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[摘 要]作为一种常见的激烈天气现象，雷电的发生过程极快，给相应的研究工作造成了很大的困难。一般可用于直接研究雷电天气的工具或仪器极少，所以在资料缺乏的情况下，很难做好雷电检测预警工作。经过不断的发展，发现借助于气象卫星和气象雷达观测资料，并且配合闪电定位仪与大气电场仪，才能够有效地对雷电的发生做出相应的预报预警，本文对此进行研究。
[关键词]气象卫星；气象雷达；观测资料；雷电检测预警
中图分类号：P414.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0386-01
雷电作为一种灾害性天气现象，具有高电压、大电流、强电磁辐射等特性，并且在瞬时之间爆发，难以进行观测。但随着现代科学技术的不断发展，对雷电灾害的关注和研究取得了一定的进展，最突出的就是利用专业设备和监测方法完成对雷电的预报预警，从而提前做好方法措施，将雷电带来的损害降到最低。气象卫星以其探测范围大、观测高度高的优势，对于强对流天气下的闪电观测较为容易，且卫星资料可以反映出天气的发展演变并预知雷暴云的相关情况；而气象雷达侧重于观测云中粒子的一些形态特征，且凭借其探测循环时间短的优势对气象卫星在观测时间和空间分辨率方面的不足起到很好的弥补作用，因此结合使用气象卫星和气象雷达观测资料可以为雷电检测预警提供必要的理论依据与研究帮助，从而使得雷电预警预报的准确率大幅上升，产生更多的实际价值。
一、对于气象卫星资料的观测与处理
气象卫星位于地球太空之上，其主要精华在于装载的探测仪器，通过该设备可以实现对地球大地发射辐射量以及地球大气反射太阳辐射量的完整接受，然后用于对地球大气的观测过程。气象卫星所收集的资料包括云分布、地表温度、海面温度、大气辐射、地球辐射、太阳辐射以及通过计算得到的云导风等，气象卫星上的探测仪将这些资料发送到地面接收站，后者在得到观测数据后首先要进行还原处理，将其转化为可见光、红外光图像以及相关的导出资料并用于天气分析中。需要注意的是，这些导出资料必须经过分离、定标和定位、资料订正的后续处理才能被正常使用，本文仅从应用的角度探究气象卫星资料的处理。
（一）数据处理
将得到的第一手资料用专业软件进行处理和分析，继而得到雷电发生之间的TBB分布图，将研究区域规定在116°-122°E、30°-35°N的范围内，以0.5×0.5经纬度作为水平分辨率，并且卫星资料的时间分布率为每小时1次，选定TBB≤-32°的区域为雷暴云团地点。
（二）计算雷暴云亮温梯度
从雷暴云中心冷云顶到流云边界之间的温度梯度代表水平方向上温度的最大变化率，它显示了对流的发展强度。其中梯度越大则对流发展越旺盛。而雷暴云顶亮温梯度的计算需要一系列严密的算法，本文在此不做过多叙述。
（三）识别雷暴云
因为闪电的发生总伴随着雷暴云的出现，所以从气象卫星观测资料中可以借助雷暴云等相关参数推断其与闪电的关系，最终为预报预警闪电提供有力参数。而对雷暴云参数的描述以及对雷暴云的识别这一工作已经发展有几十年了，到现在为止已有多种云识别算法用于分析，本文从雷电研究的角度对雷暴云团进行识别研究。
1.识别雷暴云团的多通道参数特征
当前学术界普遍认为由强空气对流形成的雷暴云云顶具有高度高、亮度大、云顶温度低、云区边界突峭以及温度梯度大的特点，使得雷暴云可以轻易从其他云类中被识别和分离出来。具体的识别方法如下：第一，对于雷暴云甚至包含卷云的雷暴云使用单通道亮温域值进行初步判断，暂且选定T2b≤-32℃，此时的雷暴云团中混有部分中云和卷云；第二，将混入的中云和卷云用红外1、红外2通道的亮温差进行剔除；第三，为了进一步剔除卷云并确定雷暴云团，综合使用参数（TIR1-TIR3）/TIR3以及红外1、红外3的灰度比值（g1/g3）；第四，计算多通道的局地灰度方差，在此基础之上结合亮温梯度的分布特征，从而最终识别出雷暴云。
2.确定雷暴云顶斜率参数和雷暴云中心
想要获得雷电定位就必须确定雷暴云中心位置，所以在识别出雷暴云后，需要观察雷暴云在卫星云图上的特征，并且考虑其出现的具体部位，进行科学的推断：雷暴云从发展到成熟的过程中间，云顶沿着对流层逐渐向外界扩展，同时强对流上方经常出现上冲云顶，而这一表现反映在数字化云图上则是一个中小型区域的强的冷温中心。如果没有明显的上冲云顶，那就至少会出现一个弱的冷温中心。不论哪一种，该冷温中心即为雷暴云团的中心位置。
二、对于气象雷达资料的观测与处理
（一）雷达探测原理浅析
雷达探测基于气象目标对雷达电磁波的散射，具体来说，引起大气中雷达波散射的主要物质包括大气介质、云、降水粒子等。在这些影响因子里，需要注意大气介质的散射具备两种可能性，一个是大气气体分子的散射，另一个是由大气介质折射指数分布不均匀而引起的散射与反射。除此之外，常用雷达截面、雷达反射率和雷达反射率因子等物理量来表示气象目标散射特性。
实现探测降水系统这一目标就需要天气雷达，这也是是监测和预报强对流天气的主要工具之一。天气雷达发射电磁波主要凭借脉冲形式，其具体原理是：电磁波遭遇降水粒子导致大部分能量在继续前进的情况下，小部分能量会被降水粒子散射，这些散射的能量就会经由雷达天线被雷达接受，再通过观察雷达接收的回波特征，就能够合理地判别降水系统并进行分类。
（二）雷达的工作流程
以WSR—98D多普勒天气雷达为例，其构成部件包括数据采集单元（RDA），雷达产品生成单元（RPG）以及主用户处理单元（PUP）三部分。其中，数据采集单元负责产生和发射電磁脉冲，再将接收到的脉冲信号转换成数据化雷达资料；雷达产品生成单元是借助宽带通信实现从数据采集单元来获取数据化雷达资料，在一系列水文气象算法的帮助下生成雷达产品；而主用户处理单元则是通过窄带通信从雷达产品生成单元获取气象产品并完成显示存档，因此该部分也是预报员的业务工作平台。
1.雷达回波强度
雷达回波强度与云中粒子的大小存在对应关系，对其强度大小（dBZ）、强回波中心、强回波区的产生发展以及移动的方向速度等进行分析就能做出对强对流单体的科学预报和追踪。同时，又因为闪电的发生是伴随着强对流天气而产生的，因此云中粒子发生碰撞或摩擦都有可能触发闪电。
2.基本径向速度
多普勒速度图上的冷色调区域表示风向指向雷达的负速度的面积，暖色调区域表示风向离开雷达的正速度的面积。因此可以根据风场的结构来分析风的辐合区以及是否有利于强对流的发生和发展，从而判断雷达回波是加强还是要减弱。而基本径向速度可从基本速度图上得到，继而可以推导出风暴结构。
3.回波顶高（ET）
回波顶是在≥18dBZ反射率因子时被探测到的一个拥有16个数据级别的产品，其基础的高度为最高仰角，并且通过参考平均海平面而反应在雷达230km内的4kmx4km笛卡尔网格上。在体积扫描模式（VCP）的限制下，回拨顶经常呈现弧状的阶梯式形状，且其顶高上升速度与对流发展程度成正比。
总结
气象卫星和气象雷达对于雷电监测预警的作用不可忽视，本文仅从一般功能性入手对其进行分析，粗略地揭开了其应用之道，希望能为雷电监测预警工作提供一定借鉴。
参考文献
[1] 多普勒天气雷达与雷电预警关系研究[J].常越，陈德生，郭在华.气象与环境科学.2010（01）.
[2] 雷达资料在孤立单体雷电预警中的初步应用[J].王飞，张义军，赵均壮，吕伟涛，孟青.应用气象学报.2008（02）.
[关键词]气象卫星；气象雷达；观测资料；雷电检测预警
中图分类号：P414.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0386-01
雷电作为一种灾害性天气现象，具有高电压、大电流、强电磁辐射等特性，并且在瞬时之间爆发，难以进行观测。但随着现代科学技术的不断发展，对雷电灾害的关注和研究取得了一定的进展，最突出的就是利用专业设备和监测方法完成对雷电的预报预警，从而提前做好方法措施，将雷电带来的损害降到最低。气象卫星以其探测范围大、观测高度高的优势，对于强对流天气下的闪电观测较为容易，且卫星资料可以反映出天气的发展演变并预知雷暴云的相关情况；而气象雷达侧重于观测云中粒子的一些形态特征，且凭借其探测循环时间短的优势对气象卫星在观测时间和空间分辨率方面的不足起到很好的弥补作用，因此结合使用气象卫星和气象雷达观测资料可以为雷电检测预警提供必要的理论依据与研究帮助，从而使得雷电预警预报的准确率大幅上升，产生更多的实际价值。
一、对于气象卫星资料的观测与处理
气象卫星位于地球太空之上，其主要精华在于装载的探测仪器，通过该设备可以实现对地球大地发射辐射量以及地球大气反射太阳辐射量的完整接受，然后用于对地球大气的观测过程。气象卫星所收集的资料包括云分布、地表温度、海面温度、大气辐射、地球辐射、太阳辐射以及通过计算得到的云导风等，气象卫星上的探测仪将这些资料发送到地面接收站，后者在得到观测数据后首先要进行还原处理，将其转化为可见光、红外光图像以及相关的导出资料并用于天气分析中。需要注意的是，这些导出资料必须经过分离、定标和定位、资料订正的后续处理才能被正常使用，本文仅从应用的角度探究气象卫星资料的处理。
（一）数据处理
将得到的第一手资料用专业软件进行处理和分析，继而得到雷电发生之间的TBB分布图，将研究区域规定在116°-122°E、30°-35°N的范围内，以0.5×0.5经纬度作为水平分辨率，并且卫星资料的时间分布率为每小时1次，选定TBB≤-32°的区域为雷暴云团地点。
（二）计算雷暴云亮温梯度
从雷暴云中心冷云顶到流云边界之间的温度梯度代表水平方向上温度的最大变化率，它显示了对流的发展强度。其中梯度越大则对流发展越旺盛。而雷暴云顶亮温梯度的计算需要一系列严密的算法，本文在此不做过多叙述。
（三）识别雷暴云
因为闪电的发生总伴随着雷暴云的出现，所以从气象卫星观测资料中可以借助雷暴云等相关参数推断其与闪电的关系，最终为预报预警闪电提供有力参数。而对雷暴云参数的描述以及对雷暴云的识别这一工作已经发展有几十年了，到现在为止已有多种云识别算法用于分析，本文从雷电研究的角度对雷暴云团进行识别研究。
1.识别雷暴云团的多通道参数特征
当前学术界普遍认为由强空气对流形成的雷暴云云顶具有高度高、亮度大、云顶温度低、云区边界突峭以及温度梯度大的特点，使得雷暴云可以轻易从其他云类中被识别和分离出来。具体的识别方法如下：第一，对于雷暴云甚至包含卷云的雷暴云使用单通道亮温域值进行初步判断，暂且选定T2b≤-32℃，此时的雷暴云团中混有部分中云和卷云；第二，将混入的中云和卷云用红外1、红外2通道的亮温差进行剔除；第三，为了进一步剔除卷云并确定雷暴云团，综合使用参数（TIR1-TIR3）/TIR3以及红外1、红外3的灰度比值（g1/g3）；第四，计算多通道的局地灰度方差，在此基础之上结合亮温梯度的分布特征，从而最终识别出雷暴云。
2.确定雷暴云顶斜率参数和雷暴云中心
想要获得雷电定位就必须确定雷暴云中心位置，所以在识别出雷暴云后，需要观察雷暴云在卫星云图上的特征，并且考虑其出现的具体部位，进行科学的推断：雷暴云从发展到成熟的过程中间，云顶沿着对流层逐渐向外界扩展，同时强对流上方经常出现上冲云顶，而这一表现反映在数字化云图上则是一个中小型区域的强的冷温中心。如果没有明显的上冲云顶，那就至少会出现一个弱的冷温中心。不论哪一种，该冷温中心即为雷暴云团的中心位置。
二、对于气象雷达资料的观测与处理
（一）雷达探测原理浅析
雷达探测基于气象目标对雷达电磁波的散射，具体来说，引起大气中雷达波散射的主要物质包括大气介质、云、降水粒子等。在这些影响因子里，需要注意大气介质的散射具备两种可能性，一个是大气气体分子的散射，另一个是由大气介质折射指数分布不均匀而引起的散射与反射。除此之外，常用雷达截面、雷达反射率和雷达反射率因子等物理量来表示气象目标散射特性。
实现探测降水系统这一目标就需要天气雷达，这也是是监测和预报强对流天气的主要工具之一。天气雷达发射电磁波主要凭借脉冲形式，其具体原理是：电磁波遭遇降水粒子导致大部分能量在继续前进的情况下，小部分能量会被降水粒子散射，这些散射的能量就会经由雷达天线被雷达接受，再通过观察雷达接收的回波特征，就能够合理地判别降水系统并进行分类。
（二）雷达的工作流程
以WSR—98D多普勒天气雷达为例，其构成部件包括数据采集单元（RDA），雷达产品生成单元（RPG）以及主用户处理单元（PUP）三部分。其中，数据采集单元负责产生和发射電磁脉冲，再将接收到的脉冲信号转换成数据化雷达资料；雷达产品生成单元是借助宽带通信实现从数据采集单元来获取数据化雷达资料，在一系列水文气象算法的帮助下生成雷达产品；而主用户处理单元则是通过窄带通信从雷达产品生成单元获取气象产品并完成显示存档，因此该部分也是预报员的业务工作平台。
1.雷达回波强度
雷达回波强度与云中粒子的大小存在对应关系，对其强度大小（dBZ）、强回波中心、强回波区的产生发展以及移动的方向速度等进行分析就能做出对强对流单体的科学预报和追踪。同时，又因为闪电的发生是伴随着强对流天气而产生的，因此云中粒子发生碰撞或摩擦都有可能触发闪电。
2.基本径向速度
多普勒速度图上的冷色调区域表示风向指向雷达的负速度的面积，暖色调区域表示风向离开雷达的正速度的面积。因此可以根据风场的结构来分析风的辐合区以及是否有利于强对流的发生和发展，从而判断雷达回波是加强还是要减弱。而基本径向速度可从基本速度图上得到，继而可以推导出风暴结构。
3.回波顶高（ET）
回波顶是在≥18dBZ反射率因子时被探测到的一个拥有16个数据级别的产品，其基础的高度为最高仰角，并且通过参考平均海平面而反应在雷达230km内的4kmx4km笛卡尔网格上。在体积扫描模式（VCP）的限制下，回拨顶经常呈现弧状的阶梯式形状，且其顶高上升速度与对流发展程度成正比。
总结
气象卫星和气象雷达对于雷电监测预警的作用不可忽视，本文仅从一般功能性入手对其进行分析，粗略地揭开了其应用之道，希望能为雷电监测预警工作提供一定借鉴。
参考文献
[1] 多普勒天气雷达与雷电预警关系研究[J].常越，陈德生，郭在华.气象与环境科学.2010（01）.
[2] 雷达资料在孤立单体雷电预警中的初步应用[J].王飞，张义军，赵均壮，吕伟涛，孟青.应用气象学报.2008（02）.