雷电的天气气候学特征
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• 在大部分冰雹云的快速发展阶段，地闪或总闪数存在明显的“跃增 （lightning jump）”现象。
• 仅用地闪次数或频数识别冰雹云并不可靠。
图7.4 一次冰雹云的最大雷达反射率因子（a）、雷电频数(b)和总雷电DFRDT (c)，图中（b）紫色代表总雷 电频数（左侧坐标轴），红色代表地闪（右侧坐标轴），（c）红色柱体代表总雷电跃增时间，绿色柱体代 表DFRDT未达到跃增阈值，橘黄色曲线代表2σ跃增阈值。强天气事件标志在DFRDT图的底部（绿色星号：
峰值电流常远大于后者。
图7.9 2006年4月21日发生在美国休斯敦附近一次飑线的雷 电VHF辐射源与合成雷达反射率的时间演变，(a) ~(d)分别 对应于11:09、11:38、12:07和12:41（世界时）（据Hodapp
et al., 2008）
7.1.3 热带气旋
• 热带气旋（Tropical Cyclone）是发生在热带或副热带洋 面上的低压涡旋；
• 成熟飑线中的地闪主要为负地闪， 绝大多数发生在雷达反射率高的
对流区，正地闪一般仅占总地闪 的10%~20%，常发生在雷达反 射率低的层云区。
• 少数飑线的负地闪主要发生在层 云区，正地闪主要发生在对流区 。
• 层云区的正地闪水平传播尺度
（平均49 km）小于对流区的正
地闪（平均96 km），但前者的
1 冰雹云的正地闪特征
• 一般雷暴云中正地闪占总地 闪的比例小于10%。
• 大多冰雹云的地闪也以负地 闪为主，但其正地闪比例常 明显高于当地雷暴的平均值。
• 较高的正地闪比例对应较低 的降水，较低正地闪比例的 冰雹过程降水量较高。
• 可推断：强降水冰雹云过程 中正地闪比例不高。弱降水 超级雷暴中通常易发生较多 的正地闪。
• 成熟阶段：14:18，前部的对流区出现了弓状回波，正地闪开始增加，但 仍少于负地闪，多数地闪发生在大于40 dBz的区域，少量负地闪发生在层 云区域，地闪主要散布在前部对流区域内。
• 14:24，地闪数达最大，负地闪数比正地闪约高一个量级，大多发生在对 流区前部，正地闪发生在接近强对流中心。
图7.8 同图7.6，但为该飑线消散阶段总雷电与雷达基本反射率之间的对应关系
冰雹，蓝色方块：强风），符号上面的横线代表为同组事件
7.1.2 飑线
• 飑线（Squall Line）：由若干排列成行的雷暴单 体或雷暴群组成的风向、风速发生突变的狭窄的 强对流天气带。又称不稳定线或气压涌升线。
• 过境时：常产生冰雹、灾害性强风以及雷电等。 • 云闪通常非常活跃，占总闪的绝大部分。 • 一般可将飑线分为3个独立区域：对流区、过渡区
第七章 雷电的天气气候学特征
1 雷暴尺度的雷电特征 2 全球雷电活动和地域差别 3 雷电活动与气候变化
• 全球每时每刻发生着约1800个雷暴。
• 不同类型雷暴的雷电活动特征差异很大。
• 因雷电过程和雷暴本身的复杂性和观测手段的局限 性，对不同类型雷暴的雷电活动规律仍未获得全面 的认识。
7.1 雷暴尺度的雷电特征
• 正地闪占主导，正闪增加时负闪降低，负闪增加时正闪降低。
• 降雹时段地闪不活跃，负闪达到最低值，但正地闪相对较活跃。
• 冻结层以上霰的增长与总地闪数量的增多和减少有关。开始降雹 前地闪频数的迅速上升，可以作为降雹的指示量。
• 地闪多在低于-40℃的区域内。
• 开始阶段：正地闪主要位于系统 前部区域，而负地闪位于系统中 后部。
负地闪，黑色“·”为云闪
• 初始阶段：对流区由较小的对流单体组成，其后跟随发展中的层云区域。 地闪主要位于对流区内，且多为负地闪。
• 13:42，层云区范围扩大，越来越多的地闪发生在对流中心附近，雷电分 布开始在西侧的回波单体中发生。仅有很少的雷电发生在过渡区，而层云 区域内几乎无雷电发生。
图7.7 同图7.6，但为该飑线成熟阶段总雷电与雷达基本反射率之间的对应关系
• 7.1.1 冰雹云
• 单体、多单体和超级单体风暴都可能产生冰雹。 • 冰雹云除降雹外，还常伴有强降水、破坏性大风和雷电等灾
害性天气。 • 冰雹云中的上升气流速度更大，能携带更多的降水粒子进入
高空，云顶更高，回波更强。 • 其动力和微物理条件非常利于雷暴的起电和放电。冰雹云的
雷电频数通常远高于普通雷暴。
及层云区。
1 闪电频数与降水的时间演变
图7.5 2007年7月31日北京地区一次飑线过程5分钟 总雷电、云闪、地闪和平均降水强度的时间演变• 整个过ຫໍສະໝຸດ 中，负地闪占总地闪 的比例都较高。
• 发展阶段：地闪与总闪的比例 维持在40%，随后逐渐降低。
• 成熟阶段：地闪与总闪的比例 维持在约20%，云闪活跃。
• 随后：系统范围不断扩大，正、 负地闪大多发生于低于-40℃区 域内，且多发生于-40-50℃的温 度梯度变化大的区域内。
• 随着低于-50℃的区域扩大，正 闪数目明显多于负闪。
• 正、负地闪空间分布差异明显。
2 闪电频数“跃增”对冰雹云的指示作用
图7.3 2003年6月19日雹暴每10分钟地闪频数分布图，横坐标轴下的线段表示降雹发生时段
• 是一种强大而深厚的热带天气系统。 • 与中纬度的中尺度对流系统相比，热带气旋内的上升气流
较弱，过冷水含量较少。 • 根据非感应起电机制，这些动力和微物理特征并不适合云
内起电过程的发生。 • 实际观测也表明，热带气旋中的闪电并不频繁。
• 消散阶段：16:24，强回波区仍呈线状分布，地闪的数量整体降低，雷电 仍主要发生在对流回波线区。
• 16:42，强回波区开始断裂分散，地闪数量明显减少。发生在层云区的雷 电明显增加，其电荷来源可能是对流云区域的电荷在气流作用下经过渡区 输送到层云区域。
3 飑线系统的地闪特征
• 以云闪为主，也有大量的地闪。
• 消散阶段：地闪和云闪数量逐 渐降低至消失，期间地闪略有 增加。
2 飑线不同发展阶段的雷电活动与雷达回波
图7.6 2007年7月31日北京地区一次飑线发展阶段总雷电（雷达扫描前后3分钟内的总和）与雷达 基本反射率（0.5o仰角）之间的对应关系。五角星代表雷达位置，黑色 “+” 为正地闪, 蓝色“·”为
• 仅用地闪次数或频数识别冰雹云并不可靠。
图7.4 一次冰雹云的最大雷达反射率因子（a）、雷电频数(b)和总雷电DFRDT (c)，图中（b）紫色代表总雷 电频数（左侧坐标轴），红色代表地闪（右侧坐标轴），（c）红色柱体代表总雷电跃增时间，绿色柱体代 表DFRDT未达到跃增阈值，橘黄色曲线代表2σ跃增阈值。强天气事件标志在DFRDT图的底部（绿色星号：
峰值电流常远大于后者。
图7.9 2006年4月21日发生在美国休斯敦附近一次飑线的雷 电VHF辐射源与合成雷达反射率的时间演变，(a) ~(d)分别 对应于11:09、11:38、12:07和12:41（世界时）（据Hodapp
et al., 2008）
7.1.3 热带气旋
• 热带气旋（Tropical Cyclone）是发生在热带或副热带洋 面上的低压涡旋；
• 成熟飑线中的地闪主要为负地闪， 绝大多数发生在雷达反射率高的
对流区，正地闪一般仅占总地闪 的10%~20%，常发生在雷达反 射率低的层云区。
• 少数飑线的负地闪主要发生在层 云区，正地闪主要发生在对流区 。
• 层云区的正地闪水平传播尺度
（平均49 km）小于对流区的正
地闪（平均96 km），但前者的
1 冰雹云的正地闪特征
• 一般雷暴云中正地闪占总地 闪的比例小于10%。
• 大多冰雹云的地闪也以负地 闪为主，但其正地闪比例常 明显高于当地雷暴的平均值。
• 较高的正地闪比例对应较低 的降水，较低正地闪比例的 冰雹过程降水量较高。
• 可推断：强降水冰雹云过程 中正地闪比例不高。弱降水 超级雷暴中通常易发生较多 的正地闪。
• 成熟阶段：14:18，前部的对流区出现了弓状回波，正地闪开始增加，但 仍少于负地闪，多数地闪发生在大于40 dBz的区域，少量负地闪发生在层 云区域，地闪主要散布在前部对流区域内。
• 14:24，地闪数达最大，负地闪数比正地闪约高一个量级，大多发生在对 流区前部，正地闪发生在接近强对流中心。
图7.8 同图7.6，但为该飑线消散阶段总雷电与雷达基本反射率之间的对应关系
冰雹，蓝色方块：强风），符号上面的横线代表为同组事件
7.1.2 飑线
• 飑线（Squall Line）：由若干排列成行的雷暴单 体或雷暴群组成的风向、风速发生突变的狭窄的 强对流天气带。又称不稳定线或气压涌升线。
• 过境时：常产生冰雹、灾害性强风以及雷电等。 • 云闪通常非常活跃，占总闪的绝大部分。 • 一般可将飑线分为3个独立区域：对流区、过渡区
第七章 雷电的天气气候学特征
1 雷暴尺度的雷电特征 2 全球雷电活动和地域差别 3 雷电活动与气候变化
• 全球每时每刻发生着约1800个雷暴。
• 不同类型雷暴的雷电活动特征差异很大。
• 因雷电过程和雷暴本身的复杂性和观测手段的局限 性，对不同类型雷暴的雷电活动规律仍未获得全面 的认识。
7.1 雷暴尺度的雷电特征
• 正地闪占主导，正闪增加时负闪降低，负闪增加时正闪降低。
• 降雹时段地闪不活跃，负闪达到最低值，但正地闪相对较活跃。
• 冻结层以上霰的增长与总地闪数量的增多和减少有关。开始降雹 前地闪频数的迅速上升，可以作为降雹的指示量。
• 地闪多在低于-40℃的区域内。
• 开始阶段：正地闪主要位于系统 前部区域，而负地闪位于系统中 后部。
负地闪，黑色“·”为云闪
• 初始阶段：对流区由较小的对流单体组成，其后跟随发展中的层云区域。 地闪主要位于对流区内，且多为负地闪。
• 13:42，层云区范围扩大，越来越多的地闪发生在对流中心附近，雷电分 布开始在西侧的回波单体中发生。仅有很少的雷电发生在过渡区，而层云 区域内几乎无雷电发生。
图7.7 同图7.6，但为该飑线成熟阶段总雷电与雷达基本反射率之间的对应关系
• 7.1.1 冰雹云
• 单体、多单体和超级单体风暴都可能产生冰雹。 • 冰雹云除降雹外，还常伴有强降水、破坏性大风和雷电等灾
害性天气。 • 冰雹云中的上升气流速度更大，能携带更多的降水粒子进入
高空，云顶更高，回波更强。 • 其动力和微物理条件非常利于雷暴的起电和放电。冰雹云的
雷电频数通常远高于普通雷暴。
及层云区。
1 闪电频数与降水的时间演变
图7.5 2007年7月31日北京地区一次飑线过程5分钟 总雷电、云闪、地闪和平均降水强度的时间演变• 整个过ຫໍສະໝຸດ 中，负地闪占总地闪 的比例都较高。
• 发展阶段：地闪与总闪的比例 维持在40%，随后逐渐降低。
• 成熟阶段：地闪与总闪的比例 维持在约20%，云闪活跃。
• 随后：系统范围不断扩大，正、 负地闪大多发生于低于-40℃区 域内，且多发生于-40-50℃的温 度梯度变化大的区域内。
• 随着低于-50℃的区域扩大，正 闪数目明显多于负闪。
• 正、负地闪空间分布差异明显。
2 闪电频数“跃增”对冰雹云的指示作用
图7.3 2003年6月19日雹暴每10分钟地闪频数分布图，横坐标轴下的线段表示降雹发生时段
• 是一种强大而深厚的热带天气系统。 • 与中纬度的中尺度对流系统相比，热带气旋内的上升气流
较弱，过冷水含量较少。 • 根据非感应起电机制，这些动力和微物理特征并不适合云
内起电过程的发生。 • 实际观测也表明，热带气旋中的闪电并不频繁。
• 消散阶段：16:24，强回波区仍呈线状分布，地闪的数量整体降低，雷电 仍主要发生在对流回波线区。
• 16:42，强回波区开始断裂分散，地闪数量明显减少。发生在层云区的雷 电明显增加，其电荷来源可能是对流云区域的电荷在气流作用下经过渡区 输送到层云区域。
3 飑线系统的地闪特征
• 以云闪为主，也有大量的地闪。
• 消散阶段：地闪和云闪数量逐 渐降低至消失，期间地闪略有 增加。
2 飑线不同发展阶段的雷电活动与雷达回波
图7.6 2007年7月31日北京地区一次飑线发展阶段总雷电（雷达扫描前后3分钟内的总和）与雷达 基本反射率（0.5o仰角）之间的对应关系。五角星代表雷达位置，黑色 “+” 为正地闪, 蓝色“·”为