雷暴是一种中小尺度天气过程，常伴随有强烈的雷电活动以及大风和暴雨，甚至出现冰雹和龙卷风等灾害性天气。雷电对电力系统、电信系统、交通运输、森林、建筑物以及核试验和导弹发射等都能造成严重威胁，因而为人们所关注。事实上，雷电除对人类的生命财产造成重大损害外，也对维持地球的电磁环境以及氮氧化物和某些痕量气体的产生有重要作用。由于雷电产生于雷暴天气，是雷暴天气最基本的特征，因此，雷电的活动规律在一定程度上反映了雷暴天气的活动规律；反之，雷暴天气的活动规律也在一定程序反映了雷暴天气的活动规律；因此本节将简单介绍反映雷暴活动的基本参量的定义和分布特征以及雷电资料的应用潜力，有关我国雷暴活动气候特征的具体分析可以参看有关文献（孙景群，1987）。
雷暴活动参量的定义
在气象研究和工程应用中常用雷暴季节、雷暴持续期、雷暴月、雷暴日、雷暴小时以及落雷密度等参量来表示雷暴的活动情况。这里只介绍最常用的雷暴日、雷暴小时和落雷密度的定义及其分布特征。
雷暴日定义为：在一天内只要测站听到雷声则为一个雷暴日，而不论该天雷暴发生的次数和持续时间。另外根据一个月、一个季度或一年中某一地区发生的雷暴日数可以定义为月雷暴日、季雷暴日或年雷暴日。它们在一定程度可以反映对应期间雷暴的活动特征，是目前工程设计中广为采用的雷暴活动参量。但由于雷暴日本身不能反映一天中只发生一次短暂的雷暴，几次雷暴，还是持续时间很长的雷暴，因此在使用中有较大的局限性。
雷暴小时是指该小时内发生过雷暴。它比雷暴日更可靠地反映了雷暴的活动情况，也是目前工程设计中广为应用的雷暴活动参量。但是仍然无法区分该小时内雷暴活动的强弱程度，仍有一定的局限性。
较为理想的雷电活动参量是闪电密度。闪电密度包括总闪电密度和落雷密度。总闪密度是指一年中单位面积地面（或海面）上空所发生的各类闪电的次数，单位为km-2?a-1。总闪电密度较为精确地反映了全年雷暴活动的多少。落雷密度也称地闪密度，为一年中单位面积地面（或海面）所发生的对地闪电的次数，单位为km-2?a-1，落雷密度较为精确地反映了危害较严重的对地闪电活动的频数。
雷暴活动参量的气候资料是对气象台站（或其他雷暴观测台站）的雷暴观测资料进行多年统计平均后的结果，雷暴观测资料的统计平均年份愈长，雷暴活动参量的气候代表性愈好。通常，需对至少10年的雷暴观测资料进行统计平均，才能获得较好的气候代表性。气象台站对雷暴的观测实际为对雷电的观测，并把离台站较近可听到雷声的闪电定义为当地雷暴，有时亦可只闻雷声而不见闪电。雷暴观测记录了雷暴起、止时间以及相应时刻的雷暴方位等，当两次闻雷的时间间隔超过15 min后，则重新记录雷暴的起、止时间以及相应时刻的雷暴方位等。气象台站把听不到雷声的远处闪电定义为闪电，或称远闪。进行雷暴活动气候统计时，不包括远闪的观测资料。
闪电密度和落雷密度一般要借助探测仪器来获得。早期的闪电密度常采用闪电计数器来得到，由于闪电计数器的探测范围有限，而且不能够区分闪击地面的闪电，因此要得到落雷密度的数据，必须借助其他观测手段。
目前最先进也是最可靠的闪电密度和薄雷密度获得方法是卫星携带的闪电探测系统和地面闪电定位系统。随着微电子技术的发展和探测资料的积累，自20世纪70年代末以来，相继出现了各种能够确定雷电发生位置的探测系统。并逐渐在许多国家布网，落雷密度可以很方便的通过雷电定位网络得到的资料分析获得。这种办法在测得落雷密度的同时，还可以连续监测雷暴的活动情况，是目前国际上普遍采用的办法。
各种雷电定位系统简介和比较
目前被国际上普遍认可的雷电定位方法大致可分为五种。第一种是改进了门控磁脉冲定向法，如已经商业化并有广泛应用的地闪定向仪（DF），它能识别典型的对地闪电的LF（低频）频段辐射电磁场波形，测定放电波形的峰值和方位。多站DF布网则可确定闪电发生的位置。第二种是工作在LF频段的长基线TOA（时间到达法）技术，如闪电定位及跟踪系统（LPATS），该系统也已经商业化，并在个别区域有应用。第三种是工作在VHF（甚高频）频段的干涉仪方法，已在法国商业化，其特点是可以同时探测云闪和地闪，并可了解放电的大致过程，但探测距离较短。第四种是工作在VHF频段的TOA技术，如LDAR系统。第五种是利用雷声差探测闪电通道的技术，它是一种更局地的网络。
从性能看，前两种定位技术可以在较大的范围内布网，后三种比较适用于特殊用途及闪电物理的研究。DF的主要问题是非理想测站环境引起的定向误差较大。它本身是方向的函数，难以校正。LPATS的主要问题是系统较复杂，要求同步、测时精度高，也有因传播引起的误差。需要说明的是除DF是测地闪落地点外，其余方法测的是没判据的电磁脉冲或其副产品，即DF测量的是地闪，而其他方法探测的是包括云闪和地闪的信号。原则上，因测不到落地点的信号，单靠VHF技术无法区分云、地闪。下面简单介绍一下前两种系统。
（1）磁脉冲定向法地闪定位系统（DF）：采用一对南北和东西方向放置的正交环磁天线和一个垂直放置的电天线组合来测量闪电发生的方位角。假定闪电产生的电磁波水平磁场相对正北方向成θ角，在两个环天线上感应的信号分别正比于X和Y，则
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由上式可计算出入射电磁波的水平方向。由于三角函数的周期性，由上式可得到两个解。利用垂直电天线感应的信号极性来消除180°的不确定性，以得到闪电的真实方向。利用两个或更多探测子站测量的雷电方向汇交，可以确定闪电发生点的平面位置。方向汇交法的定位精度主要取决于各测站的测向误差，距离越远，定位误差越大。
（2）TOA法：与DF一样，TOA法也接收闪电电磁脉冲的低频信号。两个以上放置于不同放置的探测子站通过探测闪电电磁脉冲到达本站的绝对时间，每两个测站之间的时间差可以构成一条双曲线，两条双曲线的交点，就是闪电电磁脉冲发生的位置。由于两条双曲线交点可能的双解性，TOA法闪电定位网一般有四个或更多的探测子站，以保证定位结果的惟一性。
为改进定位精度，美国率先发展了将上述两种方法联合的时差测向混合法（IMPACT）。IMPACT闪电定位系统的两个测站既探测回击发生的方位角，又探测回击辐射的电磁脉冲波形峰值点到达的精确时间。中心分析站将根据每个闪电探测子站的方位和时间差数据，进行不同组合的联合定位。通常情况下，由于测量误差的影响，每一子站得到的雷电方向较难汇交在同一点，因此一般要采用最小二乘法定位来进行误差修正。IMPACT闪电定位系统由于改进了定位方法，从而提高了定位精度。IMPACT闪电定位系统在保证较少探测站数目的前提下，又保证了较高的定位精度，是目前比较实用的雷电监测定位系统。
80年代以来，雷电定位技术得到较大的发展，并在许多国家布网。90年代以后，美国Global Atmopsherics公司推出了IMPACT新型产品，并增加了GPS技术和数字波形处理技术（DSP），改善了原多站系统的定位精度，目前已在美国、加拿大、日本、巴西、澳大利亚等国家和地区建网。80年代末期法国Dimensions公司推出的甚高频（VHF）干涉仪闪电定位系统（SAFIR）也在法国、比利时、日本、新加坡等国家和地区建网。80年代初期，中国科学院兰州高原大气物理研究所首先从美国引进了三站DF闪电定位系统，用于闪电研究。90年代国内出现了国产化的闪电定位仪，目前国内至少有几十台低频电磁脉冲的闪电定位仪在气象、电力、民航、林业等部门使用。
雷暴活动的地理分布
雷暴活动随地理位置的不同有很大的差别，在我国的东南地区，如广东省和广西壮族自治区，平均年雷暴日可达90~120天，雷暴小时可达400~600 h；长江两岸雷暴日为40~50天左右，雷暴小时可达150~200 h；在我国北方地区如黑龙江、吉林、辽宁、河北、山东、山西、河南等省的大部分地区和陕西、内蒙古自治区的大部分地区雷暴日一般为20~50天，雷暴小时为50~200 h，在戈壁、沙漠地带或盆地一般雷暴日低于20天，雷暴小时低于50 h，有的地方甚至不到10天，雷暴小时低于25 h。有趣的是在青藏高原的北缘和东缘由于地势较高，地形的起伏较大，地形的抬升使得雷暴易于形成，因此，平均年雷暴日普遍高于同纬度的其他地区，一般可达50~80天，雷暴小时可达50~200 h，局部地区甚至更大。因此在进行雷电防护的设计时，一定要根据不同的地理位置和气象条件进行不同的考虑。
MacGorman et al（1984）、Hidayat and Ishii（1998）以及Qie et al（1993）利用美国生产的磁定位向闪电定位系统分别对美国本土、印度尼西亚和中国部分地区的落雷密度，闪电的日变化等特征进行了分析。研究结果发现落雷密度与地形有很好的相关性，比如在山地或丘陵地区落雷密度远大于临近的平坦地区，而且闪电活动也有可能超前雷达来批示强对流的发展，可以利用强对流天气系统的监测、预警等。
全球平均年雷暴日的地理分布较为复杂，其分布特征与大气环流、海陆分布、地形和地貌、冷暖洋流以及局地条件等因素有关。20世纪70年代末以来，随着多种雷电探测技术的发展，对全球闪电活动的探测成为了可能。气象卫星携带的闪电探测器，可以通过探测闪电放电产生的可见光和近红外辐射来确定全球的闪电活动。图2-11是利用1995~1997年卫星上探测到的闪电资料所得到的全球闪电分布。图中颜色越黑表明闪电密度越大。从图中可以看出，全球范围内的高闪电密度中心集中分布在陆地上。
全球平均年雷电活动的地理分布大致具有三个特征：
（1）平均年雷暴活动一般随纬度增加而递减。平均年雷暴日和落雷密度的高值区多位于纬度小于30°的陆地上，在大陆的赤道地区平均年雷暴日可达100~150天。而在北纬70°以北和南纬60°以南地区，平均年雷暴日减少到1天以下，甚至没有雷暴日。在热带地区为75~100天，中纬度地区约为30~80天。Goodman and Christian（1993）利用1986~1987年的卫星资料发现在20°S~20°N之间是闪电活动的峰值区域。
Mackerras et al（1998）曾经利用1986~1991年定点卫星上的闪电探测器得到的59.9°N~27.3°S范围内的闪电资料，得到了北纬25°N到50°N之间的闪电密度和落雷密度随纬度的变化，并与Orville（1994）利用美国的闪电定位网络（NLDN）得到的落雷密度进行了对比，结果示于图2-12。图中曲线1是利用卫星资料得到总闪电密度，曲线2是由曲线1得到的地闪密度，曲线3是Orville（1994）利用美国的闪电定位网络（NLDN）得到的闪电密度。尽管在30°N~40°N之间得到闪电密度数有一定的差别，但是闪电密度随纬度增加而减少的趋势是十分明显的。
（2）陆地上的平均年雷暴日普遍大于同纬度的海洋地区。Mackerras et al（1998）利用卫星上的雷电探测器得到的全球闪电数为2.05×109/a，而且54%发生在北半球，平均的陆地总闪密度为8.3/km2?A，是海洋上总闪电密度的3.4倍。
（3）在陆地上，潮湿地区的平均年雷暴日一般大于同纬度干旱地区的数值。
利用卫星携带的闪电探测器对全球闪电的探测和研究，可以进一步查阅下列文献：Orville and Spencer（1979），Turman and Edgar（1982），Orville and Henderson（1986），Goodman and Christian（1994）；Mackerras et al（1998）。
闪电资料的应用
由于闪电常常和对流活动相联系，而很多灾害性天气，如冰雹、暴雨和飓风等又伴有强烈的对流活动。因此，通过对闪电活动的监测，可以了解这些灾害性天气发生、发展及移动的情况。与天气雷达资料的比较发现，闪电资料可以指示强对流的发展。由于雷电定位系统具有覆盖范围大、维持费用低及可连续长时间运行的优点。作为日常灾害性天气的监测手段更为有效。
闪电资料不仅受到广大气象学家的重视，而且已经用于森林防火、电力、航天等部门。20世纪80年代以来，美国、加拿大、法国和中国等国家已经广泛应用闪电定位网来进行雷击森林火灾的早期探测、电力系统的保护和雷击故障点监测，以及航空、航天的安全保障等，气象研究者也将闪电资料和雷达回波、卫星云图以及其他观测相结合试图找出各种天气系统不同发展阶段的地闪特征，以便将这一新的、有效的观测手段用于业务预报中去。
郄秀书等（1989，1993）曾经利用闪电定位资料分别对兰州和北京的雷暴日、雷暴小时和落雷密度进行了分析，得到的雷暴日结果与气象台站得到的结果有很好的一致性，而且可以得到落雷密度的估计，这种方法较人耳要可靠、方便。
利用雷电定位资料还可以进行雷电与对流性降水量关系的研究，最近的研究表明，雷电与对流性天气系统产生的降水量之间有很好的相关性。在美国中部地区，一个地闪可对应108 kg的降水（Petersen and Rutledge，1998）。周筠君等（1999）利用三站闪电定位系统所取得的地闪资料与雷达、降水及探空等资料进行对比分析后，发现在甘肃地区地闪与对流性天气中的降水量也存在较好的相关性，这种相关性可以对对流天气中的降水量进行估测。通过非线性回归近似拟合得到平均雨强R与对应时段内的地闪数F的回归方程为R=1.692 ln F-0.273，相关系数r为0.8641。
