摘要：本文通过收集国内外冰雹云频繁活动地区的闪电定位系统探测得到的数据结果，综述冰雹云活动期间闪电频次与对流强度的关系、正负地闪频率特征、云闪在冰雹云降雹时段的比例特点，体现正闪/总地闪比例随云闪/总闪比例的变化特征并分析二者关系。详细分析降雹时次正负地闪频率变化，总结冰雹云电荷结构，初步探索冰雹云闪电特征成因和对降雹量影响，结合人工防雹模型推广运用，提高雹灾临近预报能力及人工防雹水平，减少损失。
关键词：冰雹云；云闪；地闪；正地闪；电荷结构；人工防雹
引言
闪电定位系统作为一种成本和维护费用较低的大气监测仪系统，探测范围广，可以无人值守不间断工作，实现西北大范围对流云的监测，如果能从闪电特征及早识别和预警冰雹、暴雨、龙卷等发生及演变趋势，应用雷达进一步识别和指挥人工影响天气作业，将有效提高作业效率和效益，也为认识和分析强对流天气电学机制提供观测事实，研究强云的荷电结构和对流天气演变中闪电特征及其与气象条件的关系，最后达到降低冰雹灾害目的，因此具有重要意义。
1冰雹云闪电总数、地闪数目规律
1.1华北雹暴闪电活动规律
统计石家庄强雷雨云和暴雨云闪电特征可知，雷雨日每小时正地闪平均比率为23.5%，雷雨日总闪平均次数显著偏少，相应云闪比率下降较多，云闪平均次数占总闪平均次数的13.68%。对正闪比例云闪比例做拟合，发现弱对流天气点相对离散，没有特别规律。石家庄暴雨日每小时正地闪平均比率为14.3%，比冰雹日明显偏少。暴雨日总闪平均次数与冰雹日相差不大，云闪平均次数占总闪平均次数的23.09%，也比冰雹日偏少。六次闪电拟合发现，随着云闪次数上升，正闪比例会先上升再下降。
1.2西北雹暴闪电活动规律
西北内陆地区冰雹云发源于山区，有较为固定移动路径，多受地形热力抬升作用，一次冰雹过程在多个地方产生降雹，常伴有较强降水。西北地区正地闪最高占总地闪数40%，最低为15%，平均为24.5%，偏高正地闪率体现了冰雹灾害天气有别于弱对流天气电学特征，对流强度和正地闪比率有较好相关性。西北冰雹云闪电活动中没有明显正闪比例随云闪比例增加而增加趋势，但是云闪比例增加到一定程度时，正闪比例下降。
2雹暴天气闪电活动特点
2.1冰雹云发展过程
冰雹云生命演变史可划分为发生、跃增、孕育、降雹和消亡五个阶段。出生阶段是从对流云初生到云体迅速发展阶段，云体不断生消，垂直发展缓慢，雷达回波强度≤20dB；跃增阶段雷达回波顶高度增高，云体垂直发展迅速，云体内回波强度和回波高度迅速增长；孕育阶段回波顶高度、强度不再迅速增长，但强回波区扩大；降雹阶段是降雹开始到降雹终结，随着地面降雹，回波顶高、回波强度迅速下降；消亡阶段是指降雹云分裂、瓦解和消散。
2.2冰雹云闪电频数特点
2005年5月31日北京门头沟区出现自西向东并穿过北京城区的雷暴过程，大部分地区出现雷阵雨，14时25分左右地面观测到较强降雹，直径2-3厘米，持续约10-15分钟。该雷暴为一单体，影响范围相对较小，但移动较快。使用SAFIR3000三维闪电定位系统全闪资料，分析得出这次冰雹过程总闪、地闪及地闪比例和正地闪比例随时间变化特征，可知1.地闪比例在降雹开始前为整个天气过程中最高水平；2.降雹开始前闪电总数目出现激增。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.3闪电活动对降雹量影响
张义军利用三维强风暴动力-电耦合数值模式，研究雹暴内电活动对云内各类水成物粒子变化，指出在模拟云达到成熟阶段，云内出现强电场区时，各类水成物含量、浓度会产生较大变化，电活动使冰晶总量增加，霰总量减少，冰雹源、汇量都减少，但汇量减少较多，冰雹含量增加，直径增大，持续约10余分钟，分析引起上述变化原因，认为电活动是通过对各类水成物粒子降落末速度调制影响各种微物理过程，改变了各相水成物生成量和转换量，例如云中有强电场存在时，云水量减少，雨水量增多，冰晶繁生使得冰晶数目增加。在数值模拟中发现云内的强电场区域，电场力使得大粒子落速发生变化，电场越大，变化也越大，冰雹降落速度会有不同程度减少；而落速又会影响微观过程，尤其是碰撞过程和转换量；各种水成物转换量（尤其是雨、霰、雹）和时空分布变化，引起潜热释放增加，有助于增强对流，雹粒子增大，地面降雹量增加。
3我国人工防雹模型
我国人工防雹主要采用播撒防雹和爆炸防雹两种手段。根据最新的人工防雹理论，即科学的把施行播撒防雹或爆炸防雹的作业部位纳入新的雹云物理模型中。新模型中比较重要的部位就 “穴道”，“穴道”由雹云流场特征决定，位于主上升气流侧边，接近水平速度近于零的零域主人流区，一般应处于零域的下侧。粒子一旦进入这个区域很难被吹出，这个部位就是播撒“作用区”，有了“穴道”，人工播撒后就会启动“竞争”，只有“竞争”何时起动的问题，没有能否启动“竞争”问题。
在实际防雹作业中，如果作业点是固定的，雹云移到防区，可以处在发展中，也可以处在维持中，只要进入可作用范围内就可对“穴道”施行作业，时机演变成进入作业圈时间。如果这个时间一定要与云的某个发展时刻相吻合，这就限制了固定作业点防雹效能。一个防雹工程体系可以设有固定防雹作业点也可以有流动作业点，一旦强对流云达到雹暴指标，也就形成了冰雹“穴道”，应在达到指标前就指令靠近云体防雹作业点或指令流动作业点向云体移动，开始向“作用区”作业。从“穴道”形成开始启动“竞争”直到雹云消散都实施防雹作业，可以得到更好的防雹效果。
4冰雹云闪电活动对新型人工防雹的指导作用
多年来多种观测手段表明冰雹云闪电频数在降雹之前会有一个明显的跃增，由此易遭冰雹灾害的地区可以布闪电定位网监测附近对流云的闪电活动，重点区域布多普勒天气雷达指导人工防雹工作。Williams提出四种假说用来解释正地闪为主导的雷暴：
典型的偶极性和三极性电荷结构：平流层水平切变风切断了上升气流，使上部正电荷发生侧移。中部主要负电荷区减少了对上部正电荷的屏蔽，这样上部正电荷将暴漏于地面，正地闪主要发源于侧移上部正电荷区域。
降雨性非屏蔽：假设电荷结构是双极性和三极性结构，下部主要负电荷被降水减弱，使上部正电荷不能被负电荷所屏蔽，直接暴露于地面，产生了更多正地闪。
三极性底部正电荷区域被加强：底部正电荷区域被加强变成了主导电荷区域，Williams描述这种电荷结构的成因是强烈的上升气流造成的。这将发生正反馈机制，增强冰雹形成、加强正电荷产生。因此将使正地闪成为主导地闪。除此之外，底部正电荷区域加强，也会将上部负电荷区屏蔽。
反极性三极性结构：云内整个电荷结构反转，负电荷在上面，正电荷取代了平时的负电荷区域。分析了闪电定位资料和气球探空资料后，发现有些处在STEPS区域内部的雷暴云是反极性结构。
假设冰雹云是传统的三级性结构，由于强烈的上升气流增强了底部正电荷区域的电荷储备，底部的原有的正电荷区域被加强，使正电荷区域变成此区域内主导电荷区域；上部的负电荷区域被强大的正电荷区域屏蔽，所以产生了正地闪密集区域，由此可以确定防雹主要作用区域的“穴道”大致位置，方便作业。
参考文献：
[1]冯桂力，郄秀书，吴书君.山东地区冰雹云的闪电活动特征[J].大气科学，2008，32（2）.
[2]赵中阔，郄秀书.一次单体雷暴云的穿云电场探测及云内电荷结构[J].科学通报，2009，54（22）.
作者简介：黄莉（1985-），女，汉族，本科学历，河北省沧州市人，助理工程师，从事防雷工作。
论文作者:黄莉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/20
标签：冰雹论文; 正电荷论文; 闪电论文; 作业论文; 区域论文; 电荷论文; 回波论文; 《基层建设》2017年第22期论文;