴以其强大的电流、炙热的高温，以及强烈电磁脉冲使其在瞬间产生巨大的破坏作用。全球每年因雷电导致的火灾、爆炸所造成的人员伤亡事件发生频繁，并带来重大财产损失。从建筑物、油库、供电系统、通信系统、计算机信息系统，直至家用电器都可能受雷电灾害严重威胁。为此雷电灾害已被联合国有关部门列为“最严重的十种自然灾害之一”。

雷暴灾害天气预报仍是气象预报中的难点。国内外许多气象工作者开展了一系列的、有针对性研究^[2-14]。到目前为止，多数气象科研人员主要是利用人工雷暴观测资料分析一定地域的雷暴的时空分布特征及长期变化趋势。最近几年一些科研人员提出了许多新方法。冯桂力等^[3]综合利用闪电定位资料、雷达和卫星资料，详细分析中尺度对流系统的闪电活动特征；辛吉武等^[10]研究了海南儋州1971—2000年雷暴天气气候特征，得出了儋州年雷暴日数年代际变化呈线性下降趋势，但二阶滑动平均变化趋势为先减后增的结论；蒋大凯等^[11]分析出强雷暴天气过程中, 暴雨和冰雹过程均出现地闪密集区；漆梁波等^[12]对雷达回波发展特点进行分类，认为回波移速移向与地面弱切变和500 hPa风的方向有关联。

洪泽湖是我国第四大淡水湖，位于淮河流域下游，河网密集，是暖温带和亚热带过渡地带，冷暖空气活动频繁交汇，多雷暴灾害。根据刘梅等^[2]对江苏省雷暴天气分布研究，洪泽湖周边地区是江苏省雷暴多发区之一。每年因雷击造成设备瘫痪、财产损失，甚至有人员伤亡事故发生。随着洪泽湖地区国民经济的高速发展和城市化带来高层建筑的增多，强雷暴灾害天气造成的经济损失和危害程度越来越大。为此总结洪泽湖地区强雷暴天气的发生规律，研究强雷暴天气产生环流背景, 分析其雷达回波特点，对改进和完善洪泽湖地区雷电监测和精细化预报都具有一定的理论指导意义。

1 资料及统计说明

利用位于洪泽湖滨的洪泽县气象站1980—2009年30年逐日地面观测资料中有关强雷暴的观测记录(包括纪要中的记录)进行分析，分析了洪泽湖地区的强雷暴气候特征。在资料统计时，一日之内发生一次或数次强雷暴的只作为一个强雷暴日。根据中国气象局对我国降水等级划分标准，暴雨是指12 h内降水量为30.0~69.9 mm，或24 h内降水量为50.0~99.9 mm。实际气象服务中常会遇到降雨量虽未达到上述标准，但因降水时间短，雨势强，也会带来洪涝灾害，为此结合钱贞成等^[15]对暴雨的界定标准，文中强雷暴伴随的暴雨，指1 h的雨量为16 mm或以上的雨；或12 h的雨量为30 mm或以上的雨；或24 h的雨量为50 mm或以上的雨。大风是指瞬时极大风速≥14.0 m·s^-1。由于洪泽县气象站是国家一般气象站，夜间(20—08时)只记录天气现象，不记起止时间，为了更好地反映强雷暴持续时间，运用江苏省气象信息平台储存的2005—2009年共50个强雷暴回波统计起止时间，最大回波强度达到35 dBz时，作为雷暴开始时间，因为一般只有积状云的回波才达到35 dBz及以上，当最大回波强度小于35 dBz时，为雷暴结束时间；当最大回波强度达到55 dBz及以上时间，为强雷暴成熟时间。

2 强雷暴天气的气候统计特征 2.1 强雷暴的年际变化特征

1980—2009年30年共出现雷暴日数899 d，而强雷暴日共240 d，不到4个雷暴日就出现一次强雷暴，年平均强雷暴日8.0 d。年强雷暴日数最多的年份出现在2005年，为15 d。次多年份为1980年和1987年，都是13 d。年强雷暴日数最少的年份是1990年和1994年，均为4 d，年总强雷暴日最大值是最小值3.75倍，可见年强雷暴日数相差非常大，但年强雷暴日数变化也是有周期性的。通过Morlet小波功率谱(图 1)分析，30年强雷暴年代际表现出显著的准2.4、9.5年的准周期变化特征。从图 2二阶滑动平均趋势来看，30年洪泽湖地区年强雷暴日数呈现先下降后上升趋势，即1980—1989年是波动下降趋势，2000年开始呈现波动上升，其中1980—2000年21年年代际二阶滑动变化趋势与辛吉武等^[10]分析海南儋州同时段雷暴变化趋势几乎一致。在30年240 d强雷暴日中，伴有大风灾害天气的有131 d，最强的一次大风过程瞬时极大风速达到26.0 m·s^-1；伴有暴雨灾害天气的有126 d，其中2007年7月1日出现149.0 mm大暴雨天气；伴有冰雹的有7 d，最强的冰雹过程出现在2005年8月10日, 冰雹持续时间30分钟, 最大冰雹直径达30 mm；伴有龙卷灾害天气的仅出现1 d。其中伴有两种及以上灾害性天气现象的有23 d，同时伴有三种灾害性天气的只有1 d，出现在1984年6月4日，该强雷暴日相继伴有冰雹、暴雨和大风三种灾害天气出现。

2.2 强雷暴的月际变化特征

通过对洪泽湖地区30年平均逐月月平均强雷暴日数分析，月平均强雷暴日数呈单峰型，强雷暴集中出现在6—8月，占全年强雷暴日数的72.5%，最大值出现在7月，有2.8 d，其次是8月，为1.8 d，6月1.2 d，3—5月和9—10月为少强雷暴期。1—2月和11—12月无强雷暴日。强雷暴日最早初日是3月4日，出现在2007年；最晚初日是7月18日，出现在1990年。强雷暴初日出现在3月最多，为9年，其次是4月；出现在6月和7月最少，都是3年。强雷暴最早终日是7月21日，出现在2006年；最晚终日是10月25日，出现在2000年。强雷暴终日出现在8月最多，为16年，出现在7月最少，为4年。

2.3 强雷暴的持续时间及日变化特征

根据2005—2009年50个强雷暴回波统计(表 1)，持续时间不到1小时的，为26个，超过一半；80%的强雷暴持续时间在2小时以内；强雷暴的持续时间在4小时以上的，仅1次，占总数的2%。统计还发现强雷暴出现在午后至傍晚的，一般持续1小时左右。

强雷暴的日变化呈现双峰型特征, 第一波峰出现在凌晨04—06时，占总强雷暴日的24%，08时强雷暴发生的频次明显下降，到14时发生的频次又明显上升，14—16时出现第二次波峰。与我国大部分地区雷暴天气发生概率最大的时段为午后有差异，这是由于洪泽湖地区特殊下垫面产生的湖陆风环流造成的。陆汉诚等^[16]认为：在大陆内部，湖面与其周围陆地之间，也存在着由湖陆效应引起的湖陆环流。在有利于对流天气出现的大尺度天气环流背景下, 夜间由于洪泽湖四周陆地辐射降温大于湖面，造成水平温度梯度差，使洪泽湖面气压低于四周陆地，由此在沿湖岸四周近地层形成了湖陆风辐合环流，加强了低层扰动，触发了不稳定能量的上升运动，当高空冷气流输送到湖面弱低压上空时就触发强雷暴天气发生。根据对洪泽站2007—2009年7、8月份气温日变化分析，日最低气温出现时段在04—06时，由此表明此时水陆温差最大，湖面上空湖陆风辐合环流最强, 致使在这个时段常出现强雷暴天气。朱乾根等^[1]曾明确指出，在华南沿海下半夜，因海陆风辐合抬升会产生暴雨中心，洪泽湖周边在该时段也会因同样物理机制出现暴雨。据统计，5年中，洪泽湖地区在04—06时时段出现的强雷暴，伴有暴雨灾害天气占83%。

3 强雷暴的天气类型和回波特点

根据2005—2009年历史天气实况图对洪泽湖地区强雷暴日天气形势进行分类，主要分为4种天气类型：低槽冷锋型、北方冷涡型、中低空切变(槽)线型、副热带高压型(表 2)。

3.1 低槽冷锋型

低槽冷锋型是指高空(500 hPa)影响系统为明显的低压槽(图 3a)，槽线位于32°~50°N、110°~120°E。中低空(700、850 hPa)也有低压槽，且分别有16和12 m·s^-1以上的急流，洪泽湖地区处于西南暖湿气流控制下，从地面到中高层湿度都比较大；700 hPa槽前有一暖舌，每个强雷暴日850 hPa图上洪泽湖地区均位于T-T_d≤3℃湿舌内，洪泽站前一日地面相对湿度平均值不低于65%。地面槽前冷锋配合东移南下。这种高低层配置，由于冷锋处于槽前正涡度区，槽后有干冷平流，随着强冷平流的南下，促使锋区加强南移。在锋区南移过程中槽前低层不断有暖湿气流输送，加上槽前附近抬升作用，使大气层结不稳定加强，触发了强雷暴天气的发生。这种天气类型多出现在春、秋两季，相应中、低层水汽量不是非常充足，出现强降水天气比较少，主要是伴有大风灾害天气。2004—2009年出现5个此天气类型强雷暴日，仅占总雷暴日的10%，5个强雷暴日只出现大风灾害天气。

这类强雷暴的触发机制是槽前的暖区拢动，雷暴回波源地在山东和河南，呈带状。最大回波强度可达65 dBz，回波强度基本是稳定少变，最大回波高度在14~15 km之间，在大风天气出现10到20分钟前，在垂直积分液态水含水量图上，VIL值常常有明显减小趋势，减小幅度5~15 kg·m^-2。如2009年6月14日16：18 VIL图上洪泽湖地区最大值为65 kg·m^-2，16：30降到58 kg·m^-2(图 4a1)，下降幅度是7 kg·m^-2，16：33出现19.9 m·s^-1西北大风；与王彦等^[14]研究天津雷暴大风产品结论吻合。大风前PUP图上最大负径向速度中心为-63 m·s^-1，到17：12洪泽湖地区仍处于负径向速度值＜-27 m·s^-1范围内(图 4a2)。通过分析发现，回波移向与500 hPa风向一致，与漆梁波等^[12]研究上海局地强对流天气得出的结论相同。回波移到江苏徐州或安徽淮北时，快速向南或东南方向移动，到达洪泽湖一带时仅需2~3小时。强雷暴除带来雷雨大风，还伴有强烈降温和飑线出现。

3.2 北方冷涡型

500 hPa高空图上，40°~50°N、110°~125°E范围内有与冷中心或冷槽(图 3b)配合的并各有一圈以上闭合等高线和等温线的冷涡。在冷涡后的西北气流中有一支西北风速≥24 m·s^-1急流，中低空(700、850 hPa)也分别有16和12 m·s^-1以上的急流和冷涡，急流使中低层垂直风切变加大和对流层中层气流辐合加强。500 hPa冷槽叠置在850 hPa暖脊上，造成“上冷下暖”的不稳定大气层结。北方低涡旋转南下进入山东，表现为地面穿心冷锋，即冷锋从低压中心穿过。当华北低涡南伸槽南摆影响到徐州时，洪泽湖地区就会出现雷暴天气。如果洪泽湖地区附近在低层850 hPa暖湿平流明显，高层500 hPa冷平流强烈，往往会出现强雷暴，并带来大风和暴雨天气，甚至会出现冰雹。2005—2009年北方冷涡天气共出现14个强雷暴日，占总雷暴日的28%。14个强雷暴日中只出现大风灾害天气的有10 d，只出现暴雨灾害天气的有3 d，同时出现冰雹和大风灾害天气的有1 d。尽管北方冷涡型产生的强雷暴日不是最多，但造成的灾害往往很大，特别是对农业, 此时春末初夏正值洪泽湖地区小麦灌浆成熟期，强雷暴带来的大风和冰雹使大片麦田倒伏减产。

强雷暴源地也是在山东或河南，但回波强度更强，最大值可达到70 dBz。回波垂直积分液态水含水量可达50 kg·m^-2以上。当回波顶高在16~18 km之间时就会同时出现大风和暴雨两种灾害天气。回波沿500 hPa风向移到徐州一线时，移动速度迅速增加，通常速度在40 km·h^-1以上，到达洪泽湖地区多在15—18时。回波到达前风向风速垂直切变特别明显。比如2006年6月29日15时27分雷雨大风前，图 4b1可见1.2 km高度有12 m·s^-1西南急流带，近地层风速不超过8 m·s^-1，12—13时2.7 km存在着风向由近地层西南风到西到西北的垂直切变。图 4b2上，1.2 km高度有也12 m·s^-1西南急流带，风向同样存在着从西南到西到西北的垂直切变。

3.3 中低空切变(槽)线型

中低空切变(槽)线型强雷暴出现在盛夏季节午后。高空500 hPa图上无明显槽线(图 3c)，但在35°N以北有偏西气流波动，不断带来小股冷空气补充南下。在中低层(700、850 hPa)31°~35°N之间有切变线或槽线。切变(槽)线南侧有明显暖舌和湿舌，850 hPa上温度露点差都小于3℃，且77%强雷暴日是在2℃以内。洪泽湖地区位于副热带高压中，天气闷热潮湿，地面风力小，呈弱切变或气旋旋转，上冷下暖，使切变线附近辐合上升运动非常强，有利于强雷暴天气产生。还有洪泽湖这个天然大水库，源源不断往高空输送水汽。虽然这种天气类型产生的强雷暴持续时间多在1~2小时之间，但会带来短时强降水，甚至出现30 mm·h^-1以上的短时强降水。5年中低空切变(槽)线型13个强雷暴日出现暴雨天气的有10 d，出现大风天气的有2 d，同时出现暴雨和大风灾害天气的只有1 d。如果切变线在暖舌内，垂直运动得不到发展，就不会产生强雷暴天气。

雷暴源地多数在西部上游皖北，也有极少数是本地生成的。雷达回波向东或东南移动，但移速较慢，每小时移动速度在20~30 km, 在移动过程，形体迅速壮大，发展尤为旺盛，并且会出现“人”字型或“V”型缺口，最大回波强度可达60 dBz以上，但最大回波高度一般不超过15 km, 回波垂直积分液态水含水量值长时间维持在35 kg·m^-2左右。如2007年8月2日16—17时洪泽湖地区出现34.0 mm雷雨，该日回波生成后在东移过程中不断增强，到达洪泽湖地区时发展尤其旺盛，到16时24分最大回波强度达63 dBz(图 4c1), 回波呈弓状，在洪泽湖地区东侧存在横“V”型缺口，回波高度14.7 km(图 4c2)。

这种天气类型出现的强雷暴，因热力抬升起了较大作用，故又称“热雷暴”。

3.4 副热带高压型

进入夏季，随着副热带高压增强北抬，高空500 hPa图上588 dagpm线伸到30°~32°N时(图 3d)，洪泽湖地区位于副热带高压西北边，空气潮湿，500 hPa图上西北地区有低槽存在，此时从高空到低空洪泽湖地区都处于西南暖湿气流中，850 hPa图上有12 m·s^-1以上的急流，急流轴伸到洪泽湖地区，并与温度露点差小于2℃大湿区重叠。地面低压带或气旋自两湖向江淮延伸，非常有利于上升运动，也有利于水汽增加，出现强雷暴和暴雨天气。这种天气类型产生的强降水持续时间长，强度大，降水时间有时会超过24小时, 并出现日降水量≥100 mm的大暴雨。

雷暴来自皖中地区，在4种天气类型雷达回波中，此类型移速最慢，雷暴持续时间较长，可达数小时，甚至10 h以上，但强雷暴成熟时间多在1~2 h。多以多个单体组成的回波带在向东或东北方向移动到洪泽湖一带逐渐增强生成强雷暴。回波垂直积分液态水含水量值多维持在35 kg·m^-2左右，持续时间长，有时在4 h以上，使大量水汽在到达高空之前便凝结成水滴或水珠降落到地面，造成暴雨灾害天气，且回波高度多在12 km以下。例如2009年8月18日的强雷暴，15：06回波移到洪泽湖地区，回波最大高度11.2 km(图 4d1)，VIL值35 kg·m^-2，之后回波在原地少动，强度基本没有变化，到17：12还停留在原地(图 4d2)，但VIL最大值缓慢增加到48 kg·m^-2，17：32 VIL最大值又降到35 kg·m^-2，1 h后VIL才缓缓下降，回波渐渐移出，该日近6 h雷雨过程，降水量达45.6 mm。

如果最高回波高度达到16 km及以上，且低层850 hPa有14 m·s^-1以上风速，会带来7~9级雷雨大风。

4 个例分析

2010年8月5日15：42—18：40洪泽湖地区出现强雷暴天气，雷电强烈且频繁，在近3 h雷暴期间，洪泽县境内电闪次数达1526次，降水量25.2 mm，境内朱坝和三河两个加密站17—18时1小时降水量分别为37.7 mm、35.8 mm，洪泽湖中加密站出现16.6 m·s^-1大风。

8月1—5日洪泽测站连续5天出现高温闷热天气，各日最高气温都在35℃以上，其中4日最高气温37.1℃；各日地面相对湿度平均值均达到72%及以上。5日08时高空500 hPa，在40°N附近西风波动明显，持续不断地带领小股冷空气南下；700 hPa图上，30°~35°N、117°~118°E有一东北—西南向槽线，槽前有16 m·s^-1西南暖湿急流；850 hPa，江苏连云港到江西九江有一东北—西南向槽线，槽前有12 m·s^-1西南急流，洪泽湖地区温度露点差在2℃湿舌内。地面为热带低压倒槽后部的偏南气流。由南京探空站的T-lnp图得知，08—20时K指数由32增加到40℃，SI指数由-0.66降低至-4.88，表明积累了大量的不稳定能量。由江苏CWRF模式淮安垂直速度时序图可以看出5日12—18时垂直上升运动最为活跃，14时600~850 hPa之间的垂直速度已达-15 m·s^-1，垂直速度达-5 m·s^-1的气流已到达500 hPa高度，非常有利于强雷暴的发生、发展。

13:30时在江苏沭阳、宿豫、泗洪和安徽明光有回波单体生成，随后回波不断发展，面积不断扩大，强度逐渐增强。明光的单体回波向东北方向移到盱眙境内，与泗洪生成的回波在洪泽湖面上合并加强，15:48已发展成一弓状回波(图 5a)，回波强度为62 dBz，垂直积分液态水含水量53 kg·m^-2(图 5c), 最大回波顶高18.3 km(图 5e)，最大负值径向速度为-26 m·s^-1，回波继续向偏东方向移动。宿豫回波移到泗阳并与沭阳、灌云、灌南等地回波相接形成一个长约150 km的带状回波，回波向东南方向移动。15:54洪泽湖地区回波VIL值减到47 kg·m^-2，15:58洪泽湖面出现16.6 m·s^-1西北大风，回波强度也稍所下降，大风停止后，VIL值又开始逐渐回升，16:06 VIL值为48 kg·m^-2(图 5d)。16:24两地回波在洪泽上空合并(图 5b)，合并后回波壮大，在洪泽湖北部有一朝西横V型口。到17:18回波强度又加强到62 dBz，垂直积分液态水含水量、回波高度分别为71 kg·m^-2、18.9 km，17:36回波逐渐减弱，≥55 dBz强回波区面积在慢慢减少。18:18回波继续向东南方向移动并渐渐移出洪泽湖地区。垂直风廓线产品图上，12时风向从0.3至3.5 km，呈东南到东到东北、再到偏北垂直切变，说明此时干冷平流已下侵到中层，但低层仍有暖湿气流，表明此时大气层结极不稳定。

张一平等^[5]在研究地闪活动与雷达回波关系时，得出：暴雨中正闪比例在6%以下，正、负闪密集区都是与40 dBz以上的强回波区有很好的对应关系。根据江苏省闪电定位系统统计，该强雷暴日洪泽县境内1526次电闪次数中负闪1520次，正闪仅6次。回波在35 dBz以下，没有地闪出现，在35~40 dBz之间出现98次地闪，40 dBz以上强回波区出现1428次。地闪频次出现两个峰值(图 6)，分别为每10分钟82、238次，出现时间是15时40分和17时10分，这两个时段也与雷达回波强度两次极值出现时段相近，但后一时段40 dBz的强回波区面积是前一时段强回波区近3倍，这说明了暴雨持续过程中，随着回波增强和强回波区面积增大，负闪频次突增，出现负闪密集区，且与40 dBz以上的强回波区有很好的对应关系。

根据08时天气环流形势和雷达资料产品分析，该强雷暴日产生的天气系统是典型的中低空切变(槽)线型。

5 结论和讨论

(1) 洪泽湖地区年均强雷暴日8.0 d，强雷暴伴随的主要气象灾害为大风或暴雨。

(2) 小波功率谱分析表明洪泽湖地区的年强雷暴日数变化特征表现为显著的2.4和9.5年的准周期变化。30年年强雷暴日数年代际呈先下降后上升趋势，即1980—1989年呈波动下降，2000—2009年呈波动上升。这种先下降后上升趋势物理机制是什么？跟大气环流形势调整有什么关系，还需要进一步深入研究、探讨。

(3) 强雷暴主要出现在6—8月，1—2月和11—12月无强雷暴日。强雷暴初日出现在3月最多；终日出现在8月最多。

(4) 强雷暴日变化为双峰型，主要出现时段是04—06时和14—16时，与我国大部分地区雷暴天气发生概率最大的时段为午后有差异，这是04—06时时段水陆温度差值最大，湖陆风辐合环流最强，触发了湖面上空强烈对流运动所致。强雷暴持续时间较短，80%的强雷暴持续时间在2 h以内。

(5) 洪泽湖地区强雷暴天气形势分为4种：低槽冷锋型：高空(500 hPa)影响系统为较明显低压槽，中低层(700、850 hPa)也为低压槽，地面槽前有冷锋。北方冷涡型:500 hPa高空图上，华北或东北有一闭合低涡，并有冷中心配合，中低层(700、850 hPa)也有冷涡。中低空切变(槽)线型:500 hPa为波动偏西气流，槽线不明显，但中低层(700、850 hPa)有明显切变(槽)线和湿舌，地面多为静止锋。副热带高压型：500 hPa高空，洪泽湖地区处于588 dagpm线边缘或在其控制下，中、低层(700、850 hPa)有湿舌，地面江淮有低压或气旋。

(6) 强雷暴天气出现前, 从地面到中高层湿度都较大，大气层结极不稳定；沙氏指数SI＜-3℃，750 hPa有槽线或切变线, 且槽前或切变线南侧有暖舌，使槽线或切变线冷暖平流明显，近5年50个强雷暴日洪泽湖地区都处于850 hPa温度露点差(T-T_d)≤-3℃的湿舌内，中、低空均有西南急流，促使大量水汽在洪泽湖地区辐合上升，触发了强对流天气发生。

(7) 出现暴雨灾害天气，回波垂直积分液态水含水量长时间维持在35 kg·m^-2以上；大风出现前10到20分钟，VIL值常常有明显减小趋势。上述特征对暴雨和大风预报有一定指示意义；低槽冷锋型和北方冷涡型回波沿500 hPa风的方向移向洪泽湖地区。

(8) 暴雨过程中，以负闪为主，且负闪密集区与40 dBz的强回波区有很好的对应关系。