我國東南沿海登陸臺風閃電活動特征：基于多案例的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義我國東南沿海地區(qū)，地處西北太平洋臺風活動的關(guān)鍵路徑上，是全球受臺風影響最為頻繁和嚴重的區(qū)域之一。每年，眾多臺風在此登陸，給當?shù)貛砜耧L、暴雨、風暴潮等災(zāi)害性天氣，對人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅，也對地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。例如，2019年臺風“利奇馬”以超強臺風級在浙江溫嶺沿海登陸，其強大的風力和持續(xù)的暴雨，致使浙江、江蘇、山東等多個省份遭受重創(chuàng)，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡；又如2023年臺風“杜蘇芮”在福建晉江沿海登陸，登陸時中心附近最大風力有15級，給福建、廣東、江西等地帶來了狂風暴雨，引發(fā)了洪澇、山體滑坡等次生災(zāi)害。在臺風所伴隨的諸多天氣現(xiàn)象中，閃電活動是一個重要且復(fù)雜的研究對象。長期以來，人們普遍認為臺風中由于上升氣流較弱，缺乏過冷水等，因而沒有閃電活動或閃電非常稀少，現(xiàn)有教科書中對臺風的描述也幾乎沒有提及閃電。但隨著閃電探測技術(shù)的進步和全球閃電定位網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，越來越多的觀測研究發(fā)現(xiàn)臺風中存在明顯的閃電活動。臺風閃電不僅是臺風內(nèi)部對流活動和動力過程的一種直觀體現(xiàn)，還與臺風的強度變化、結(jié)構(gòu)調(diào)整以及降水分布等密切相關(guān)。例如，研究表明，臺風閃電主要發(fā)生在眼墻與外雨帶，內(nèi)雨帶基本沒有閃電發(fā)生，且臺風越強，這種結(jié)構(gòu)越明顯；臺風閃電頻數(shù)日變化呈單峰分布，平均閃電頻數(shù)峰值出現(xiàn)在1200LT，谷值出現(xiàn)在0600LT；內(nèi)核區(qū)平均閃電密度與臺風強度和強度變化的關(guān)系明顯，表明該區(qū)的閃電活動對預(yù)報臺風強度及其變化具有一定的參考價值。深入研究我國東南沿海登陸臺風的閃電活動特征，具有極為重要的現(xiàn)實意義和科學價值。從防災(zāi)減災(zāi)的角度來看，閃電活動可以作為臺風強度和發(fā)展趨勢的一個重要監(jiān)測指標，有助于提前預(yù)警臺風可能帶來的災(zāi)害，為政府部門制定科學合理的防災(zāi)減災(zāi)決策提供依據(jù)，從而有效減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。例如，通過對臺風閃電活動的實時監(jiān)測和分析，可以提前預(yù)測臺風的登陸地點和強度變化，及時組織沿海居民進行疏散轉(zhuǎn)移，加強對重要基礎(chǔ)設(shè)施的防護等。從氣象科學發(fā)展的角度而言，臺風閃電活動涉及到大氣電學、云物理、動力學等多個學科領(lǐng)域，對其進行研究能夠深化我們對臺風內(nèi)部物理過程的認識，完善臺風形成、發(fā)展和演變的理論體系，進而提高臺風數(shù)值預(yù)報的準確性和可靠性。例如，通過研究臺風閃電活動與環(huán)境因子的關(guān)系，可以更好地理解臺風的形成機制和發(fā)展規(guī)律，為改進臺風數(shù)值預(yù)報模式提供理論支持。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著氣象探測技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外學者針對臺風閃電活動展開了廣泛而深入的研究。在國外，[具體人名1]利用先進的衛(wèi)星閃電探測技術(shù)，對大西洋颶風的閃電活動進行了長期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)颶風閃電活動主要集中在眼墻和螺旋雨帶區(qū)域，閃電頻數(shù)與颶風強度之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系，當颶風強度增強時，閃電頻數(shù)也會相應(yīng)增加。[具體人名2]通過數(shù)值模擬的方法，研究了臺風內(nèi)部的電過程，揭示了臺風閃電形成的物理機制，指出臺風內(nèi)部強烈的對流運動導致云粒子的碰撞、摩擦和破碎，從而產(chǎn)生電荷的分離和積累，當電場強度達到一定閾值時，就會引發(fā)閃電放電。在國內(nèi)，郄秀書團隊利用全球閃電定位網(wǎng)（WWLLN）資料，對西北太平洋臺風的閃電活動進行了細致分析，發(fā)現(xiàn)臺風閃電主要發(fā)生在眼墻與外雨帶，內(nèi)雨帶基本無閃電發(fā)生，且臺風越強，這種結(jié)構(gòu)越明顯；臺風閃電頻數(shù)日變化呈單峰分布，平均閃電頻數(shù)峰值出現(xiàn)在1200LT，谷值出現(xiàn)在0600LT；內(nèi)核區(qū)平均閃電密度與臺風強度和強度變化關(guān)系明顯。雷久侯教授、祝寶友教授和劉非凡副教授團隊基于自主研制的地基閃電觀測陣列，發(fā)現(xiàn)云頂放電存在極性競爭關(guān)系，提出了主導云頂放電產(chǎn)生的新概念模型，為臺風閃電活動的研究提供了新的視角。盡管國內(nèi)外在臺風閃電活動研究方面已取得一定成果，但仍存在一些不足和空白。現(xiàn)有研究多集中于臺風閃電的總體特征和分布規(guī)律，對于不同強度、不同路徑臺風閃電活動的差異研究還不夠深入。例如，在不同強度的臺風中，閃電活動的具體特征，如閃電頻數(shù)、強度、高度等，如何隨著臺風強度的變化而變化，目前還缺乏系統(tǒng)的分析。在臺風路徑對閃電活動的影響方面，不同路徑的臺風在移動過程中，受到的環(huán)境因素不同，其閃電活動特征是否也會有所不同，這方面的研究也較為薄弱。對于臺風登陸前后閃電活動的變化特征及其與登陸過程中風雨等災(zāi)害性天氣的關(guān)系，也有待進一步深入探究。臺風登陸時，陸地的地形、海陸熱力差異等因素會對臺風的結(jié)構(gòu)和強度產(chǎn)生影響，進而可能影響閃電活動，但目前關(guān)于這方面的研究還相對較少。此外，在臺風閃電活動的物理機制研究方面，雖然已經(jīng)取得了一些進展，但仍存在許多未解之謎，需要進一步加強理論和數(shù)值模擬研究，以深入揭示臺風閃電活動的內(nèi)在物理過程。1.3研究目標與內(nèi)容本文旨在深入探究我國東南沿海登陸臺風的閃電活動特征，全面揭示其活動規(guī)律、影響因素以及與臺風強度、結(jié)構(gòu)變化之間的內(nèi)在聯(lián)系，為臺風的監(jiān)測、預(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)提供科學依據(jù)和理論支持。具體研究內(nèi)容如下：臺風閃電活動的時空分布特征：基于長時間序列的閃電定位數(shù)據(jù)，結(jié)合臺風路徑、強度等信息，細致分析我國東南沿海登陸臺風閃電活動在時間和空間上的分布規(guī)律。在時間維度上，研究閃電活動隨臺風發(fā)展階段的變化特征，包括臺風生成、發(fā)展、登陸和減弱過程中閃電頻數(shù)、強度等參數(shù)的演變規(guī)律；分析閃電活動的日變化、月變化和季節(jié)變化特征，探討其與太陽輻射、大氣環(huán)流等因素的關(guān)系。在空間維度上，研究閃電活動在臺風不同區(qū)域（如眼墻、雨帶等）的分布特征，分析其與臺風結(jié)構(gòu)、地形地貌等因素的關(guān)系；繪制臺風閃電活動的空間分布圖，直觀展示其分布規(guī)律。不同強度、路徑臺風閃電活動的差異：根據(jù)臺風強度等級（如熱帶風暴、強熱帶風暴、臺風、強臺風、超強臺風等）和路徑類型（如西行路徑、西北行路徑、轉(zhuǎn)向路徑等），對我國東南沿海登陸臺風進行分類，對比分析不同類型臺風閃電活動的差異。研究不同強度臺風閃電活動的特征參數(shù)（如閃電頻數(shù)、強度、高度等）隨臺風強度變化的規(guī)律，探討閃電活動與臺風強度之間的定量關(guān)系；分析不同路徑臺風在移動過程中，閃電活動特征（如閃電分布、頻數(shù)變化等）的差異，探究其與環(huán)境因素（如海洋溫度、大氣環(huán)流等）的關(guān)系。臺風登陸前后閃電活動的變化特征及其與災(zāi)害性天氣的關(guān)系：重點關(guān)注臺風登陸前后這一關(guān)鍵時段，研究閃電活動的變化特征，包括閃電頻數(shù)、強度、高度等參數(shù)的突變情況；分析閃電活動變化與臺風登陸過程中風雨等災(zāi)害性天氣（如風力、降雨量、降雨分布等）的關(guān)系，建立閃電活動與災(zāi)害性天氣之間的關(guān)聯(lián)模型；通過案例分析，深入探討閃電活動在臺風登陸災(zāi)害預(yù)警中的應(yīng)用潛力，為提前預(yù)警臺風災(zāi)害提供新的思路和方法。臺風閃電活動的影響因素分析：綜合考慮大氣環(huán)境因素（如濕度、溫度、垂直風切變、對流有效位能等）、海洋環(huán)境因素（如海表溫度、海流等）以及地形因素（如山脈、島嶼等），運用相關(guān)性分析、多元回歸分析等方法，定量分析各因素對我國東南沿海登陸臺風閃電活動的影響程度和作用機制；建立臺風閃電活動的影響因素模型，預(yù)測不同環(huán)境條件下臺風閃電活動的發(fā)生概率和強度變化趨勢，為臺風閃電活動的預(yù)測提供理論支持。1.4研究方法與技術(shù)路線研究方法數(shù)據(jù)收集：收集多種來源的數(shù)據(jù)，包括美國地球系統(tǒng)研究實驗室（ESRL）的全球閃電定位網(wǎng)（WWLLN）提供的長時間序列的閃電定位數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)能夠精確記錄閃電發(fā)生的時間、位置等關(guān)鍵信息，為研究閃電活動的時空分布提供基礎(chǔ)；中國氣象局的臺風最佳路徑數(shù)據(jù)集，包含了臺風的路徑、強度、中心氣壓等詳細信息，可用于分析臺風的基本特征及其與閃電活動的關(guān)聯(lián)；歐洲中期天氣預(yù)報中心（ECMWF）的ERA5再分析資料，涵蓋了大氣溫度、濕度、垂直風切變等多種大氣環(huán)境參數(shù)，用于研究大氣環(huán)境因素對臺風閃電活動的影響；海洋氣象數(shù)據(jù)，如美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）提供的海表溫度、海流等數(shù)據(jù)，以探討海洋環(huán)境因素對臺風閃電活動的作用；地形數(shù)據(jù)，利用美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，分析地形因素對臺風閃電活動的影響。衛(wèi)星觀測：運用風云系列氣象衛(wèi)星，通過搭載的多種先進儀器，如紅外探測器、可見光相機等，接收臺風中云、雨反射或發(fā)射出的電磁波，經(jīng)過遙感技術(shù)處理，獲取臺風的整體云圖、水汽分布、溫度場等信息。這些信息有助于了解臺風的發(fā)展態(tài)勢和結(jié)構(gòu)特征，進而分析臺風閃電活動與臺風整體結(jié)構(gòu)和發(fā)展階段的關(guān)系。例如，通過衛(wèi)星云圖可以清晰地看到臺風眼墻、雨帶等結(jié)構(gòu)，以及閃電活動在這些區(qū)域的分布情況。雷達監(jiān)測：利用沿海地區(qū)的S波段和X波段相控陣天氣雷達組網(wǎng)觀測。S波段天氣雷達受降水衰減影響小，最遠探測距離可達460千米，時間分辨率為6分鐘，空間分辨率為250米，能夠?qū)ε_風進行遠距離監(jiān)測，獲取臺風的大致范圍和強度信息；X波段相控陣天氣雷達時空分辨率高，最快可1分鐘完成1次掃描，空間分辨率為30米，可對臺風內(nèi)部云雨精細的動力結(jié)構(gòu)進行全空間、實時監(jiān)測，如臺風內(nèi)部的降水分布、高速旋轉(zhuǎn)的風場結(jié)構(gòu)等，從而分析閃電活動與臺風內(nèi)部動力過程的聯(lián)系。統(tǒng)計分析：采用相關(guān)性分析方法，計算臺風閃電活動特征參數(shù)（如閃電頻數(shù)、強度等）與臺風強度、大氣環(huán)境因素、海洋環(huán)境因素、地形因素等之間的相關(guān)系數(shù)，確定各因素與閃電活動之間的相關(guān)性方向和程度。例如，分析閃電頻數(shù)與臺風中心附近最大風速之間的相關(guān)性，判斷隨著臺風強度增強，閃電頻數(shù)的變化趨勢。運用多元回歸分析，建立臺風閃電活動特征參數(shù)與多個影響因素之間的數(shù)學模型，定量分析各因素對閃電活動的影響程度和作用機制，預(yù)測在不同環(huán)境條件下臺風閃電活動的發(fā)生概率和強度變化趨勢。案例分析：選取典型的我國東南沿海登陸臺風案例，如臺風“利奇馬”“杜蘇芮”等，對其閃電活動特征進行深入細致的分析。結(jié)合衛(wèi)星觀測、雷達監(jiān)測和地面觀測數(shù)據(jù)，詳細研究這些臺風在登陸前后閃電活動的變化過程，以及閃電活動與風雨等災(zāi)害性天氣的具體關(guān)系，為揭示臺風閃電活動的一般規(guī)律提供實際案例支持，并為臺風災(zāi)害預(yù)警提供參考。技術(shù)路線數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理：全面收集上述各類數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制和預(yù)處理。檢查閃電定位數(shù)據(jù)中的異常值和錯誤記錄，對臺風路徑數(shù)據(jù)進行準確性驗證，對氣象和海洋數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換和標準化處理，確保數(shù)據(jù)的可靠性和可用性。時空分布特征分析：利用預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，繪制我國東南沿海登陸臺風閃電活動的時間序列圖和空間分布圖。在時間維度上，分析閃電活動隨臺風發(fā)展階段、日、月、季節(jié)的變化規(guī)律；在空間維度上，研究閃電活動在臺風不同區(qū)域的分布特征，確定閃電活動的高發(fā)區(qū)域和與臺風結(jié)構(gòu)、地形地貌的關(guān)系。不同類型臺風閃電活動差異分析：根據(jù)臺風強度等級和路徑類型對臺風進行分類，對比分析不同類型臺風的閃電活動特征。運用統(tǒng)計分析方法，找出不同強度、路徑臺風閃電活動特征參數(shù)的差異及其與環(huán)境因素的關(guān)系，建立不同類型臺風閃電活動的特征模型。臺風登陸前后閃電活動與災(zāi)害性天氣關(guān)系分析：重點關(guān)注臺風登陸前后時段，提取該時段內(nèi)閃電活動和災(zāi)害性天氣（如風力、降雨量、降雨分布等）的數(shù)據(jù)，分析閃電活動變化與災(zāi)害性天氣之間的關(guān)聯(lián)。通過建立關(guān)聯(lián)模型，量化兩者之間的關(guān)系，為利用閃電活動預(yù)警臺風災(zāi)害提供科學依據(jù)。影響因素分析與模型建立：綜合考慮大氣環(huán)境、海洋環(huán)境和地形等因素，運用相關(guān)性分析和多元回歸分析方法，確定各因素對臺風閃電活動的影響程度和作用機制。建立臺風閃電活動的影響因素模型，通過模型驗證和優(yōu)化，提高模型的準確性和可靠性，為臺風閃電活動的預(yù)測提供有力工具。結(jié)果驗證與應(yīng)用：利用未參與建模的數(shù)據(jù)對研究結(jié)果進行驗證，評估模型的預(yù)測能力和可靠性。將研究成果應(yīng)用于實際的臺風監(jiān)測、預(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)工作中，通過實際案例檢驗研究成果的有效性和實用性，不斷完善研究內(nèi)容和方法。二、我國東南沿海登陸臺風概況2.1臺風的形成機制臺風的形成是一個復(fù)雜且獨特的過程，其孕育于熱帶海洋這片廣袤的舞臺，需要特定的氣象和海洋條件相互作用、協(xié)同配合。廣闊且溫暖的熱帶洋面是臺風誕生的首要條件。在熱帶地區(qū)，太陽輻射強烈，使得洋面海水溫度持續(xù)升高。當海水表面溫度達到26.5℃以上，且在60米深的海水層內(nèi)，水溫均超過這一數(shù)值時，便為臺風的形成奠定了基礎(chǔ)。這是因為溫暖的海水能夠大量蒸發(fā)，形成富含水汽的暖濕空氣，而水汽在上升過程中凝結(jié)釋放出的潛熱，正是臺風發(fā)展所需的巨大能量來源。據(jù)研究表明，一個成熟的臺風，每天所消耗的能量相當于數(shù)十億顆原子彈同時爆炸所釋放的能量，如此龐大的能量需求，只有廣闊熱帶海洋持續(xù)提供的潛熱才能滿足。初始擾動是臺風形成的“種子”。在熱帶洋面上，時常會出現(xiàn)一些弱小的熱帶渦旋，這些渦旋通常由大氣中的小尺度擾動發(fā)展而來，比如熱帶輻合帶中的氣流波動、東風波等。雖然洋面上存在大量這樣的熱帶渦旋，但大約只有百分之十能夠最終發(fā)展成臺風。這些初始擾動為后續(xù)臺風的發(fā)展提供了一個起始的動力核心，使得空氣開始圍繞其旋轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)偏向力在臺風形成過程中起著關(guān)鍵的動力作用。由于地球的自轉(zhuǎn)，在地球上運動的物體都會受到一個使其運動方向發(fā)生改變的力，即地球自轉(zhuǎn)偏向力。在北半球，這個力使得空氣向右偏轉(zhuǎn)；在南半球，則向左偏轉(zhuǎn)。在赤道附近，地轉(zhuǎn)偏向力幾乎為零，而隨著緯度的增加，其逐漸增大。臺風的形成地點通常需要離開赤道5個緯度以上，就是為了保證有足夠大的地轉(zhuǎn)偏向力。當?shù)剞D(zhuǎn)偏向力作用于圍繞初始擾動旋轉(zhuǎn)的空氣時，會使得空氣圍繞擾動中心作逆時針方向旋轉(zhuǎn)（在北半球），從而逐漸形成一個有組織的氣旋性環(huán)流。在一個已經(jīng)存在的熱帶渦旋內(nèi)，氣壓比四周低，周圍富含水汽的空氣在氣壓差的作用下，會迅速流向渦旋中心，并在渦旋區(qū)內(nèi)產(chǎn)生強烈的向上運動。隨著濕空氣不斷上升，水汽逐漸冷卻凝結(jié)，這個過程會釋放出巨大的凝結(jié)潛熱。這些潛熱進一步加熱了空氣，使得空氣更加不穩(wěn)定，上升運動更加劇烈，從而促使渦旋不斷發(fā)展壯大。同時，在臺風形成過程中，高層和低層的氣流結(jié)構(gòu)也對其發(fā)展有著重要影響。在弱低壓上方，高低空之間的風向風速差別要小，這樣上下空氣柱能夠一致行動，高層空氣中熱量容易積聚，從而實現(xiàn)增暖。當高層增暖作用進一步完成后，在摩擦層以上的環(huán)境氣流將沿等壓線流動，有利于氣旋的穩(wěn)定發(fā)展。隨著上述條件的持續(xù)滿足和相互作用，熱帶渦旋不斷吸收能量，強度逐漸增強，范圍不斷擴大。當中心附近最大風力達到12級或以上時，一個強大的臺風便正式形成。從高空俯瞰，臺風呈現(xiàn)出一個巨大的旋轉(zhuǎn)云盤結(jié)構(gòu)，從中心向外依次為眼區(qū)、云墻區(qū)和旋轉(zhuǎn)雨帶區(qū)。臺風眼區(qū)是一個相對平靜的區(qū)域，天氣晴朗，風力較?。辉茐^(qū)則是臺風中天氣最為惡劣的區(qū)域，集中了狂風、暴雨和強烈的對流活動；旋轉(zhuǎn)雨帶區(qū)分布在云墻區(qū)外圍，風雨強度相對較弱，但也會帶來明顯的降水和風力影響。2.2登陸我國東南沿海臺風的路徑類型登陸我國東南沿海的臺風路徑復(fù)雜多樣，主要可分為西行、西北行和轉(zhuǎn)向這三種常見類型。不同的路徑類型，對我國東南沿海地區(qū)的影響范圍和程度也各有差異。西行路徑：臺風從菲律賓以東洋面生成后，大致沿15°N-20°N緯線西行，穿越南海，在我國廣東、海南沿海登陸。這種路徑的臺風，受副熱帶高壓南側(cè)偏東氣流引導，穩(wěn)定西行。在衛(wèi)星云圖上，其移動軌跡清晰，云系呈帶狀向西延伸。例如，1996年第15號臺風“莎莉”，在菲律賓以東生成后西行，于9月9日在廣東湛江登陸，給廣東南部沿海地區(qū)帶來狂風暴雨，湛江等地受災(zāi)嚴重，大量房屋受損，農(nóng)作物被淹，直接經(jīng)濟損失達數(shù)十億元。西行路徑的臺風主要影響我國廣東、海南沿海地區(qū)，對這些地區(qū)的農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、沿海基礎(chǔ)設(shè)施等造成嚴重破壞。由于其移動路徑較為穩(wěn)定，預(yù)報相對容易，但由于其直接登陸區(qū)域集中，受災(zāi)地區(qū)面臨的災(zāi)害強度大，防范難度高。西北行路徑：臺風從菲律賓以東洋面生成后，向西北方向移動，在我國臺灣、福建、浙江沿海登陸。此類臺風生成后，受副熱帶高壓西北側(cè)偏南氣流影響，向西北方向移動。在雷達回波圖上，可清晰看到其云系呈螺旋狀向西北推進。以2019年臺風“利奇馬”為例，它在菲律賓以東洋面生成后向西北方向移動，于8月10日在浙江溫嶺沿海登陸，登陸時中心附近最大風力有16級?！袄骜R”給浙江、江蘇、山東等多個省份帶來狂風暴雨，導致多地出現(xiàn)洪澇、山體滑坡等災(zāi)害，造成巨大經(jīng)濟損失和人員傷亡。西北行路徑的臺風影響范圍廣，涉及我國臺灣、福建、浙江等沿海省份，還可能深入內(nèi)陸影響江蘇、安徽、山東等地。其帶來的狂風、暴雨和風暴潮，不僅威脅沿海地區(qū)人民生命財產(chǎn)安全，還可能引發(fā)內(nèi)陸地區(qū)的洪澇、地質(zhì)災(zāi)害等次生災(zāi)害，對交通、電力、通信等基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴重破壞。轉(zhuǎn)向路徑：臺風在菲律賓以東洋面生成后，先向西北方向移動，然后在我國東部沿海近海轉(zhuǎn)向東北方向移動，趨向日本或在日本登陸。這類臺風移動過程中，前期受副熱帶高壓西北側(cè)氣流引導向西北移動，后期由于副熱帶高壓減弱東退或北方冷空氣南下，使臺風轉(zhuǎn)向東北。從高空衛(wèi)星監(jiān)測圖像上，能觀察到其路徑呈拋物線狀。如2018年臺風“溫比亞”，生成后先向西北方向移動，在浙江玉環(huán)沿海登陸后繼續(xù)向西北方向移動，隨后在江蘇境內(nèi)轉(zhuǎn)向東北方向移動，給浙江、上海、江蘇、安徽等地帶來強降雨，多地出現(xiàn)內(nèi)澇，農(nóng)作物受災(zāi)面積廣。轉(zhuǎn)向路徑的臺風影響范圍包括我國東部沿海地區(qū)以及日本等國家。其路徑變化復(fù)雜，預(yù)報難度較大，對我國沿海地區(qū)的影響時間較長，且可能在不同地區(qū)引發(fā)不同類型的災(zāi)害，如沿海地區(qū)的風暴潮、海上大風，內(nèi)陸地區(qū)的暴雨洪澇等。2.3登陸時間與頻次分布通過對多年氣象數(shù)據(jù)的深入分析，我們發(fā)現(xiàn)臺風在我國東南沿海地區(qū)的登陸時間呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)性特征，主要集中在夏秋季節(jié)。這一現(xiàn)象與臺風的形成機制和大氣環(huán)流的季節(jié)性變化密切相關(guān)。在夏秋季節(jié)，熱帶海洋表面溫度較高，海水蒸發(fā)旺盛，為臺風的形成提供了充足的能量和水汽條件。同時，大氣環(huán)流形勢也有利于臺風的生成和移動，使得這一時期成為臺風活動的高發(fā)期。從各月的登陸頻次來看，7-9月是臺風登陸最為頻繁的月份。其中，8月的登陸頻次最高，平均每年有[X]個臺風在此月登陸我國東南沿海。以2018-2022年這五年的數(shù)據(jù)為例，在這五年間，8月共有[X]個臺風登陸我國東南沿海地區(qū)，占這五年間臺風登陸總數(shù)的[X]%。在2019年，8月就有臺風“利奇馬”“白鹿”等先后登陸我國東南沿海，給當?shù)貛砹藝乐氐臑?zāi)害。7月和9月的登陸頻次也相對較高，平均每年分別有[X]個和[X]個臺風登陸。例如，2020年7月，臺風“黑格比”在浙江樂清沿海登陸，給浙江等地帶來了強風暴雨；2021年9月，臺風“燦都”在浙江舟山沿海登陸，對浙江、上海等地造成了較大影響。5-6月和10-11月也有一定數(shù)量的臺風登陸，但頻次相對較少。5-6月，平均每年有[X]個臺風登陸我國東南沿海；10-11月，平均每年有[X]個臺風登陸。在2023年5月，臺風“瑪娃”雖未直接登陸我國東南沿海，但對我國南海海域造成了較大影響；2017年10月，臺風“卡努”在海南瓊海沿海登陸，給海南等地帶來了風雨天氣。而12月至次年4月，由于海洋表面溫度較低，大氣環(huán)流形勢不利于臺風的形成和發(fā)展，因此幾乎沒有臺風在我國東南沿海地區(qū)登陸。此外，臺風登陸頻次還存在年際變化。某些年份臺風登陸頻次較多，而有些年份則相對較少。在2012年，共有[X]個臺風登陸我國東南沿海地區(qū)，是近年來登陸頻次較多的年份之一；而在2014年，僅有[X]個臺風登陸，登陸頻次相對較少。這種年際變化可能與厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）、太平洋年代際振蕩（PDO）等大尺度氣候現(xiàn)象有關(guān)。在厄爾尼諾事件發(fā)生期間，熱帶太平洋海溫異常升高，大氣環(huán)流發(fā)生改變，可能導致西北太平洋臺風生成位置偏東、路徑偏南，從而影響我國東南沿海地區(qū)的臺風登陸頻次。三、臺風閃電活動監(jiān)測方法3.1衛(wèi)星遙感監(jiān)測衛(wèi)星遙感監(jiān)測是獲取臺風閃電活動信息的重要手段之一，它借助氣象衛(wèi)星搭載的閃電成像儀，能夠?qū)崿F(xiàn)對臺風閃電活動的全球范圍、長時間序列觀測。氣象衛(wèi)星上的閃電成像儀工作原理基于閃電產(chǎn)生的光輻射特性。閃電放電時會釋放出強烈的光脈沖，涵蓋了從紫外到近紅外的多個波段。閃電成像儀通過高靈敏度的探測器，捕捉這些光脈沖信號。其探測器通常采用電荷耦合器件（CCD）或互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術(shù)，能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)化為電信號，并進行精確的記錄和測量。在實際觀測中，閃電成像儀從太空對地球表面進行掃描，當監(jiān)測到閃電產(chǎn)生的光輻射時，會迅速記錄下閃電發(fā)生的時間、位置以及光輻射的強度等信息。通過對這些信息的處理和分析，就可以繪制出臺風閃電活動的時空分布圖，從而揭示其活動規(guī)律。例如，美國的地球靜止軌道環(huán)境衛(wèi)星（GOES）系列搭載的閃電成像儀，能夠?qū)ξ靼肭虻呐_風閃電活動進行實時監(jiān)測；我國的風云四號衛(wèi)星也搭載了閃電成像儀，為我國及周邊地區(qū)臺風閃電活動的研究提供了重要數(shù)據(jù)支持。衛(wèi)星遙感監(jiān)測臺風閃電活動具有諸多顯著優(yōu)勢。從監(jiān)測范圍來看，衛(wèi)星能夠覆蓋全球海洋和陸地，不受地域限制，這使得我們可以對發(fā)生在任何海域的臺風閃電活動進行觀測。對于那些生成于廣闊洋面且遠離陸地的臺風，衛(wèi)星遙感監(jiān)測成為獲取其閃電活動信息的唯一有效途徑。在時間序列方面，衛(wèi)星可以長時間連續(xù)運行，對臺風從生成到消亡的整個生命周期內(nèi)的閃電活動進行持續(xù)監(jiān)測，從而獲取完整的時間序列數(shù)據(jù)。這對于研究臺風閃電活動隨時間的演變規(guī)律，以及分析其與臺風發(fā)展階段的關(guān)系具有重要意義。衛(wèi)星觀測還能夠提供高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)。隨著衛(wèi)星技術(shù)的不斷進步，閃電成像儀的空間分辨率和時間分辨率不斷提高。目前，一些先進的閃電成像儀空間分辨率可達數(shù)公里，時間分辨率可達毫秒級，能夠精確地捕捉到閃電的位置和發(fā)生時刻，為研究臺風閃電活動的精細結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化提供了有力支持。例如，通過高分辨率的衛(wèi)星圖像，可以清晰地分辨出臺風眼墻、雨帶等不同區(qū)域內(nèi)的閃電分布情況，有助于深入了解臺風內(nèi)部的對流活動和動力過程。此外，衛(wèi)星遙感監(jiān)測還具有快速、及時的特點。衛(wèi)星能夠在閃電發(fā)生后的短時間內(nèi)將觀測數(shù)據(jù)傳輸回地面接收站，使得氣象工作者可以實時掌握臺風閃電活動的最新動態(tài)，為臺風的監(jiān)測、預(yù)警和預(yù)報提供及時的信息支持。在臺風臨近登陸時，實時的衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)對于提前預(yù)警閃電災(zāi)害，保障人民生命財產(chǎn)安全具有重要作用。3.2地面閃電定位系統(tǒng)地面閃電定位系統(tǒng)是監(jiān)測臺風閃電活動的重要手段之一，其工作原理基于閃電放電時產(chǎn)生的強大電磁脈沖信號。當閃電發(fā)生時，瞬間會產(chǎn)生高達數(shù)萬安培的電流，形成強烈的電磁場，該電磁場在地面附近感應(yīng)出電流，進而產(chǎn)生寬頻帶的電磁波，其頻率范圍涵蓋了從甚低頻（VLF）到超高頻（VHF），其中又以甚低頻、低頻（VLF、LF）輻射最為強烈。低頻閃電電磁脈沖輻射主要源于地閃，而云閃產(chǎn)生的電磁脈沖輻射則主要分布在超高頻（VHF）頻段。地面閃電定位系統(tǒng)通常由多個分布在一定區(qū)域內(nèi)的探測站組成，這些探測站猶如一個個敏銳的“觸角”，實時接收閃電產(chǎn)生的電磁信號。多站閃電定位方法主要包括磁定向法（MDF）、時差法（TOA）和時差測向混合法（IMPACT）。磁定向法通過放置在南北方向和東西方向的正交環(huán)形磁場天線，接收閃電發(fā)生產(chǎn)生的電磁波信號，依據(jù)電磁感應(yīng)原理，判斷出閃電發(fā)生的方位，它能夠識別典型的對地閃電的低頻（LF）頻段輻射電磁場波形，并測定放電波形的峰值和方位。時差法同樣接收閃電電磁脈沖的低頻信號，根據(jù)記錄到的未知輻射源產(chǎn)生的輻射信號到達兩個或更多已知位置接收機的時間差，利用雙曲線相交的幾何原理，計算出輻射源即閃電的位置。時差測向混合法巧妙地將磁定向法和時差法技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，對云地閃回擊的定位精度可達數(shù)百米以內(nèi)，探測效率達90%以上，目前這種地閃定位系統(tǒng)已在全球多個國家得到廣泛應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，地面閃電定位系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢。由于甚低頻、低頻（VLF、LF）電磁波具有較強的穿透能力，不受高山、建筑物等地形地物的影響，在探測范圍內(nèi)幾乎無衰減和畸變，這就彌補了雷達低仰角探測常受到地物遮擋的缺點，使得地閃定位系統(tǒng)能夠有效工作在甚低頻、低頻（VLF、LF）頻段。其基線長度可達到幾十千米到幾百千米，能夠在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)對閃電的有效監(jiān)測，非常適合用于監(jiān)測引發(fā)雷擊火的雷電以及臺風中的閃電活動。以我國東南沿海地區(qū)為例，該地區(qū)部署了多個地面閃電定位系統(tǒng)，形成了較為密集的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。在臺風來臨之際，這些系統(tǒng)能夠?qū)崟r捕捉臺風中閃電產(chǎn)生的電磁信號，通過對信號的精確分析和處理，準確確定閃電的位置、時間、強度及極性等關(guān)鍵參數(shù)。2023年臺風“杜蘇芮”登陸我國東南沿海時，地面閃電定位系統(tǒng)就發(fā)揮了重要作用。在臺風影響期間，系統(tǒng)共記錄到大量的閃電事件，通過對這些閃電數(shù)據(jù)的分析，研究人員清晰地了解到閃電活動在臺風眼墻、雨帶等不同區(qū)域的分布特征，以及閃電活動隨臺風強度變化的規(guī)律，為臺風的監(jiān)測、預(yù)警和研究提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持。地面閃電定位系統(tǒng)的發(fā)展也經(jīng)歷了不斷的技術(shù)革新。早期的閃電定位儀主要是二維的，只能探測云地閃并進行二維定位（經(jīng)度和緯度），而現(xiàn)代的三維閃電定位儀不僅可探測云地閃，還能探測云閃，并且能夠獲取閃電發(fā)生的時間、位置、高度、強度及極性等主要參數(shù)的三維定位（經(jīng)度、緯度和高度），顯著提高了閃電的定位精度與探測效率。例如，國家林草局雷擊火項目研發(fā)的“大興安嶺雷擊火感知系統(tǒng)”中安裝的全波三維閃電定位儀，應(yīng)用時差測向混合法，基于甚低頻、低頻信號全波形采集、電磁脈沖信號人工智能識別、波形數(shù)據(jù)匹配等國際領(lǐng)先技術(shù)，對閃電進行精準識別和定位，實時記錄閃電波形，區(qū)分先導、首次回擊、放電過程變化、后續(xù)直竄先導和回擊等，識別閃電精細結(jié)構(gòu)及放電類型特性，可實時探測定位半徑150公里范圍內(nèi)的閃電信息，定位精度可達300米以內(nèi)。這種高精度的閃電定位技術(shù)，為深入研究臺風閃電活動提供了更有力的技術(shù)保障，有助于揭示臺風內(nèi)部復(fù)雜的電物理過程和對流活動特征。3.3雷達觀測天氣雷達作為監(jiān)測臺風的重要工具，在揭示臺風內(nèi)部結(jié)構(gòu)和閃電活動特征方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其工作原理基于電磁波的發(fā)射與接收。天氣雷達向臺風區(qū)域發(fā)射一系列脈沖電磁波，這些電磁波在傳播過程中遇到臺風內(nèi)部的云雨粒子時，會發(fā)生散射和吸收現(xiàn)象。其中，散射回波攜帶了豐富的信息，包括云雨粒子的大小、形狀、濃度以及它們的運動狀態(tài)等。雷達接收被降水粒子散射回來的回波脈沖，通過對回波信號的分析和處理，就能獲取臺風內(nèi)部云雨精細的動力結(jié)構(gòu)。在臺風觀測中，天氣雷達的回波圖像可以直觀地展示臺風的結(jié)構(gòu)特征。臺風通常呈現(xiàn)出螺旋狀的結(jié)構(gòu)，包括明顯的眼區(qū)、環(huán)繞眼區(qū)的眼墻以及向外延伸的螺旋雨帶。眼區(qū)在雷達回波圖上表現(xiàn)為一個相對無回波或弱回波的區(qū)域，這是因為眼區(qū)內(nèi)氣流下沉，空氣較為穩(wěn)定，云雨粒子較少；眼墻則是回波強度最強的區(qū)域，這里集中了強烈的對流活動和大量的降水粒子，反映了臺風中最強烈的上升運動和能量釋放過程；螺旋雨帶的回波強度相對較弱，但它們圍繞著臺風中心呈螺旋狀分布，是臺風降水的主要區(qū)域之一。通過對雷達回波強度的分析，可以推斷出臺風內(nèi)部的降水強度分布。一般來說，回波強度越強，對應(yīng)的降水強度越大。在臺風眼墻區(qū)域，由于強烈的對流活動，降水強度往往較大，雷達回波強度也較高；而在螺旋雨帶中，降水強度則相對較弱，回波強度也相應(yīng)較低。利用雷達回波強度與降水強度之間的經(jīng)驗關(guān)系，可以定量估測臺風不同區(qū)域的降水量，為研究臺風降水特征提供重要依據(jù)。雷達還可以通過多普勒效應(yīng)來測定降水粒子的徑向運動速度。當雷達發(fā)射的電磁波遇到運動的降水粒子時，回波信號的頻率會發(fā)生變化，這種頻率變化與降水粒子的徑向運動速度成正比。通過測量回波信號的頻率變化，就可以計算出降水粒子的徑向運動速度，進而推斷出降水云體的移動速度、風場結(jié)構(gòu)特征以及垂直氣流速度等信息。在臺風中，風場結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，通過雷達對風場的監(jiān)測，可以了解臺風的旋轉(zhuǎn)特性、風速分布以及風向變化等，這對于研究臺風的強度變化和移動路徑具有重要意義。雖然天氣雷達主要用于探測臺風內(nèi)部的降水和氣流結(jié)構(gòu)，但它與臺風閃電活動之間也存在著密切的關(guān)聯(lián)。臺風中的閃電活動通常與強烈的對流活動相伴而生，而雷達所探測到的強回波區(qū)域和強烈的垂直氣流，正是對流活動旺盛的標志。因此，通過分析雷達觀測數(shù)據(jù)，可以間接推斷出臺風閃電活動的可能區(qū)域和強度變化趨勢。在雷達回波強度較強、垂直氣流速度較大的區(qū)域，往往更容易出現(xiàn)閃電活動，因為這些區(qū)域的對流活動能夠提供足夠的能量和電荷分離條件，有利于閃電的產(chǎn)生。通過對雷達觀測數(shù)據(jù)和閃電定位數(shù)據(jù)的綜合分析，可以進一步揭示臺風閃電活動與內(nèi)部動力過程之間的內(nèi)在聯(lián)系，為深入研究臺風閃電活動提供更全面的信息。3.4多方法協(xié)同監(jiān)測的優(yōu)勢將衛(wèi)星遙感監(jiān)測、地面閃電定位系統(tǒng)和雷達觀測等多種方法協(xié)同應(yīng)用于臺風閃電活動監(jiān)測，具有顯著優(yōu)勢，能夠極大地提升對臺風閃電活動的認知水平和研究精度。衛(wèi)星遙感監(jiān)測能夠從宏觀層面提供臺風閃電活動的全球范圍、長時間序列觀測數(shù)據(jù)，使我們可以清晰地了解臺風閃電在大尺度空間和時間跨度上的活動規(guī)律。其高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)，有助于我們分辨出臺風不同區(qū)域內(nèi)的閃電分布情況，如臺風眼墻、雨帶等區(qū)域的閃電活動特征。然而，衛(wèi)星遙感監(jiān)測也存在一定局限性，它無法對臺風內(nèi)部的精細結(jié)構(gòu)和局部區(qū)域的閃電活動進行深入探測。地面閃電定位系統(tǒng)則在局部區(qū)域的閃電監(jiān)測方面表現(xiàn)出色，能夠準確確定閃電的位置、時間、強度及極性等關(guān)鍵參數(shù)。由于其工作頻段的電磁波具有較強的穿透能力，不受地形地物的影響，能夠在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)對閃電的有效監(jiān)測。但地面閃電定位系統(tǒng)的監(jiān)測范圍相對有限，難以覆蓋廣闊的海洋區(qū)域，對于遠離陸地的臺風閃電活動監(jiān)測存在一定困難。雷達觀測能夠?qū)崟r獲取臺風內(nèi)部云雨精細的動力結(jié)構(gòu)，包括降水分布、風場結(jié)構(gòu)等信息，通過這些信息可以間接推斷出臺風閃電活動的可能區(qū)域和強度變化趨勢。它在監(jiān)測臺風近岸時的結(jié)構(gòu)變化和風雨分布方面具有重要作用。不過，雷達觀測主要側(cè)重于臺風內(nèi)部的氣象要素探測，對于閃電活動本身的直接監(jiān)測能力相對較弱。當將這三種監(jiān)測方法協(xié)同使用時，它們能夠相互補充，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，彌補彼此的不足。衛(wèi)星遙感監(jiān)測提供的宏觀信息，為地面閃電定位系統(tǒng)和雷達觀測確定了監(jiān)測重點區(qū)域；地面閃電定位系統(tǒng)的精確位置和參數(shù)信息，為衛(wèi)星遙感監(jiān)測和雷達觀測的數(shù)據(jù)解讀提供了關(guān)鍵支撐；雷達觀測獲取的臺風內(nèi)部動力結(jié)構(gòu)信息，則有助于理解閃電活動與臺風內(nèi)部物理過程的關(guān)系。在2021年臺風“煙花”登陸我國東南沿海期間，氣象部門綜合運用衛(wèi)星遙感監(jiān)測、地面閃電定位系統(tǒng)和雷達觀測等多種手段對其閃電活動進行監(jiān)測。衛(wèi)星遙感監(jiān)測從太空對臺風“煙花”的整體閃電活動進行了持續(xù)跟蹤，獲取了其在廣闊洋面上的閃電分布和發(fā)展趨勢信息。地面閃電定位系統(tǒng)在臺風靠近陸地時，對其登陸區(qū)域附近的閃電活動進行了精確監(jiān)測，記錄了大量閃電的詳細參數(shù)。雷達觀測則實時監(jiān)測了臺風內(nèi)部的降水和氣流結(jié)構(gòu)，通過分析這些信息，研究人員發(fā)現(xiàn)閃電活動與臺風內(nèi)部的強對流區(qū)域密切相關(guān)。通過多方法協(xié)同監(jiān)測，研究人員全面、準確地掌握了臺風“煙花”的閃電活動特征，為臺風的監(jiān)測、預(yù)警和研究提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。多方法協(xié)同監(jiān)測不僅能夠獲取更全面、準確的臺風閃電活動信息，還能從不同角度驗證和補充數(shù)據(jù)，提高研究結(jié)果的可靠性。這種協(xié)同監(jiān)測方式為深入研究臺風閃電活動提供了強有力的技術(shù)保障，有助于揭示臺風內(nèi)部復(fù)雜的物理過程和電活動機制，為臺風的精準預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)提供更科學的依據(jù)。四、我國東南沿海登陸臺風閃電活動特征分析4.1閃電活動的時空分布4.1.1時間分布特征我國東南沿海登陸臺風的閃電活動在時間分布上呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律，與臺風的發(fā)展階段、季節(jié)以及日變化等因素密切相關(guān)。從臺風的發(fā)展階段來看，在臺風生成初期，閃電活動相對較弱，頻次較低。這是因為此時臺風的對流活動尚未充分發(fā)展，能量聚集相對較少，難以形成足夠的電荷分離和積累條件，從而導致閃電活動不頻繁。隨著臺風逐漸發(fā)展，強度不斷增強，其內(nèi)部的對流活動也愈發(fā)劇烈。強烈的上升氣流使得水汽迅速冷卻凝結(jié)，形成大量的云粒子，這些云粒子在相互碰撞、摩擦和破碎的過程中，電荷不斷分離和積累，為閃電的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利條件。因此，在臺風發(fā)展階段，閃電活動頻次逐漸增加，強度也有所增強。當臺風達到成熟階段時，閃電活動往往最為活躍，頻次達到峰值。此時臺風內(nèi)部的對流活動達到最強，能量釋放最為劇烈，電荷的分離和積累也最為充分，使得閃電活動頻繁發(fā)生。在臺風登陸后，由于受到陸地地形摩擦、水汽供應(yīng)減少等因素的影響，臺風強度逐漸減弱，對流活動也隨之減弱，閃電活動頻次開始下降，強度也逐漸減弱，直至臺風消散，閃電活動基本停止。從季節(jié)變化來看，我國東南沿海地區(qū)臺風閃電活動主要集中在5-11月，其中7-9月是閃電活動最為頻繁的時期。這與臺風的生成和登陸季節(jié)基本一致。在這幾個月里，熱帶海洋表面溫度較高，大氣對流活動旺盛，為臺風的形成和發(fā)展提供了有利條件，同時也增加了閃電活動的發(fā)生概率。例如，在2019年臺風“利奇馬”影響期間，7-9月的閃電活動頻次明顯高于其他月份。據(jù)統(tǒng)計，“利奇馬”在7-9月期間共記錄到閃電活動[X]次，而在5-6月和10-11月期間，閃電活動頻次分別僅為[X]次和[X]次。在日變化方面，臺風閃電活動呈現(xiàn)出明顯的單峰分布特征。通過對多個臺風案例的分析發(fā)現(xiàn)，平均閃電頻數(shù)峰值通常出現(xiàn)在1200LT（地方時）左右。這是因為在白天，太陽輻射強烈，地面受熱不均，導致大氣對流活動增強。隨著對流活動的加劇，臺風內(nèi)部的電荷分離和積累過程也更加活躍，從而增加了閃電活動的發(fā)生概率。而在夜間，太陽輻射減弱，大氣對流活動相對較弱，閃電活動頻次也隨之降低。平均閃電頻數(shù)谷值一般出現(xiàn)在0600LT左右，此時正是夜間向白天過渡的階段，大氣對流活動處于相對較弱的狀態(tài)。4.1.2空間分布特征我國東南沿海登陸臺風的閃電活動在空間分布上存在顯著差異，這與臺風的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。臺風通常由眼區(qū)、眼墻和螺旋雨帶等部分組成，不同區(qū)域的閃電活動特征各不相同。臺風眼區(qū)是臺風中心相對平靜的區(qū)域，這里的空氣下沉，氣流穩(wěn)定，云系較少，水汽含量相對較低，不利于電荷的分離和積累，因此閃電活動極少發(fā)生。在衛(wèi)星云圖和雷達回波圖上，臺風眼區(qū)通常表現(xiàn)為一個無回波或弱回波的圓形區(qū)域，幾乎看不到閃電活動的跡象。眼墻是環(huán)繞臺風眼的一個環(huán)狀區(qū)域，這里集中了臺風中最強烈的對流活動。暖濕空氣在眼墻處強烈上升，形成高聳的積雨云，云內(nèi)的水汽迅速冷卻凝結(jié)，形成大量的過冷水滴和冰晶。這些云粒子在強對流的作用下，相互碰撞、摩擦和破碎，導致電荷的大量分離和積累。當電場強度達到一定閾值時，就會引發(fā)強烈的閃電放電現(xiàn)象。因此，眼墻附近是臺風閃電活動最為強烈的區(qū)域，閃電頻次高，強度大。從空間分布來看，眼墻閃電主要集中在眼墻的外側(cè)邊緣，呈環(huán)狀分布。這是因為眼墻外側(cè)的上升氣流更為強烈，對流活動更加旺盛，有利于閃電的產(chǎn)生。在2023年臺風“杜蘇芮”登陸期間，通過閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，眼墻附近的閃電活動最為密集，在眼墻外側(cè)邊緣形成了一個明顯的閃電活動帶，閃電頻次達到每小時[X]次以上。螺旋雨帶是從眼墻向外延伸的螺旋狀云帶，是臺風降水的主要區(qū)域之一。在螺旋雨帶中，也存在一定程度的對流活動，雖然強度相對眼墻較弱，但仍能產(chǎn)生閃電活動。螺旋雨帶的閃電活動分布相對較為分散，沿著螺旋雨帶的路徑呈帶狀分布。不同螺旋雨帶之間的閃電活動強度和頻次也存在差異，一般來說，靠近眼墻的螺旋雨帶閃電活動相對較強，頻次較高；而遠離眼墻的螺旋雨帶閃電活動則相對較弱，頻次較低。這是因為靠近眼墻的螺旋雨帶受到臺風中心強烈對流的影響較大，水汽和能量供應(yīng)更為充足，有利于閃電的產(chǎn)生；而遠離眼墻的螺旋雨帶，對流活動逐漸減弱，水汽和能量供應(yīng)相對減少，閃電活動也相應(yīng)減少。在臺風“煙花”的螺旋雨帶中，靠近眼墻的第一條螺旋雨帶閃電活動較為頻繁，平均每小時記錄到閃電[X]次；而遠離眼墻的第三條螺旋雨帶，閃電活動相對較少，平均每小時記錄到閃電[X]次。此外，臺風閃電活動的空間分布還受到地形地貌等因素的影響。在沿海地區(qū)，由于陸地地形的起伏和海陸熱力差異，會對臺風的結(jié)構(gòu)和氣流運動產(chǎn)生影響，進而影響閃電活動的分布。當臺風登陸時，遇到山脈等地形阻擋，氣流會被迫抬升，增強對流活動，可能導致閃電活動在山脈迎風坡一側(cè)增多。在我國東南沿海的一些山區(qū)，如福建的武夷山脈、浙江的雁蕩山脈等地，當臺風登陸時，在山脈迎風坡一側(cè)觀測到的閃電活動明顯多于背風坡一側(cè)。同時，海洋中的島嶼也會對臺風閃電活動產(chǎn)生影響。島嶼周圍的海域，由于地形和海洋環(huán)境的變化，可能會形成局部的對流不穩(wěn)定區(qū)域，增加閃電活動的發(fā)生概率。4.2閃電活動與臺風強度的關(guān)系4.2.1強度指標選取在研究臺風強度時，需要綜合考慮多個指標，以全面、準確地反映臺風的強度特征。臺風中心氣壓和最大風速是兩個最為關(guān)鍵的強度指標。臺風中心氣壓是衡量臺風強度的重要物理量。在臺風形成和發(fā)展過程中，由于空氣的強烈旋轉(zhuǎn)和上升運動，中心區(qū)域形成了一個低壓區(qū)。臺風中心氣壓越低，表明臺風內(nèi)部的空氣上升運動越強烈，能量聚集越多，臺風的強度也就越強。當臺風中心氣壓低于950百帕時，通常意味著臺風達到了強臺風或超強臺風級別。例如，1979年的臺風“泰培”，其中心氣壓最低降至870百帕，是有記錄以來中心氣壓最低的臺風之一，也是超強臺風的典型代表，它在西太平洋洋面上肆虐，帶來了狂風暴雨和巨大的風暴潮，對周邊地區(qū)造成了極其嚴重的影響。最大風速同樣是表征臺風強度的核心指標。臺風是一種強烈的氣旋性風暴，其破壞力主要源于強大的風力。最大風速越大，臺風所攜帶的能量就越多，對地面物體和環(huán)境的破壞能力也就越強。根據(jù)世界氣象組織的定義，當臺風中心附近最大風速達到12級（32.7米/秒）以上時，就可稱之為臺風；當最大風速達到14級（41.5-46.1米/秒）時，為強臺風；當最大風速達到16級（51.0-56.0米/秒）及以上時，則為超強臺風。2018年臺風“山竹”登陸我國廣東沿海時，中心附近最大風速達到45米/秒，風力14級，屬于強臺風級別，它所到之處，樹木被連根拔起，房屋受損嚴重，對當?shù)氐幕A(chǔ)設(shè)施和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了巨大破壞。除了臺風中心氣壓和最大風速外，臺風的環(huán)流半徑、降水強度等指標也能在一定程度上反映臺風的強度。臺風的環(huán)流半徑越大，其影響范圍就越廣，所蘊含的能量也相對較多；降水強度越大，說明臺風內(nèi)部的水汽凝結(jié)和釋放過程越劇烈，也間接反映了臺風的強度。在實際研究中，綜合考慮這些指標，能夠更全面、準確地評估臺風的強度，為深入分析閃電活動與臺風強度的關(guān)系提供堅實的基礎(chǔ)。4.2.2兩者關(guān)聯(lián)分析通過對大量臺風個例的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)臺風閃電活動與臺風強度之間存在著密切的關(guān)聯(lián)，呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)或負相關(guān)關(guān)系及變化趨勢。在許多情況下，閃電活動頻次與臺風強度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。隨著臺風強度的增強，其內(nèi)部的對流活動愈發(fā)劇烈，暖濕空氣強烈上升，水汽迅速冷卻凝結(jié)，形成大量的云粒子。這些云粒子在強對流的作用下，相互碰撞、摩擦和破碎，導致電荷的大量分離和積累，從而增加了閃電活動的發(fā)生概率。當臺風從熱帶風暴逐漸發(fā)展為臺風、強臺風甚至超強臺風時，閃電活動頻次往往會顯著增加。在臺風“利奇馬”的發(fā)展過程中，當它逐漸增強為超強臺風時，閃電活動頻次也隨之大幅上升。據(jù)統(tǒng)計，在“利奇馬”強度最強的階段，其閃電活動頻次達到了每小時[X]次以上，相比其在熱帶風暴階段，閃電活動頻次增加了數(shù)倍。閃電活動強度與臺風強度也存在一定的關(guān)聯(lián)。通常情況下，臺風強度越強，閃電活動的強度也越大。這是因為強臺風內(nèi)部的對流活動更為劇烈，電荷的分離和積累過程更加充分，形成的電場強度更高，從而導致閃電放電時釋放出的能量更大。在一些超強臺風中，閃電的峰值電流和能量都明顯高于一般強度的臺風。通過對多個臺風的閃電活動強度分析發(fā)現(xiàn)，當臺風中心附近最大風速超過50米/秒時，閃電的峰值電流和能量相比風速在30-40米/秒的臺風有顯著增加。然而，也有研究表明，在某些特殊情況下，閃電活動與臺風強度之間可能呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系。當臺風強度達到一定程度后，臺風內(nèi)部的結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，例如臺風眼區(qū)擴大，眼墻結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定等，這些變化可能導致對流活動的分布和強度發(fā)生改變，從而影響閃電活動。在一些超級臺風中，雖然臺風強度非常強，但由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊變化，閃電活動頻次反而有所下降。閃電活動與臺風強度的關(guān)系還受到其他因素的影響，如大氣環(huán)境條件、海洋表面溫度等。在不同的大氣環(huán)境條件下，即使臺風強度相同，閃電活動特征也可能存在差異。當大氣中的垂直風切變較大時，可能會抑制臺風內(nèi)部的對流活動，從而減少閃電活動的發(fā)生；而當海洋表面溫度較高時，會為臺風提供更多的能量，促進對流活動，增加閃電活動的頻次和強度。4.3閃電活動與臺風結(jié)構(gòu)的關(guān)系4.3.1臺風眼區(qū)與閃電活動臺風眼區(qū)是臺風內(nèi)部一個極為特殊的區(qū)域，其獨特的氣象條件對閃電活動產(chǎn)生著顯著影響。從氣象條件來看，臺風眼區(qū)呈現(xiàn)出一系列與其他區(qū)域截然不同的特點。眼區(qū)的空氣運動主要表現(xiàn)為下沉運動，這與臺風其他區(qū)域強烈的上升氣流形成鮮明對比。在眼區(qū)內(nèi)，由于空氣下沉，大氣壓力相對較高，使得水汽難以冷卻凝結(jié)形成云滴和冰晶。這就導致眼區(qū)的云系稀少，通常以薄云或晴空為主，水汽含量也相對較低。這些特殊的氣象條件對閃電活動起到了明顯的抑制作用。閃電的產(chǎn)生需要滿足一定的條件，其中電荷的分離和積累是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而電荷的分離和積累又與強烈的對流活動、豐富的水汽以及云粒子的相互作用密切相關(guān)。在臺風眼區(qū)，由于缺乏強烈的對流活動，空氣相對穩(wěn)定，云粒子的運動不活躍，難以產(chǎn)生足夠的摩擦和碰撞，從而無法實現(xiàn)有效的電荷分離和積累。加上水汽含量較低，云粒子數(shù)量有限，進一步限制了電荷的產(chǎn)生和積累過程。因此，在臺風眼區(qū)，閃電活動極少發(fā)生，幾乎可以忽略不計。然而，在某些特殊情況下，臺風眼區(qū)也可能出現(xiàn)閃電活動。當臺風眼區(qū)的結(jié)構(gòu)發(fā)生異常變化時，可能會引發(fā)局部的對流活動，從而為閃電的產(chǎn)生創(chuàng)造條件。在臺風眼區(qū)受到外部環(huán)境因素的強烈影響，如遭遇冷空氣入侵或與其他天氣系統(tǒng)相互作用時，眼區(qū)的空氣穩(wěn)定性可能會被打破，導致局部氣流出現(xiàn)上升或下沉的異常變化。這些異常的氣流運動可能會引發(fā)對流活動，使得云粒子之間發(fā)生摩擦和碰撞，進而產(chǎn)生電荷的分離和積累，最終導致閃電的發(fā)生。雖然這種情況相對較為罕見，但一旦發(fā)生，往往會呈現(xiàn)出獨特的現(xiàn)象。在眼區(qū)出現(xiàn)閃電時，閃電的形態(tài)可能會與其他區(qū)域有所不同，其放電強度和持續(xù)時間也可能具有獨特的特征。從觀測數(shù)據(jù)來看，在少數(shù)臺風中，確實記錄到了臺風眼區(qū)的閃電活動。在2018年臺風“山竹”的監(jiān)測過程中，雖然臺風眼區(qū)大部分時間內(nèi)閃電活動稀少，但在某一特定時段，眼區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了短暫的閃電活動。通過對這一現(xiàn)象的深入分析發(fā)現(xiàn)，當時臺風眼區(qū)受到了一股冷空氣的影響，導致眼區(qū)的空氣穩(wěn)定性下降，局部對流活動增強，從而引發(fā)了閃電。這一案例表明，臺風眼區(qū)的閃電活動雖然罕見，但在特定的氣象條件下是有可能發(fā)生的，且其發(fā)生機制與眼區(qū)的特殊氣象條件以及外部環(huán)境因素的影響密切相關(guān)。4.3.2螺旋雨帶與閃電活動螺旋雨帶作為臺風的重要組成部分，其與閃電活動之間存在著緊密的聯(lián)系，這種聯(lián)系主要體現(xiàn)在水汽含量、上升氣流等因素與閃電活動的相互作用上。水汽含量是影響螺旋雨帶閃電活動的關(guān)鍵因素之一。螺旋雨帶中富含大量的水汽，這些水汽是云粒子形成和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。在螺旋雨帶中，暖濕空氣從海洋表面源源不斷地被卷入，水汽含量充足。充足的水汽使得云粒子能夠充分發(fā)展，形成大量的過冷水滴和冰晶。云粒子在相互碰撞、摩擦和破碎的過程中，電荷不斷分離和積累，為閃電的產(chǎn)生提供了必要的條件。當螺旋雨帶中的水汽含量較高時，云粒子的數(shù)量和大小都會增加，這使得電荷分離和積累的過程更加頻繁和劇烈，從而增加了閃電活動的發(fā)生概率。通過對多個臺風螺旋雨帶的觀測發(fā)現(xiàn)，在水汽含量高的區(qū)域，閃電活動的頻次明顯高于水汽含量低的區(qū)域。在2021年臺風“煙花”的螺旋雨帶中，靠近海洋一側(cè)的區(qū)域水汽含量豐富，閃電活動頻繁，平均每小時記錄到閃電[X]次；而在遠離海洋、水汽含量相對較低的區(qū)域，閃電活動頻次明顯減少，平均每小時僅記錄到閃電[X]次。上升氣流在螺旋雨帶閃電活動中也起著至關(guān)重要的作用。螺旋雨帶中存在著明顯的上升氣流，這是由于暖濕空氣在向臺風中心輻合的過程中，受到地形、摩擦力等因素的影響，被迫抬升形成的。上升氣流使得水汽迅速上升，在上升過程中，水汽冷卻凝結(jié)，釋放出大量的潛熱，進一步增強了空氣的對流運動。強烈的上升氣流為云粒子的運動提供了強大的動力，使得云粒子之間的碰撞、摩擦和破碎更加劇烈，從而促進了電荷的分離和積累。當上升氣流較強時，云粒子能夠迅速上升到較高的高度，在高空中形成強烈的對流云團，這些云團中電荷的分離和積累更加充分，容易引發(fā)閃電活動。在一些臺風的螺旋雨帶中，當上升氣流速度超過一定閾值時，閃電活動的強度和頻次都會顯著增加。在臺風“利奇馬”的螺旋雨帶中，上升氣流速度較大的區(qū)域，閃電的峰值電流和能量明顯高于上升氣流較弱的區(qū)域。螺旋雨帶的閃電活動還與臺風的整體結(jié)構(gòu)和發(fā)展階段密切相關(guān)。在臺風發(fā)展的不同階段，螺旋雨帶的結(jié)構(gòu)和強度會發(fā)生變化，從而影響閃電活動。在臺風發(fā)展初期，螺旋雨帶的結(jié)構(gòu)相對松散，對流活動較弱，閃電活動也相對較少；隨著臺風的發(fā)展，螺旋雨帶逐漸加強，對流活動加劇，閃電活動也隨之增多；在臺風成熟階段，螺旋雨帶的對流活動達到最強，閃電活動也最為頻繁。螺旋雨帶的閃電活動還可能對臺風的結(jié)構(gòu)和發(fā)展產(chǎn)生反饋作用。閃電活動釋放出的能量會對螺旋雨帶中的氣流和云粒子分布產(chǎn)生影響，進而影響臺風的整體結(jié)構(gòu)和強度。五、影響我國東南沿海登陸臺風閃電活動的因素5.1大氣環(huán)境因素5.1.1水汽條件充足的水汽供應(yīng)是臺風閃電活動發(fā)生的基礎(chǔ)，其與閃電活動之間存在著緊密的聯(lián)系。臺風通常形成于熱帶洋面，這片廣闊的洋面猶如一個巨大的水汽源。在熱帶洋面上，太陽輻射強烈，海水大量蒸發(fā)，使得大氣中水汽含量極為豐富。當臺風形成并移動時，會將洋面上的水汽源源不斷地卷入其內(nèi)部，為閃電活動提供了必要的物質(zhì)條件。水汽在臺風內(nèi)部的垂直分布對閃電活動有著顯著影響。在臺風的上升氣流區(qū)域，水汽隨著氣流不斷上升，在上升過程中，水汽逐漸冷卻凝結(jié)。當水汽冷卻到一定程度時，就會形成大量的云粒子，這些云粒子包括過冷水滴、冰晶等。云粒子在相互碰撞、摩擦和破碎的過程中，電荷不斷分離和積累，為閃電的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。當水汽在垂直方向上的分布較為均勻且充足時，有利于云粒子的充分發(fā)展和電荷的有效分離，從而增加閃電活動的發(fā)生概率。通過對多個臺風案例的研究發(fā)現(xiàn)，水汽含量與閃電活動之間存在著定量關(guān)系。一般來說，臺風內(nèi)部水汽含量越高，閃電活動的頻次也就越高。當臺風內(nèi)部的水汽混合比達到[X]克/千克以上時，閃電活動的頻次會顯著增加；當水汽混合比低于[X]克/千克時，閃電活動則相對較少。在2023年臺風“杜蘇芮”登陸我國東南沿海期間，通過對其內(nèi)部水汽含量和閃電活動的監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn)，在水汽含量高的區(qū)域，閃電活動頻繁，每小時閃電頻次可達[X]次以上；而在水汽含量較低的區(qū)域，閃電活動頻次明顯減少，每小時僅為[X]次左右。水汽含量的變化還會影響閃電活動的強度。當水汽含量增加時，云粒子的數(shù)量和大小都會增加，這使得電荷分離和積累的過程更加劇烈，從而導致閃電活動的強度增大。在一些水汽含量極為豐富的臺風中，閃電的峰值電流和能量都明顯高于水汽含量較低的臺風。5.1.2垂直風切變垂直風切變對臺風內(nèi)部對流發(fā)展有著重要影響，進而對閃電活動產(chǎn)生作用。垂直風切變是指在垂直方向上風速和風向的變化。當垂直風切變較小時，臺風內(nèi)部的對流活動能夠較為穩(wěn)定地發(fā)展。在這種情況下，臺風內(nèi)部的上升氣流和下沉氣流相對均勻，有利于水汽的垂直輸送和云粒子的形成與發(fā)展。充足的水汽在穩(wěn)定的對流環(huán)境中，能夠充分冷卻凝結(jié)，形成大量的云粒子，云粒子之間的相互作用使得電荷不斷分離和積累，為閃電活動提供了有利條件。然而，當垂直風切變較大時，臺風內(nèi)部的對流活動會受到抑制。較大的垂直風切變會導致臺風內(nèi)部的氣流結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，上升氣流和下沉氣流的分布發(fā)生變化。這使得水汽的垂直輸送受到阻礙，云粒子的形成和發(fā)展也受到影響。在強垂直風切變的作用下，臺風內(nèi)部的對流云團可能會被撕裂或分散，無法形成大規(guī)模、穩(wěn)定的對流區(qū)域，從而減少了閃電活動的發(fā)生概率。垂直風切變還會影響臺風內(nèi)部的電荷分布和電場強度。當垂直風切變較大時，臺風內(nèi)部的電荷分布會變得更加不均勻，電場強度也會發(fā)生變化。這是因為垂直風切變會改變氣流的運動方向和速度，使得云粒子的運動軌跡發(fā)生改變，從而影響電荷的分離和積累過程。在強垂直風切變的環(huán)境下，電荷可能無法有效地集中和積累，導致電場強度難以達到閃電發(fā)生的閾值，進而抑制了閃電活動。通過對不同垂直風切變條件下臺風閃電活動的觀測和分析發(fā)現(xiàn)，當垂直風切變超過一定閾值時，閃電活動的頻次和強度都會明顯下降。當垂直風切變達到[X]米/秒/千米以上時，臺風閃電活動的頻次會減少[X]%以上，閃電強度也會降低[X]%左右。在2018年臺風“山竹”的監(jiān)測過程中，當臺風遭遇較強的垂直風切變時，閃電活動的頻次和強度都出現(xiàn)了顯著下降，這進一步驗證了垂直風切變對臺風閃電活動的影響。5.1.3不穩(wěn)定能量不穩(wěn)定能量的積累和釋放與臺風閃電活動的觸發(fā)和維持之間存在著內(nèi)在聯(lián)系。在臺風內(nèi)部，不穩(wěn)定能量主要來源于水汽的凝結(jié)潛熱和空氣的上升運動。當暖濕空氣在臺風中上升時，水汽逐漸冷卻凝結(jié)，釋放出大量的潛熱。這些潛熱使得空氣的溫度升高，密度減小，從而形成不穩(wěn)定狀態(tài)。不穩(wěn)定能量在臺風內(nèi)部不斷積累，為閃電活動的觸發(fā)提供了能量基礎(chǔ)。當不穩(wěn)定能量積累到一定程度時，就會引發(fā)強烈的對流活動。對流活動使得空氣迅速上升，形成高聳的積雨云。在積雨云中，云粒子在強對流的作用下，相互碰撞、摩擦和破碎，導致電荷的大量分離和積累。當電場強度達到一定閾值時，就會引發(fā)閃電放電現(xiàn)象，從而觸發(fā)閃電活動。不穩(wěn)定能量的持續(xù)釋放對于閃電活動的維持至關(guān)重要。在閃電發(fā)生后，放電過程會消耗一部分能量，但不穩(wěn)定能量的持續(xù)供應(yīng)能夠保證閃電活動的持續(xù)進行。如果不穩(wěn)定能量的釋放中斷，閃電活動也會隨之停止。在臺風發(fā)展的不同階段，不穩(wěn)定能量的積累和釋放情況不同，這也導致了閃電活動的變化。在臺風發(fā)展初期，不穩(wěn)定能量逐漸積累，閃電活動開始出現(xiàn)并逐漸增強；在臺風成熟階段，不穩(wěn)定能量大量釋放，閃電活動最為頻繁和強烈；在臺風減弱階段，不穩(wěn)定能量逐漸減少，閃電活動也隨之減弱。通過對臺風內(nèi)部不穩(wěn)定能量和閃電活動的監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn)，不穩(wěn)定能量的變化與閃電活動的變化具有一致性。當不穩(wěn)定能量增加時，閃電活動的頻次和強度也會相應(yīng)增加；當不穩(wěn)定能量減少時，閃電活動也會減弱。在2021年臺風“煙花”的影響過程中，通過對其內(nèi)部不穩(wěn)定能量和閃電活動的實時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在不穩(wěn)定能量高值區(qū)，閃電活動頻繁，強度較大；而在不穩(wěn)定能量低值區(qū)，閃電活動則相對較少且較弱。5.2下墊面因素5.2.1海洋表面溫度海洋表面溫度（SST）對臺風生成和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，是影響臺風閃電活動的關(guān)鍵下墊面因素之一。溫暖的海洋表面如同臺風的“能量源”，當海洋表面溫度達到26.5℃以上時，海水蒸發(fā)作用顯著增強，大量水汽被輸送到大氣中，為臺風的形成提供了充足的水汽條件。這些水汽在上升過程中不斷冷卻凝結(jié)，釋放出巨大的潛熱，成為臺風發(fā)展的主要能量來源。據(jù)研究表明，臺風在發(fā)展過程中，每天從海洋中吸收的能量相當于數(shù)十億顆原子彈同時爆炸所釋放的能量，而這些能量主要來源于海洋表面溫暖水體的蒸發(fā)潛熱。海洋表面溫度與臺風閃電活動強度和頻次之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)。當海洋表面溫度升高時，臺風內(nèi)部的對流活動會更加劇烈。這是因為較高的海溫使得水汽蒸發(fā)更加旺盛，大氣中水汽含量增加，水汽在上升過程中釋放出更多的潛熱，進一步加劇了空氣的對流運動。強烈的對流活動導致云粒子之間的碰撞、摩擦和破碎更加頻繁，從而促進了電荷的分離和積累，增加了閃電活動的發(fā)生概率和強度。通過對多個臺風案例的分析發(fā)現(xiàn)，在海洋表面溫度較高的區(qū)域，臺風閃電活動的頻次明顯增加，閃電強度也更大。在2019年臺風“利奇馬”生成和發(fā)展過程中，其路徑經(jīng)過的海域海洋表面溫度普遍較高，達到28℃以上。在這些高溫海域，“利奇馬”的閃電活動十分活躍，閃電頻次達到每小時[X]次以上，閃電峰值電流也明顯高于其他臺風，這充分表明了海洋表面溫度對臺風閃電活動的重要影響。海洋表面溫度的不均勻分布也會對臺風閃電活動產(chǎn)生影響。當臺風移動經(jīng)過海洋表面溫度存在明顯差異的區(qū)域時，其內(nèi)部的熱力結(jié)構(gòu)和對流活動會發(fā)生改變。在海溫較高的一側(cè)，臺風內(nèi)部的對流活動會相對較強，水汽供應(yīng)更加充足，從而導致閃電活動更為頻繁和強烈；而在海溫較低的一側(cè)，對流活動則相對較弱，閃電活動也相應(yīng)減少。在臺風移動過程中，如果遇到海洋中存在的暖水舌或冷渦等特殊的海溫分布區(qū)域，臺風閃電活動會出現(xiàn)明顯的變化。當臺風經(jīng)過暖水舌區(qū)域時，由于海溫升高，閃電活動會顯著增強；而當臺風經(jīng)過冷渦區(qū)域時，海溫降低，閃電活動則會減弱。5.2.2陸地地形陸地地形，包括山脈、平原等，對臺風移動路徑、強度變化和內(nèi)部對流結(jié)構(gòu)有著顯著影響，進而對閃電活動產(chǎn)生作用。當臺風登陸時，遇到山脈等地形阻擋，其移動路徑往往會發(fā)生改變。山脈的存在會使臺風氣流被迫抬升，改變了臺風內(nèi)部的動力結(jié)構(gòu)。在山脈迎風坡，氣流強烈上升，形成強烈的對流活動；而在背風坡，氣流下沉，對流活動相對較弱。這種對流活動的差異導致閃電活動在山脈兩側(cè)呈現(xiàn)出不同的特征。在山脈迎風坡，由于強烈的對流活動，水汽迅速冷卻凝結(jié)，云粒子之間的相互作用加劇，電荷分離和積累過程更加頻繁，從而使得閃電活動增多，強度增大。在2023年臺風“杜蘇芮”登陸福建時，受到武夷山脈的影響，在山脈迎風坡一側(cè)，閃電活動明顯增多，每小時閃電頻次比其他區(qū)域增加了[X]%以上，閃電強度也有所增強；而在背風坡一側(cè)，閃電活動則相對較少。平原地區(qū)地形相對平坦，對臺風的阻擋作用較小，但也會對臺風的強度和內(nèi)部對流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響。在平原地區(qū)，臺風的移動速度相對較快，能量損耗相對較小。然而，由于缺乏地形的抬升作用，臺風內(nèi)部的對流活動可能相對較弱，這在一定程度上會影響閃電活動的發(fā)生。與山區(qū)相比，平原地區(qū)臺風閃電活動的頻次和強度可能會相對較低。在臺風登陸后經(jīng)過平原地區(qū)時，雖然也會有閃電活動發(fā)生，但整體上閃電頻次和強度都不如在山區(qū)時明顯。陸地地形還會通過影響臺風的水汽輸送和降水分布，間接影響閃電活動。當臺風遇到山脈時，在迎風坡一側(cè)，氣流抬升導致水汽大量凝結(jié)，形成豐富的降水；而在背風坡一側(cè)，由于氣流下沉，水汽難以凝結(jié)，降水相對較少。這種降水分布的差異會影響云粒子的形成和發(fā)展，進而影響閃電活動。在降水豐富的區(qū)域，云粒子數(shù)量較多，電荷分離和積累的條件更為有利，閃電活動也相對較多；而在降水較少的區(qū)域，閃電活動則相對較少。5.3其他因素5.3.1人為因素沿海地區(qū)的城市化進程和工業(yè)活動對臺風閃電活動產(chǎn)生著不容忽視的間接影響，這主要通過改變大氣電場和增加氣溶膠含量來實現(xiàn)。隨著城市化的快速推進，沿海地區(qū)高樓大廈林立，城市下墊面性質(zhì)發(fā)生顯著變化。城市表面的粗糙度增加，使得近地面風速減小，空氣流動受阻，這會導致城市區(qū)域內(nèi)的大氣邊界層結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。大氣邊界層的變化會影響到大氣的垂直運動和水平輸送，進而影響到水汽和能量的分布。由于城市下墊面的熱容量較小，在太陽輻射的作用下，城市表面溫度升高較快，形成城市熱島效應(yīng)。城市熱島效應(yīng)會導致城市上空的空氣產(chǎn)生上升運動，形成局部的對流活動。這些對流活動會與臺風系統(tǒng)相互作用，改變臺風內(nèi)部的氣流結(jié)構(gòu)和能量分布。在工業(yè)活動方面，沿海地區(qū)眾多的工廠、發(fā)電廠等排放出大量的污染物，其中包含大量的氣溶膠粒子。這些氣溶膠粒子作為云凝結(jié)核，對云的微物理過程產(chǎn)生重要影響。當臺風經(jīng)過沿海地區(qū)時，大量的氣溶膠粒子被卷入臺風內(nèi)部，會改變云粒子的大小和濃度分布。較小的氣溶膠粒子會使云滴的數(shù)量增加，而云滴的大小則相對減小。這種云微物理結(jié)構(gòu)的改變會影響云內(nèi)的電荷分離和積累過程。由于較小的云滴在相互碰撞時，電荷分離的效率可能會發(fā)生變化，從而影響閃電活動的發(fā)生概率和強度。人為活動排放的污染物還會改變大氣的化學成分，進而影響大氣電場。一些污染物，如二氧化硫、氮氧化物等，在大氣中會發(fā)生化學反應(yīng)，產(chǎn)生一些帶電粒子，這些帶電粒子會改變大氣的電導率，從而影響大氣電場的分布。大氣電場的變化會對臺風內(nèi)部的電荷傳輸和積累產(chǎn)生影響，進而影響閃電活動。在某些沿海城市，由于工業(yè)排放和交通尾氣等人為活動的影響，大氣中的氣溶膠含量較高，在臺風經(jīng)過時，觀測到的閃電活動特征與其他地區(qū)有所不同，閃電頻次和強度都出現(xiàn)了一定程度的變化。5.3.2太陽活動太陽活動周期對地球大氣電離層和磁場產(chǎn)生著重要影響，進而可能對臺風閃電活動進行遠程調(diào)控。太陽活動是太陽大氣層里一切活動現(xiàn)象的總稱，包括太陽黑子、耀斑、日珥和日冕物質(zhì)拋射等。太陽活動具有周期性，其周期約為11年。在太陽活動的高峰期，太陽黑子數(shù)量增多，耀斑活動頻繁，日冕物質(zhì)拋射也更為強烈。這些劇烈的太陽活動會釋放出大量的高能粒子和強烈的電磁輻射。當這些高能粒子和電磁輻射到達地球時，會與地球的高層大氣相互作用，導致大氣電離層的電子密度和溫度發(fā)生變化。電離層的變化會影響到無線電波的傳播，同時也會改變大氣的電導率和電場分布。地球磁場也會受到太陽活動的影響。太陽活動產(chǎn)生的高能粒子流會與地球磁場相互作用，導致地球磁場發(fā)生擾動。這種擾動會影響到地球大氣層中的電流分布和電荷傳輸，進而影響到臺風內(nèi)部的電過程。在太陽活動高峰期，地球磁場的擾動可能會使臺風內(nèi)部的電荷分離和積累過程發(fā)生改變，從而影響閃電活動。太陽活動還可能通過影響大氣環(huán)流間接影響臺風閃電活動。太陽活動的變化會導致地球大氣的加熱和冷卻分布發(fā)生改變，進而影響大氣環(huán)流的模式。大氣環(huán)流的變化會影響到臺風的生成位置、移動路徑和強度，這些因素的改變都會對臺風閃電活動產(chǎn)生影響。當太陽活動處于高峰期時，大氣環(huán)流可能會發(fā)生異常變化，導致臺風生成的區(qū)域和路徑發(fā)生改變，從而影響臺風閃電活動的分布和強度。雖然太陽活動對臺風閃電活動的影響機制較為復(fù)雜，且目前的研究還不夠深入，但已有研究表明，太陽活動與臺風閃電活動之間存在一定的相關(guān)性，這為進一步研究臺風閃電活動提供了新的視角。六、案例分析6.1“莫蘭蒂”臺風閃電活動特征分析6.1.1臺風概況“莫蘭蒂”臺風于2016年9月10日在西北太平洋洋面生成，生成時為熱帶風暴。在生成初期，其中心附近最大風力僅為8級，中心氣壓為1000百帕。生成后，“莫蘭蒂”主體上一直以每小時20公里左右的速度穩(wěn)定地向西偏北方向移動。在移動過程中，它不斷吸收海洋表面的暖濕水汽，逐漸加強。9月11日，“莫蘭蒂”開始快速加強，于9月12日早些時候成為超級臺風。此時，其中心附近最大風力達到16級以上，中心氣壓急劇下降至900百帕以下。9月13日，在即將進入巴士海峽時，“莫蘭蒂”達到峰值，成為當年全球臺風季以來的“風王”。其1分鐘持續(xù)風速達到315公里/小時，即195英里/小時，與海燕2013年和天鵝2020年成為有紀錄以來風力第二強的熱帶氣旋。9月14日，“莫蘭蒂”以超級臺風的強度向中國臺灣南部移動，雖然只是與臺灣省擦肩而過并沒有直接登陸，但給臺灣南部帶來了狂風暴雨。據(jù)臺灣氣象部門監(jiān)測，部分地區(qū)陣風達到17級以上，降雨量超過500毫米，造成了嚴重的災(zāi)害。9月15日03時15分，“莫蘭蒂”以強臺風級，即15級，50米/秒的強度登陸廈門翔安區(qū)。登陸時，中心氣壓為945百帕，給廈門及周邊地區(qū)帶來了巨大的破壞。廈門市65萬棵樹倒伏，房屋損毀17907間，農(nóng)作物受災(zāi)面積10.5萬畝，直接經(jīng)濟損失102億元。登陸后，“莫蘭蒂”繼續(xù)向內(nèi)陸移動，強度迅速減弱。它穿越福建省，進入江西省境內(nèi)，最終在9月16日消散。在中國大陸，“莫蘭蒂”共造成28人死亡、49人受傷、18人失蹤。由于“莫蘭蒂”給福建造成巨大災(zāi)害，2017年02月21日-24日，在日本橫濱舉行的第49屆臺風委員會年度會議上，臺風委員會決定將“莫蘭蒂”除名。6.1.2閃電活動特征“莫蘭蒂”臺風的閃電活動呈現(xiàn)出明顯的時空分布特點。在時間分布上，隨著臺風的發(fā)展和強度增強，閃電活動頻次逐漸增加。在臺風發(fā)展階段，特別是快速加強時期，閃電活動開始變得頻繁。當“莫蘭蒂”成為超級臺風并逼近臺灣和大陸時，閃電活動達到高峰。據(jù)閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在9月13-14日期間，閃電活動頻次最高，每小時可達數(shù)百次。在臺風登陸后，隨著強度減弱，閃電活動頻次也逐漸減少。從空間分布來看，閃電活動主要集中在臺風的眼墻和螺旋雨帶區(qū)域。眼墻附近的閃電活動最為強烈，閃電密度大，強度高。這是因為眼墻處強烈的對流活動，使得水汽迅速上升，云粒子之間的相互作用劇烈，電荷分離和積累過程頻繁，從而導致閃電活動頻繁發(fā)生。在“莫蘭蒂”登陸廈門時，眼墻附近的閃電活動形成了一條明顯的環(huán)狀閃電帶，對周邊地區(qū)的電力設(shè)施、通信系統(tǒng)等造成了嚴重影響。螺旋雨帶中也存在一定程度的閃電活動，其分布沿著螺旋雨帶的路徑呈帶狀分布。不同螺旋雨帶之間的閃電活動強度和頻次存在差異，靠近眼墻的螺旋雨帶閃電活動相對較強，頻次較高；而遠離眼墻的螺旋雨帶閃電活動則相對較弱，頻次較低。在“莫蘭蒂”的螺旋雨帶中，第一條螺旋雨帶靠近眼墻，閃電活動較為頻繁，平均每小時記錄到閃電[X]次；而第三條螺旋雨帶遠離眼墻，閃電活動相對較少，平均每小時記錄到閃電[X]次。閃電活動與臺風強度和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。隨著臺風強度的增強，閃電活動的頻次和強度也隨之增加。當“莫蘭蒂”達到超級臺風強度時，閃電活動最為活躍，這表明臺風內(nèi)部的強烈對流活動和能量釋放與閃電活動密切相關(guān)。臺風的結(jié)構(gòu)也對閃電活動產(chǎn)生影響，眼墻和螺旋雨帶的特殊氣象條件，為閃電的產(chǎn)生提供了有利的環(huán)境。6.1.3影響因素探討“莫蘭蒂”臺風閃電活動受到多種因素的綜合影響。大氣環(huán)境因素方面，水汽條件是關(guān)鍵因素之一。臺風生成于熱帶洋面，洋面上充足的水汽供應(yīng)為閃電活動提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在“莫蘭蒂”發(fā)展過程中，其不斷吸收海洋表面的暖濕水汽，使得臺風內(nèi)部水汽含量豐富。高水汽含量有利于云粒子的形成和發(fā)展，云粒子之間的相互作用促進了電荷的分離和積累，從而增加了閃電活動的發(fā)生概率。垂直風切變對“莫蘭蒂”的閃電活動也有重要影響。在臺風發(fā)展初期，垂直風切變較小，有利于臺風內(nèi)部對流活動的穩(wěn)定發(fā)展，使得閃電活動能夠持續(xù)進行。隨著臺風的發(fā)展，垂直風切變的變化會影響臺風內(nèi)部的氣流結(jié)構(gòu)和對流活動，進而影響閃電活動。當垂直風切變增大時，可能會抑制對流活動，減少閃電活動的發(fā)生；而當垂直風切變減小時，對流活動增強，閃電活動也會相應(yīng)增加。不穩(wěn)定能量的積累和釋放與“莫蘭蒂”的閃電活動密切相關(guān)。在臺風內(nèi)部，水汽的凝結(jié)潛熱和空氣的上升運動使得不穩(wěn)定能量不斷積累。當不穩(wěn)定能量積累到一定程度時，就會引發(fā)強烈的對流活動，導致閃電活動的發(fā)生。在“莫蘭蒂”的發(fā)展過程中，不穩(wěn)定能量的持續(xù)釋放為閃電活動的維持提供了能量支持。下墊面因素中，海洋表面溫度對“莫蘭蒂”的生成和發(fā)展起到了重要作用，進而影響閃電活動。在“莫蘭蒂”發(fā)展過程中，其經(jīng)過的海域海洋表面溫度較高，達到30℃左右。溫暖的海洋表面為臺風提供了充足的能量，使得臺風內(nèi)部的對流活動更加劇烈，水汽蒸發(fā)更加旺盛，從而增加了閃電活動的強度和頻次。陸地地形對“莫蘭蒂”登陸后的閃電活動產(chǎn)生了顯著影響。當“莫蘭蒂”登陸廈門時，受到當?shù)氐匦蔚挠绊?，氣流被迫抬升，增強了對流活動。在山脈迎風坡，對流活動更為強烈，閃電活動也相應(yīng)增多。廈門周邊的山脈使得臺風登陸時的氣流發(fā)生變化，導致在山脈迎風坡一側(cè)觀測到的閃電活動明顯多于背風坡一側(cè)。6.2“利奇馬”臺風閃電活動特征分析6.2.1臺風概況“利奇馬”臺風于2019年8月4日下午在西北太平洋洋面生成，生成時為熱帶風暴，中心附近最大風力8級，中心氣壓1004百帕。生成后，“利奇馬”緩慢加強并向西北方向移動。在移動過程中，它不斷吸收海洋表面的暖濕水汽，逐漸發(fā)展壯大。8月7日5時，“利奇馬”完成三級跳，加強為臺風，中心附近最大風力達到12級；23時，進一步加強為超強臺風，中心附近最大風力16級，中心氣壓930百帕。此時，“利奇馬”的云系結(jié)構(gòu)緊密，眼區(qū)清晰，周圍的螺旋雨帶不斷向外擴展，顯示出強大的能量和破壞力。8月10日1時45分，“利奇馬”以超強臺風級在浙江省溫嶺市城南鎮(zhèn)登陸，登陸時近中心最大風力16級（52米/秒），中心氣壓930百帕。登陸后，受地形摩擦影響，“利奇馬”強度逐漸減弱。它縱穿浙江、江蘇兩省，于11