2022, Vol. 38
2. 安徽省公共气象服务中心，安徽 合肥 230031;
3. 河南省气象灾害防御技术中心，河南 郑州 450000
2. Anhui Public Meteorological Service Center, Hefei 230031, China;
3. Henan Meteorological Disaster Prevention Technology Center, Zhengzhou 450000, China
龙卷是一种小尺度、短历时、高速旋转的狭窄空气柱，是对流风暴产生的最猛烈的天气现象，且常常伴随着暴雨、冰雹等强天气同时发生。相较于美国，我国龙卷发生的次数较少，但一旦有龙卷发生，往往造成严重的人员伤亡和经济损失，尤其是EF2级（增强藤田级数划分）及以上的强龙卷，如2016年6月23日，江苏省盐城地区遭受EF4级龙卷和冰雹灾害，造成99人死亡，846人受伤，大量房屋、基础设施损毁，直接经济损失43.77亿元[1]，因此研究龙卷发生机理，提高龙卷预报预警的准确性对气象防灾减灾工作具有重要意义。利用常规观测资料、再分析资料可对龙卷发生的天气背景、环境物理量及其加强和维持机制有一定的认识[2-5]，雷达作为强天气监测预警的重要工具，是现有对龙卷观测最常用的手段，通过分析龙卷风暴的强度场和速度场特征，有助于对龙卷的监测、追踪和预警[6-7]，然而，由于龙卷的时空尺度小，以上观测和研究还很难实现对龙卷的有效预警。
强对流天气常常伴随闪电活动，闪电活动特征可对深厚湿对流天气有一定的指示作用[8-9]，对流活动越强烈，指示作用越明显。目前利用声、光、电磁信号，通过星基和地基等多源设备，在时间和空间上已实现了对闪电的连续监测，闪电定位仪对闪电时间的记录可精确到10-7 s，为闪电活动的连续演变分析提供了有利条件，若能提炼出龙卷发生前闪电活动的变化特征，就可利用闪电资料辅以识别龙卷风暴单体，认识其发生和发展规律，成为龙卷天气预报预警的方法之一。关于闪电与龙卷风暴的相关性研究，已取得了一些有意义的成果，如：闪电频次变化与龙卷发生的时间有较好的相关性[10]，当闪电频次从最大值快速减少到最小值时会出现龙卷，这个时间阈值约10~ 15 min[11]。Schultz等[12]发现在强天气过程中，闪电频次达到峰值之前会有闪电跃增的现象，利用此规律可对冰雹、雷暴大风等强天气进行预警，准确率可达到73%，误报率为10%[13]，但闪电跃增对强天气的预警时效有较大的差异[14]，Chronis等[15]则发现存在闪电跃增的雷暴系统持续时间更长、天气程度更剧烈、闪电次数更多。此外，在龙卷风暴发展过程中，正地闪的活动与龙卷的强弱有密切的联系，当正地闪的比重不断增加且占主导时，常常预示着龙卷强度较强，影响路径也较长[16-17]，而龙卷风暴过程中初始闪电的发生则主要集中在霰和干雪区域[18]。但以上研究成果主要来源于龙卷高发的美国，我国龙卷风暴中的闪电活动规律值得探讨。
我国龙卷多发于东部沿海地区，江苏是强龙卷发生最多的省份[4, 19]，2006—2018年间共发生龙卷41次，其中EF2级及以上强龙卷达20次[20]。本文将选取2013年以来江苏地区两次典型的EF3级和EF4级强龙卷过程，基于Advanced Direction and Time-of-arrival Detecting (ADTD)-2C型闪电定位资料，结合CINRAD-SA雷达资料、探空资料及欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA5再分析资料，分析龙卷风暴发展过程中的闪电活动特征，增强对我国龙卷天气的进一步了解，也为闪电资料的综合应用提供有益参考。
2 资料和方法 2.1 龙卷灾害资料综合收集江苏省气象信息中心的信息化资料、灾情直报系统以及民政部门的灾情报告，并利用台站地面气象观测记录、文献资料等对个例进行补充和校核。经过整理，本文选取的两次龙卷过程均属于梅汛期龙卷，风暴发展剧烈，灾害损失严重。详细信息如下：（1）2013年7月7日产生龙卷的风暴单体形成后，呈西南-东北走向移动，15:55（北京时间，下同）先在安徽省天长市产生EF2级强龙卷，持续约5 min，造成约600间房屋受损，86人受伤。随后风暴于16:55移至高邮市卸甲镇、三垛镇等地，产生EF3级强龙卷，持续时间约10 min，影响路径约20 km，龙卷发生后，大树被连根拔起，1 100多间房屋受损[21]，整个过程伴随暴雨。（2）2016年6月23日下午发生的EF4级强龙卷，在盐城市阜宁县和射阳县一带造成了特大灾害，综合灾害调查、雷达回波的变化特征，推断龙卷开始时间约为14:19，首先出现在阜宁县，随后出现在射阳县，持续时间约35 min，影响路径约为34.5 km。此次过程还伴随下击暴流和强降水，并在14:08—14:42、14:59—15:16、15:33—16:00产生冰雹，冰雹直径为10~50 mm[21-24]。在以下分析过程中，分别将2013年7月7日的龙卷风暴简称为①过程，2016年6月23日的龙卷风暴简称为②过程。
2.2 闪电定位资料本文所用的闪电资料由ADTD-2C闪电定位仪组网观测得到。江苏地区于2013年在全省共布设了16套ADTD-2C型VLF/LF闪电定位系统，通过接收闪电辐射的VLF/LF脉冲信号，采用时间到达法（TOA），记录江苏及周边区域地闪回击和云闪脉冲发生的时间、位置、强度、高度和极性等参数，从而实现包括云闪和地闪的总闪电探测。16套闪电定位仪的布设位置如图 1中红色标记所示。需要说明的是，2013年7月7日的龙卷风暴在东移过程中，经过了安徽省天长市，天长市虽不隶属于江苏省，但由于天长市东、北、南侧均与江苏相连（如图 1中蓝色区域），淮安、盱眙、扬州、浦口子站的闪电定位仪联网可实现对天长市闪电的探测，因此，ADTD-2C可以获得本研究所需的闪电数据。
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图 1 江苏省闪电定位仪及雷达站点分布 |
理论上ADTD-2C型闪电定位仪的地闪回击探测效率为90%[25]，对云闪的定位效率低于地闪。江苏省以平原为主，大部分地区的海拔高度在100 m以下（图 1），闪电定位系统基线距离小于200 km，因此，文中假定ADTD-2C对地闪回击的探测效率在时间和空间上均为90%，根据云闪地闪比对云闪的探测效率进行估算，得到云闪的探测效率为18%~22%[26]。考虑到大部分云闪数据并未被探测到，文中仅对地闪活动进行分析。对定位算法进行模型仿真，得到地闪的水平定位误差约为300 m[27]。
此外，文中用到的资料还有：（1）2013年7月7日南京站和2016年6月23日射阳站的探空资料；（2）ERA5再分析资料，水平分辨率为0.25°×0.25°；（3）江苏地区CINRAD-SA多普勒天气雷达基数据，九部雷达站点的布设如图 1中绿色标记所示。
2.3 研究方法首先，利用探空资料和ERA5再分析数据，选取距离龙卷风暴最近的站点和格点，计算两次过程的主要热动力指标，并结合雷达资料，简要分析两次风暴的强度和演变过程。其次，以龙卷风暴移动路径为中心，叠加雷达组合反射率和地闪数据，借鉴Storm Cell Identification and Tracking（SCIT）算法进行风暴识别，并将20 dBZ以上回波区域及周边5 km范围内的地闪划分为与产生龙卷的风暴系统相对应的闪电，当地闪发生在5 km以外的区域时，按照闪电距离20 dBZ区域边界的最近距离，划分到相应的风暴系统[28]。在此基础上统计龙卷风暴中地闪的时空演变、正地闪发生比例及雷电流强度的变化特征。地闪频次的统计为雷达体扫时间后的6 min内，如“11:46的地闪”代表[11:46, 11:52）时间内发生的地闪，当6 min地闪频次大于等于5次时定义为有效样本。纳入统计的龙卷风暴起止时间从6 min地闪频次大于等于5次开始，当连续三个6 min产生的地闪频次小于5次时停止统计，①和②龙卷风暴的分析时间段分别为14:46—17:53和11:46—15:45。
在分析地闪频次的时间变化特征时，对地闪频次是否发生闪电跃增也进行了探讨，闪电跃增参考2σ的闪电跃增算法[29]，分为3个步骤：（1）统计与龙卷风暴系统相对应的每分钟地闪频次，并求出相邻2 min内地闪频次的平均值；（2）利用地闪频次平均值，统计地闪频次每2 min的变化率；（3）计算当前时刻前2~12 min内地闪频次变化率的标准差σ，若当前时刻地闪频次变化率的值大于2σ阈值，则记录为一次闪电跃增。
3 环境背景本文分析的两次龙卷事件均发生在江苏梅汛期有利于暴雨发生的天气背景下，高低空急流耦合、地面辐合线以及暖湿舌的存在有利于龙卷发生[1]。①过程在2013年7月7日08:00，500 hPa高度上有西风槽东移，并与温度场的冷槽相配合，西风槽槽后的冷空气与副热带高压西侧的西南气流交汇于江淮地区，850 hPa高度上华南沿海至江淮地区强烈的西南风急流提供了充沛的水汽输送，急流北侧有低涡的东移，低涡前部的暖式切变线延伸到淮北地区，引发龙卷的对流风暴起源于地面辐合线附近，地面辐合及中尺度锋区的增强，是触发龙卷对流风暴快速形成和发展的主要原因[3]；②过程在2016年6月23日08:00—14:00，500 hPa高度上东北冷涡配合低槽东移南下，中层槽前倾，槽后干冷空气侵入，与副热带高压西北部强盛的暖湿气流交汇于江苏北部，850 hPa高度上西南风急流提供了充沛的水汽和能量，龙卷发生区域地处地面暖湿舌内，同时地面有γ中尺度气旋和辐合线，辐合抬升明显[30]。较好的热力条件和动力触发条件为两次过程中对流风暴的发展并最终产生龙卷提供了有利的天气背景。
探空分析也说明龙卷发生期间及发生区域均处于有利于龙卷发生的环境条件下。计算两次过程的主要热动力指标（对流有效位能（CAPE）、垂直风矢量差、抬升凝结高度(LCL)和风暴相对螺旋度（SRH）），如表 1所示。①过程中首次龙卷发生在下午15:55，②过程龙卷发生在14:19，两次龙卷过程中CAPE值在08:00均较小，分别利用11:00和14:00的温度和露点温度进行订正，①过程的CAPE值在14: 00增大至2 601 J/kg，②过程的CAPE值在11:00时增大至1 553 J/kg，两者均达到中等强度。
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表 1 主要热动力指标 |
为了评估ERA5再分析风场资料的适用性，将08:00南京站和射阳站的探空与ERA5风场数据进行对比，两者的平均风向差在10 °以内，风速差在2 m/s以内，ERA5再分析风场资料可用。文中08:00和20:00的风矢量差根据探空站的观测数据计算得到，11:00和14:00的风矢量差根据ERA5风场资料计算得到，①过程在08:00就已表现出较大的低层（0~1 km）和深层（0~6 km）垂直风矢量差，分别为11.8 m/s和17.8 m/s，而②过程的低层垂直风矢量差在08:00较小，11:00低层和深层垂直风矢量差分别增加至9.4 m/s和20 m/s，14:00分别为9 m/s和28 m/s，深层垂直风矢量差一直处于中等偏强的程度。两次过程LCL均在1 000 m以下，从SRH来看，①过程在龙卷发生前后均超过了150 m2/s2，②过程在龙卷发生前小于80 m2/s2，但午后也迅速增大，20:00增至310 m2/s2。综合而言，两次过程均具有中等强度的CAPE、强的垂直风矢量差和SRH、低的LCL，满足江苏梅汛期产生超级单体龙卷的环境条件[3-4]，针对这两次过程环境背景和物理量场分析还可参考已有的一些研究成果[3, 21, 23, 30]。
闪电活动很大程度依赖于大气的热动力特性，较大的CAPE值和垂直风矢量差可为强上升气流的形成和发展提供热、动力强迫，而上升气流通量与闪电的发生成正相关。进入云内的能量越大，粒子的碰撞和分离越频繁，相应的电活动越频繁，叠加CAPE与地闪数据发现，地闪集中发生在CAPE值较高的区域，尤其是CAPE呈现高值的脊状区域内[31]。强的垂直风矢量差使降水质点脱离上升气流区，不会因拖曳作用减小上升气流的浮力，也增加了正、负电荷的分离，同时增加了中层干冷空气的吸入和低层冷空气的外流，进一步增强了上升运动。霰和冰晶是非感应起电中最主要的两种起电粒子，其含量直接影响起电过程，尤其是在云层的混合相态区（0 ℃~-40 ℃），①过程在08:00的云顶高度约为8.4 km，小于-20 ℃层高度（8.8 km），0 ℃层高度约为5.2 km，因此，0 ℃层以上云体厚度和混合相态区厚度为3.2 km，而②过程在08:00的-40 ℃层高度小于云顶高度（15.0 km），约为11.1 km，0 ℃层高度约为5.3 km，计算得到0 ℃层以上云体厚度约为9.7 km，混合相态区厚度约为5.8 km，相比较而言，②过程更有利于电荷的生成。此外，相当位温的高值中心可反映高温高湿能量的堆积，研究表明，地面温湿状态的改变会影响云内上升气流速度的大小，进而影响降水粒子的生成、分布及起电放电特性，当经过高相当位温区域时，上升气流强度会增加[32-33]，叠加龙卷发生当日14:00地面相当位温和13:00—17:00内的地闪频(图 2)，大部分的地闪呈带状分布在龙卷风暴中相当位温大于350 K的区域，同样，②过程对应的相当位温更高。
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图 2 2013年7月7日（a）和2016年6月23日（b）地面相当位温和地闪空间分布 黑色“·”代表负地闪，红色“·”代表正地闪，白色“▽”代表龙卷发生地。 |
① 过程中产生龙卷的风暴单体于14:20形成于南京市浦口北部地区，此后向东北方向移动并迅速增强，14:38时最大回波强度已达60 dBZ，随后在移动过程中50 dBZ以上的强回波区域不断增大，风暴顶高也有所增加，但未超过10 km，15:10钩状回波逐渐清晰，15:16开始有中气旋产生，底高2.1 km，15:34出现龙卷涡旋特征（TVS），随后中气旋切变值减小后再次增强，底高逐步减小，15:55左右在安徽天长产生龙卷，此时龙卷中气旋切变值增加到44×10-3 s-1，紧接着强回波区域在短暂性减弱后于16:23再次增大，质心高度不断降低，16:55左右在江苏高邮产生龙卷，此时龙卷风暴质心高度约为3 km，伴随的中气旋底高约1 km，切变值为43×10-3 s-1[3]。整个过程中，龙卷风暴单体最大反射率因子始终维持在58~64 dBZ之间。
② 过程中的风暴单体于10:00左右生成于安徽泗县，向偏东方向移动过程中，最大回波强度不断增加，回波顶高持续升高，13:28风暴低层形成高反射率因子组成的钩状回波，前侧有明显的弱回波区和中气旋，超级单体风暴形成。13:40中气旋最大切变位于底部，出现TVS，14:02最大反射率因子增加至69 dBZ，风暴质心高度升到8.2 km，在-20 ℃等温线附近，14:08最大反射率因子增大到75 dBZ，高度为7.5 km，随后质心高度、中气旋底和最大切变高度不断下降，14:19盐城阜宁龙卷发生时，质心高度降至2.8 km，中气旋底高降至0.9 km，最大反射率因子为65 dBZ。
两次龙卷风暴在发展移动中，①过程在16:00，②过程在14:00左右具有较强的回波强度和较高的质心高度，选取①过程在16:08、②过程在14:02时0.5 °仰角反射率因子及垂直剖面进行对比分析。如图 3所示，②过程超过50 dBZ的强回波面积和风暴发展的高度都远远大于①过程，说明②过程对流发展的旺盛程度要强于①过程，正是由于②过程雷暴的垂直发展高度、发展厚度及水平尺度更大，使得其混合相态区域的粒子数量和尺寸更有利于电荷的产生和分离。从两次过程的弱回波区也可以看到，①过程的弱回波区低于②过程，同样也说明其上升气流相对②过程较弱。
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图 3 龙卷风暴的发展强度和高度（红色实线为剖面切割线） |
叠加多站点雷达组合反射率拼接数据和地闪数据，两次过程在风暴单体发展过程中，地闪均主要发生在回波强度≥30 dBZ的区域内，但明显看出②过程中地闪活动多于①过程。在风暴单体初始发展阶段（图 4a、4g），地闪频次较少，且分布弥散，主要以负地闪为主，零星分布着少量正地闪，随着风暴中上升气流的不断增强，回波顶高增加，强回波面积增大（图 4b、4c、4e、4h），负地闪的发生逐渐密集，集中在强回波核中心区域。但在天长龙卷发生前，正地闪发生不频繁，而在高邮龙卷和盐城龙卷发生前，密集的负地闪外围有较多正地闪发生，尤其是盐城龙卷，正地闪频发。在龙卷发生期间（图 4d、4f、4j），地闪活动减弱，且逐渐分散，不再集中在强回波核中心。同时，天长龙卷及地时，正地闪仍然稀少（图 4d），高邮龙卷及地时正地闪活动略多，大多在负地闪外围区域（图 4f）。盐城龙卷及地时，≥45 dBZ的区域被正地闪填充，数量远超负地闪（图 4j），表明此时的雷暴中部主电荷区有可能为正电荷，而这种现象在14:02（图 4i）就已开始出现，此时提前冰雹发生约6 min。从龙卷与地闪的发生位置来看（图 4d、4f、4j），天长和高邮龙卷及地后的6 min之内，龙卷周围3 km范围均没有地闪发生，盐城龙卷及地后的6 min之内，龙卷所在地虽有地闪发生，但并非地闪发生最密集的区域。两次超级单体龙卷发生在上升气流区内靠近后侧下沉气流的地方，这反映出在龙卷及地前后，其附近区域荷电粒子被抬升的高度较高或者具有较少的电荷密度，从而与地面发生的击穿放电较少。
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图 4 2013年7月7日14:46（a）、15:22（b）、15:40（c）、15:52（d）、16:17（e）、16:54（f）和2016年6月23日13:00（g）、13:45（h）、14:02（i）、14:19（j）龙卷风暴单体中地闪的空间分布 蓝色“·”代表负地闪，黑色“·”代表正地闪，黑色“▽”代表龙卷发生地。 |
统计①和②过程中的地闪频次（图 5）。可以看出，龙卷均发生在地闪频次到达峰值后回落的阶段，即在龙卷及地前，地闪频次已达到最大值。①过程首先于15:55在安徽天长出现龙卷，随后于16:55在江苏高邮出现龙卷，而地闪频次在15:22达到最大值，提前首次龙卷发生约33 min。②过程中地闪频次于13:51达到最大值，随后14:19盐城阜宁龙卷发生，地闪频次达到峰值的时间提前龙卷发生约28 min。而低层中气旋的不断加强，有利于上升气流增强，强烈的对流抬升了风暴下部电荷区的高度，是导致地闪频次减小的原因之一[34]。
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图 5 地闪频次随时间的变化特征（红色虚线代表龙卷及地的时刻） |
龙卷及地时，地闪频次均有所减小，①过程中天长龙卷发生时地闪频次约降至其最大值的50%，高邮龙卷发生时地闪频次约为其最大值的24%。②过程中龙卷发生时的地闪频次约为其最大值的50%。但两次过程中地闪频次的绝对数值差异较大，①过程中天长龙卷及地时的地闪频次为108 fl/(6 min)，在天长龙卷结束后，地闪频次有所增加，随后再次减小，当高邮龙卷及地时地闪频次降至51 fl/(6 min)。②过程中龙卷发生时的地闪频次为272 fl/(6 min)，明显多于①过程，而上升气流强度和速度与闪电频次相关性r≥0.8[35], ①过程中55 dBZ回波最大高度均集中在0 ℃和-20 ℃层之间，而②过程中55 dBZ最大回波高度在龙卷及地前后在-20 ℃高度以上，说明②过程中强回波向高层伸展的更高，上升气流更强，而低层水汽在向上层输送过程中，通过释放潜热进一步增加了上升气流强度，从而在混合相态层内不断促使更多冰晶和霰粒子的生成，根据非感应起电机制的原理将碰撞产生更多的放电。
另一个明显的特征是两次过程在龙卷发生之前均发生了闪电跃增（图 6）。①过程分别在15:16、15: 18、15: 22发生闪电跃增，距离龙卷及地提前33~39 min。②过程共发生闪电跃增12次，9次发生在龙卷及地前，最早的一次发生在12:06，超出2σ阈值最大的3次连续跃增发生在13:34—13:38，提前龙卷发生41~45 min，提前冰雹发生34~38 min，在龙卷及地后，仍然有3次闪电跃增出现，这是由于②过程在此期间伴随有冰雹产生，而闪电跃增对于冰雹的发生也有预警作用[29]，这就导致此次过程闪电跃增次数较多。由上也可以看出，当地闪频次出现多次闪电跃增时，需提高警惕，可能有冰雹或龙卷等强天气出现，但当冰雹和龙卷伴随出现时，仅凭闪电跃增无法区分强天气类型。
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图 6 地闪频次的变化率 红色虚线代表龙卷及地的时刻，黑色箭头代表冰雹发生的时刻。 |
一般而言，正闪的发生次数远远小于负闪，江苏地区2013—2016年正地闪发生比例的统计平均值仅为16.7%，但在强雷暴中正闪的比例往往会有所增加，且具有其独特的特征[36]。两次龙卷过程均产生于超级单体风暴中，统计两次过程中的正地闪比例，如图 7所示。①过程中天长龙卷发生时，正地闪比例很小，约为3%，而在高邮龙卷发生时，正地闪比例增大，龙卷发生期间，正地闪比例达到38%，龙卷结束后，正地闪比例回落，在17:23达到最小值后维持在10% 左右。图 7中黑色方框所示为正地闪比例的最大值，但此时6 min发生的地闪次数只有3次，不作为有效样本。姚叶青等[37]曾分析了安徽一次EF3级龙卷风暴中的地闪演变，发现整个过程也均以负地闪为主。强雷暴中正地闪频发的原因：（1）倾斜的超级单体风暴使得上部主正电荷区与中部主负电荷区偏离，主正电荷区更容易对地放电；（2）在一定的液水含量和温度条件下，形成反极性电荷结构，中部为主正电荷区，从而产生更多的正地闪。从①过程中正地闪主要发生在强回波核外围（图 4a~4f），推断此次正地闪的产生主要为第一个原因，若雷暴发展不够高，就难以有相当数量的冰晶产生正电荷，这是此次过程正地闪未占主导的原因。
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图 7 正地闪比例随时间的变化特征（红色虚线代表龙卷及地的时刻） |
② 过程中龙卷及地前的11 min，正地闪比例达到峰值68%，随后有所减小，14:19龙卷及地时正地闪比例为63%，在龙卷发生期间，正地闪比例迅速下降，除了在14:37正地闪比例超过50%，其余时间均转为负地闪占主导，即龙卷发生在正地闪比例达到峰值后的减小阶段，并且在龙卷发生后出现由正地闪占主导转为负地闪占主导的现象，这与Biggar的研究结论类似[38]。值得注意的是，②过程同时伴随有强冰雹发生，进一步说明此次过程具有深厚的不稳定层结、倾斜和强烈的上升气流且积雨云中含水量丰富，从图 4i、4j中可以看出，正地闪主要发生在雷暴的主对流区，且发生频次远多于负地闪，推测在此阶段雷暴中部主电荷区为正电荷，下部有一弱的负电荷区，通过数值模拟也发现，此次过程在冰雹形成到龙卷发生期间为反极性多层雷暴电荷结构[17]，这是此次过程正地闪占主导的主要原因。
通过以上分析可以看出，龙卷等级越强，正地闪表现得越活跃，特征越明显。①过程中天长龙卷为EF2级，龙卷及地前后正地闪比例并未出现大值，高邮龙卷为EF3级，龙卷及地前的10 min内，正地闪比例明显增加，并持续增大到龙卷结束，但最大值未超过50%，正地闪未占主导。②过程龙卷为EF4级，龙卷及地前的20 min，正地闪活动快速增多并占主导，龙卷发生期间，主导地闪的极性发生反转，但正地闪比例仍大于均值，已有的研究表明，存在主导地闪极性反转的风暴往往都会产生强对流天气，且有一半会产生EF3~EF5级的龙卷[32]。
5.4 雷电流强度分别统计两次过程中3个龙卷发生前后各30 min内的雷电流强度，如表 2所示，由5.2节分析可知，②过程比①过程的对流发展更加旺盛，对应的地闪频次更多，但②过程的平均雷电流强度值却更小，其正、负地闪的平均雷电流强度均小于①过程，也远远小于历年均值。这是由于②过程中放电次数的增加，导致每次放电的电荷累积量较小，从而使得雷电流强度较小。同时，从图 8可以看到，两次龙卷风暴发展过程中雷电流强度随时间的变化并不明显。
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表 2 龙卷发生前后30 min雷电流强度均值 |
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图 8 雷电流强度随时间的变化特征（红色虚线代表龙卷及地的时刻） |
本文基于ADTD-2C闪电资料、探空观测、ERA5再分析资料和多普勒雷达资料，对两次典型强龙卷风暴中地闪的时空演变、正地闪发生比例及雷电流强度特征进行了统计，得到以下结论。
（1）中等以上强度的CAPE、强的垂直风矢量差和SRH、厚的混合相态层及相对较高的相当位温有利于霰和冰晶粒子的产生，也为电荷的产生和分离提供了良好的热动力条件。龙卷风暴中地闪主要发生在回波强度≥30 dBZ的区域内，在龙卷发生期间，地闪活动减弱且逐渐变得分散。
（2）龙卷均发生在地闪频次达到峰值后回落的阶段，地闪频次峰值分别提前龙卷发生约33 min和28 min，但两次过程中地闪频次的绝对数值差异较大，这与风暴中上升气流的强烈程度有关。另一个明显的特征是，龙卷天气发生之前，地闪会出现连续多次闪电跃增，但由于冰雹天气前也会出现闪电跃增，当冰雹和龙卷伴随出现时，仅凭闪电跃增无法区分强天气类型。
（3）龙卷等级越强，正地闪表现越活跃，特征越明显。天长龙卷发生时，正地闪比例很小，仅为3%，而高邮和盐城阜宁龙卷发生时，正地闪比例均远超历史均值（16.7%），尤其在盐城阜宁龙卷发生时，出现了正地闪主导向负地闪主导的反转。同时，两次过程分别伴随暴雨和冰雹，整体而言，伴随冰雹的龙卷风暴正地闪表现更活跃。
（4）雷电流强度随时间的变化规律并不明显，两次过程的地闪强度均小于历史平均值，但地闪发生愈频繁的龙卷风暴，对应的雷电流强度值愈小。
本研究探寻了强龙卷风暴中地闪的发生规律，在龙卷发生前地闪频次和闪电跃增都表现出比较明显的特征，美国已有的一些研究表明，包括云闪和地闪的总闪电与龙卷天气的相关性会更显著，云闪地闪比可作为强天气预警的指标之一，且在龙卷风暴中会出现短暂的“闪电洞”或“闪电环”现象[39]，这些研究依赖于云闪和闪电辐射源的观测数据，于2018年投入业务应用的风云四号A星及即将发射的风云四号C星上携带的闪电成像仪（LMI）能够对我国及附近区域的总闪进行连续监测，这将为龙卷风暴中总闪活动的研究提供有效手段。此外，受限于江苏地区ADTD-2C闪电定位资料的时序，本文的结论仅是针对两次典型强龙卷风暴归纳得来，随着资料的积累，运用双偏振雷达资料[40]，对强龙卷过程中闪电活动特征的认识将会更加清晰。
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