青藏高原雷暴的闪电特征及其成因探讨

通过对2003—2004年夏季青藏高原那曲地区30次雷暴过程的地面电场及闪电电场变化的分析,发现高原雷暴具有三极性电荷结构特征,其中73%(22次)的雷暴过程在其成熟阶段地面电场呈正极性,表明在雷暴云下部存在较常规雷暴范围广、电荷量大的正电荷区(LPCC),其余27%(8次)的雷暴同样具有三极性电荷结构特征,但LPCC相对要小得多。高原雷暴平均闪电频数一般只有1 fl.min-1,相对其它地区要小几十倍。对雷暴云闪电特征的进一步分析发现,具有较大LPCC的雷暴按照闪电特征可分为以云闪(IC)、负地闪(-CG)和正地闪( CG)为主的三类雷暴。结合气象参量分析发现IC型雷暴对应较高的地气温差和地表温度,相对湿度较小,而 CG型雷暴发生在傍晚,因此对应的地气温差偏小。     

平凉一次雷暴云内的降水粒子分布及其电学特征的探讨

利用X波段多普勒双偏振雷达在甘肃平凉地区获取的一次雷暴过程资料,采用模糊逻辑判断法详细分析了该过程云内降水粒子的时空演变特征,同时结合该地区雷暴的电学特征,探讨了雷暴云电荷结构与云内降水粒子之间的关系。结果表明,在雷暴发展的不同阶段,各种降水粒子的数量存在较大的差异,霰粒子和干雪的演变特征与雷暴的发展、成熟到减弱过程对应比较一致。结合地面电场和雷达推断,冰相粒子特别是霰粒子和冰晶粒子与雷暴云的起电存在密切的关系。从各种粒子的垂直分布特征来看,中国内陆高原雷暴云下部正电荷区的强弱最有可能由霰粒子的多少来决定;同时利用霰粒-冰晶起电机制可以较好地解释雷暴云内三极性电荷结构的形成。     

利用地面电场对中川地区一次雷暴过程电荷结构的研究

针对中国内陆高原地区雷暴多为孤立且尺度较小的特征,假定孤立雷暴在闪电发生前,当地面电场处于平稳状态时,云内的电荷区在水平方向上均匀分布,且只与垂直高度有关。根据云厚可将雷暴云在垂直方向上分为若干个厚度相等的区域,地面电场值即为雷暴云内多个水平均匀分布的电荷区域共同作用的结果。在此理论假设基础上,利用甘肃中川地区一次典型雷暴过程引起的多站地面电场观测资料,对该雷暴过程的电荷结构及其演变特征进行最小二乘法的拟合研究。结果表明,在雷暴发展演变过程中,其下部始终存在一范围和强度都较大的正电荷区,同时在雷暴云顶部存在强度较小的负电荷区,使得雷暴整体上呈四极性电荷结构。通过与雷达回波的对比,发现雷暴电荷中心与雷达强回波中心位置大体一致。     

青藏高原雷暴云降水与地面电场的观测和数值模拟

在2003年青藏高原那曲地区夏季雷暴云的观测试验中,三次伴有降水的过程中都出现了地面电场(Egnd)随降水的漂移现象,而且固态和液态降水对Egnd的极性改变并不相同。为了模拟再现高原雷暴云降水和Egnd之间的关系,选取了8月13日这次具有高原雷暴代表性特征的过程,模拟了雷暴云移经观测点上空期间,测站固、液态降水与Egnd的变化以及雷暴云下部正电荷区的空间分布。模拟的Egnd及固、液态降水与其的对应关系与观测事实较一致。分析结果表明,固态降水主要携带正电荷,液态降水主要携带负电荷,各类带不同极性和数量电荷的降水粒子常共存在雷暴云中,Egnd主要受携带电荷量占主导地位的降水粒子的影响,地面出现强正电场时正好是云在当顶并且地面出现强固态降水的时间。     

地面电场监测数据在雷暴预报中的应用

利用2XDD-03/E型大气电场仪对丹东地区2005年夏季的雷暴过程进行监测,分析雷暴云的电荷结构、地面电场曲线的波型特征,揭示出电场扰动与雷暴发生具有0、1化关系,找到了判断浓积云发展成雷暴云的判据,提出利用地面电场曲线的变化特征对雷暴预报预警的方法。     

青藏高原雷暴云底部次正电荷区与暖云区厚度的关系

为了弥补青藏高原雷暴观测个例的不足,从动力、微物理和起电过程之间的密切联系来解释青藏高原雷暴云底部较大的次正电荷区（LPCC）和暖云区厚度（WCD）之间的关系,本文设置敏感性试验组,通过三种途径,改变了青藏高原那曲地区一次LPCC明显且对流较强的雷暴过程的探空初始场,得到10组具有不同WCD值的初始场算例,利用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,模拟分析了WCD和LPCC之间的可能关系。结果表明,在青藏高原WCD并不是决定LPCC大小的唯一因素,明显的LPCC的形成需要较薄的WCD配合较强但不能太强的上升速度,即使WCD很薄,太强的上升气流也仅容易形成主正和主负电荷区非常强的一般型雷暴,太弱的上升气流,也仅能形成主正和主负电荷区很弱的一般型雷暴。雨滴的两个主要源项,即雨滴通过重力碰并收集云水和霰融化形成雨水,及霰的主要源项霰撞冻云水,这三个微物理过程的效率主要取决于对流强度。薄的WCD对暖云降水过程的抑制作用不及强的上升速度对暖云降水过程的增强作用。在对流强度变化不大的情况下,WCD主要影响着冰粒子的分布高度,WCD越薄,向0℃层以上输送的云滴尺寸越小,数目越多,越利于低层冰粒子的生长,L...     

雷暴云电场的初步研究

本文介绍了利用电场仪、闪电计数器以及雷达对雷暴云地面电场进行观测的结果。甘肃平凉地区雷暴云电荷分布一般为上正下负,云底附近有一小正电荷区。上层正电荷区可向上延伸,而下层负电荷区水平尺度可达数个公里,云底小正电荷区也可扩展10公里以上。 降水区地面呈现正电场。雷暴云闪电电矩变化可在40—300库伦公里间,平均值为120库伦公里,随着云体的发展,也就是说,随着雷达强回波高度的增高,大于180库伦公里的闪电增多。闪电后电场初始恢复速率平均为1/7/秒。 对于雷暴云电场特征的可能机制也作了初步讨论。     

青藏高原东北部地区夏季雷电特征的观测研究

介绍了2002年夏季在海拔2650m的青海东部地区所进行的雷电综合观测实验及初步研究结果。实验中采用了GPS同步的6个站闪电快、慢电场变化和平均电场的同步观测,配合1ms的高速摄像对该地的雷暴电荷结构、闪电放电特征等进行了研究。初步研究结果表明,青海东部的雷暴云当顶时,地面电场既可受云内的负电荷所控制,也可能受正电荷所控制,揭示了雷暴电荷结构的复杂性。同时,闪电特征也存在一定的特殊性,所发生的地闪先导常以多分叉的形式慢速向地面行进,并在地面形成两个或两个以上的接地点;梯级先导的发展速度约为0.8～1.18×105m·s-1。同时在地闪发生之前和之后常有持续时间较长、闪道清晰的云内放电过程发生。高速摄像观测首次发现,在一次云内正电荷控制地面电场的雷暴条件下,云内放电过程呈现出双层结构特征。放电首先从上部负电荷区和下部正电荷之间的地方激发,然后上、下同时发展。在开始阶段只能看到向下的负流光通道,当上、下发展的通道分别到达负、正电荷区时,明亮的的主通道形成。之后放电在下部正电荷区以多分叉的形式水平扩展,下部的水平扩展停止后,主通道上部的放电开始水平扩展,是一种反极性的云内放电过程。     

人工引雷的数值模拟

本文通过一个二维平面对称模式，针对甘肃地区雷暴云的特点，计算了在不同电荷分布情况下人工引雷成功时的触发高度、火箭发射点的地面电场值以及能成功引发闪电的范围大小。并对甘肃地区雷暴云在负电场区很难引雷成功的原因和在偶极性电荷分布的雷暴云下人工引雷的结果进行了一些分析。结果表明，下部小正电荷中心的高度、电量的大小对能成功引雷的范围、触发高度都有较大影响。整个云体的高度对触发高度有较大的影响，但对能触发闪     

一次单体雷暴的地面电场演变特征

该文利用地面电场资料、多普勒雷达、卫星观测以及常规天气资料,揭示单体雷暴对流系统的电场演变特征。通过对雷暴单体地面电场曲线演变特征的分析研究,结果表明这次单体雷暴的电荷分布为三极性结构,一般为上正下负,云底附近有一小正电荷区,为电场资料在单体雷暴天气分析预报中的应用积累了基础资料。     

北京地区的闪电时空分布特征及不同强度雷暴的贡献

利用北京闪电定位网(BLNET,Beijing Lightning Network)和SAFIR3000(Surveillance et Alerte Foudre par Interometrie Radioelectrique)定位网7年共423次雷暴的闪电资料,并按照雷暴产生闪电多少,同时参考雷达回波和雷暴持续时间,将雷暴划分为弱雷暴(≤1000次)、强雷暴(>1000次且≤10000次)和超强雷暴(>10000次),分析了北京地区的闪电时空分布特征及不同强度等级雷暴对闪电分布的贡献。北京总闪电密度最大值约为15.4 flashes km-2a(^-1),平均值约为1.9 flashes km^-2a(^-1),大于8 flashes km^-2a(^-1)的闪电密度高值区基本分布在海拔高度200 m等高线以下的平原地带。不同强度雷暴对总雷暴闪电总量贡献不同,弱雷暴(超强雷暴)次数多(少),产生的闪电少(多),超强雷暴和强雷暴产生的闪电分别占总雷暴闪电的37%和56%。不同强度雷暴对总雷暴的闪电密度高值中心分布和闪电日变化特征影响显著,昌平区东部、顺义区中东部和北京主城区是总雷暴闪电密度大于12 flashes km-2a(-1)的三个主要高值区中心,前两个高值中心受强雷暴影响大,而主城区高值中心主要受超强雷暴影响。总雷暴晚上频繁的闪电活动主要受超强雷暴和强雷暴影响,这两类雷暴晚上闪电活动活跃,分别占各自总闪电的69%和65%,而弱雷暴闪电活动白天陡增很快,对总雷暴午后的闪电活动影响大。另外,不同下垫面条件闪电日变化差异大,山区最强的闪电活动出现在白天,午后闪电活动增强很快,主峰值出现在北京时间18:00,而平原最强的闪电活动发生在晚上,平原(山麓)的主峰值比山区推迟了约1.5小时(1小时)。     

近40年长沙地区雷暴天气的气候特征分析

本文利用长沙区域4个气象站1971~2010年40年观测资料,研究了本区域雷暴的气候变化特征。研究结果表明:长沙区域雷暴日数呈东西山区多,中部平原少的空间分布特征,长沙东部和西部的浏阳、宁乡分别为最高和次高发区,年平均雷暴日数分别达62天和53天,而中部地区的马坡岭年平均雷暴日仅39天。在月变化特征上,长沙区域的雷暴主要出现在2~9月,且呈现出典型的双峰型结构,雷暴最多的月份分别出现在4月和8月。在6~9月,浏阳的雷暴日数要明显大于宁乡、望城和马坡岭的雷暴日数,而在其它月,4个观测站的雷暴日数相差不大。在日变化特征上,长沙区域4个测站的雷暴主要出现在午后到傍晚的时段其中以15~17时最多,在13~18时,浏阳的雷暴次数要比另外3个测站雷暴次数明显偏多。1971~2010年长沙区域4个测站的年雷暴日数均呈现出减少的趋势,其中以浏阳的减少趋势最为明显,2000年以后长沙区域4个测站的初雷日略有推迟,而终雷日明显提前。发生雷暴时,宁乡站对K指数及SI指数所代表的不稳定能量较其它3站略高。      

我国中东部雷暴活动特征分析

基于2010—2014年国家闪电监测网的云-地闪电定位数据,利用雷暴识别与追踪算法获得了505 257个雷暴系统,进而统计分析了我国中东部地区的雷暴发生发展特征。考虑地形和气候差异,将我国中东部划分为东北、华北、华中与华东、西南、华南五个区域,对比了上述区域的雷暴中地闪活动持续时间、移动距离、移动速度等特征,并进一步对雷暴发生的环境物理量特征进行了统计分析,最后讨论了雷暴发生与地形的相关关系。结果显示:雷暴具有局地性强、快速生消的特性,超过70%的雷暴移动速度低于60 km·h~(-1),超过80%的雷暴持续时间低于2 h,超过90%的雷暴移动距离低于60 km;东北地区雷暴移动速度相对更快,西南地区移速较慢且雷暴移动距离更短。华中与华东、华南地区雷暴发生的整层可降水量与对流有效位能值最高,西南次之,东北与华北地区最低,而0～6 km垂直风切变则反之;广东、海南等地为雷暴发生最活跃区域,江南、西南地区东部、华南地区西部、华北地区太行山一带等地为雷暴发生较为活跃的地区;雷暴发生与地形密切相关,四川盆地西麓与珠江三角洲地区明显呈现出随地形抬升而导致雷暴触发的情况。     

南京地区一次冬季雷暴过程的雷达回波特征分析

为研究雷暴发展过程中的雷达回波特征,利用S波段双偏振多普勒天气雷达对南京地区的雷暴进行了观测研究,利用雷达回波资料、地面大气电场数据、闪电定位数据及探空资料对比分析了2014年一次冬季雷暴过程与夏季雷暴的雷暴回波特征差异。分析结果表明:冬季雷暴的对流发展高度明显低于夏季雷暴,持续时间短,水平尺度小,有较大比例的正闪;影响冬季雷暴与夏季雷暴的成雷对流高度差异的主要因素是环境温度差异,冬季雷暴在较低的高度上,具有较低的环境温度,更有利于雷暴起电;对流单体中,霰粒子的存在是雷暴的一项重要特征。     

春季与夏季两次雷暴大气结构及地闪特征对比

利用NCEP再分析资料、探空资料、闪电定位资料和南京、常州多普勒雷达资料,通过对比分析南京2012年2月22日春季雷暴和2011年8月10日夏季雷暴两次过程,研究不同季节影响雷暴发生的大气结构以及强弱雷暴地闪特征的差异。结果表明:风矢位温(V-3θ)图揭示的大气动力热力水汽特征能够为雷暴的潜势预报提供先兆信息。两者相较而言,春季雷暴的动力抬升作用明显;夏季雷暴主要由热对流引起,对流层上层的动力抽吸作用不明显。春季弱雷暴正地闪在总地闪中所占比例较高。无论春季弱雷暴还是夏季强雷暴,地闪落点与辐合区对应关系明显,且地闪的落点也与雷达反射率因子有较好的对应关系:地闪主要分布在强回波区(大于40 d Bz)及其外围区域。但在较强雷暴云的发展阶段,地闪多发生在风暴体伸展方向的一侧,具有引导雷达回波移动的作用,夏季强雷暴地闪簇集在垂直风切变区域。     

雷暴中双极性窄脉冲事件的位置与辐射强度

双极性窄脉冲事件（NBE）是一类特殊的大气放电现象,能产生强甚低频/低频（VLF/LF）和甚高频（VHF）辐射。为了探索NBE发生的气象环境和放电特性,选出重庆双频段闪电定位网络在一次雷暴过程中观测到的608次正极性NBE（简称正NBE）和82次负极性NBE（简称负NBE）,对比发生位置和辐射强度。结果表明:正NBE主要分布于7~15 km高度处,归一化到距离辐射源100 km处的VLF/LF电场变化峰值的平均值为13.4 V·m-1,平均VHF辐射功率为73.5 kW。负NBE主要发生在两个高度范围,72例负NBE分布于16~20 km高度,它们倾向于发生在30~35 dBZ回波顶高大于18 km的对流云顶及附近,其平均归一化VLF/LF电场变化峰值为42.7 V·m-1,平均VHF辐射功率为76.9 kW。10例负NBE分布于4~8 km高度,全部发生于对流核内部。其平均归一化的VLF/LF电场变化峰值为2.7 V·m-1,平均VHF辐射功率为18.2 kW。从统计结果看,在VLF/LF频段,上部负NBE的辐射强度普遍强于正NBE和下部负NBE;在VHF频段,上部负NBE的辐射强度与正NBE基本相当,大于下部负NBE;下部负NBE在两个频段的辐射通常弱于正NBE。     

西藏地区雷暴的卫星云图特征研究

利用2006～2008年FY2-C卫星资料和西藏自治区雷暴记录资料,采用通道差异及云指数法对西藏地区雷暴在卫星云图上的特征进行了分析研究。结果表明,雷暴开始时刻,拉萨、日喀则、当雄卫星通道差异和云指数特征明显,红外-分裂窗亮温差值为-5～5℃、红外-水汽亮温差值为-10～10℃和FYCDI云指数为-0.11～0.28K,能较好指示西藏雷暴的开始。从初始时刻至成熟强盛阶段,雷暴的红外和水汽亮温均表现出强烈的降温,其中,雷暴开始时红外和水汽亮温下降约15℃左右,并于1～2小时后达-70℃左右的最低值,达雷暴强盛阶段;成熟阶段雷暴的红外-水汽亮温差值为0～-5℃,FYC_TS值为0左右。      

四川1960-2010年雷暴观测事实及灾害防范区域研究

利用1960 -2010年四川雷暴逐日观测资料分析四川雷暴特征及变化规律。结果表明,四川雷暴年平均雷暴日数呈逐年减少趋势,高原雷暴发生的日数明显多于盆地区域,川西高原南部山区偏多于川西高原北部。把研究的防御重点信息数据与地理信息系统（GIS）技术相互结合,将雷暴灾情实况、雷暴多发区域、人口、经济情况的属性信息特点进行地理编码,使其转换为包含经度、纬度、海拔等相关地理信息的地理图层shape文件,实现灾害防御数据信息与地理信息的融合。结果表明：盆地东部的南充、广安和高原的盐边为雷暴重点防御一级区域;巴中、阆中、峨眉、盐源为雷暴二级防御区域;绵阳、南充、泸州、阿坝为雷暴三级防御区域;成都、温江、都江堰、达州、遂宁、雅安、宜宾等为雷暴四级防御区域。     

大理机场雷暴特征及潜势预报分析

利用大理机场5年天气观测资料和FNL 1.0X1.0数据,对大理机场雷暴特征及潜势预报进行分析,结果发现：大理机场全年各月都有可能出现雷暴天气,雷暴天气主要出现在6~9月,每年7月和8月雷暴天气出现最为频繁;雷暴天气持续时间0~1小时的次数最多,持续时间1~2小时的雷暴也比较常见,持续时间4~6小时的次数较少,没有出现持续时间6小时以上的雷暴;雷暴可以出现在大理机场的任何方向,出现在东边的次数最多,出现在天顶的次数最少;雷暴初期平均在1月31日,雷暴终期平均在11月14日,雷暴的初期和终期年际差别较大。选取对流有效位能、500hPa相对湿度、0度层高度、近地表四层等压面的抬升指数和可降水量作为预报因子建立大理机场雷暴预报方程,预报方程是显著的,有较好的雷暴潜势预报能力。     

1971—2008年青岛地区雷电时空分布特征

选取1971—2008年青岛地区7个地面观测站雷暴日资料和2006—2009年闪电定位系统监测资料,统计分析青岛雷暴的时空分布规律,并以某大型石化项目为例,分析了该区域地闪的分布特征。结果表明：近38 a青岛地区雷暴日空间分布自东南向西北逐渐增多,季节性分布特征明显,主要集中在7月和8月。根据闪电定位资料,借助分析软件得出该石化项目附近雷电流强度分布图和雷电流累积概率分布曲线,进而得出对应的雷电流强度值,最大值为41.68 kA。利用闪电定位系统提供的地闪次数计算地闪密度Ng比用人工观测资料计算的结果更为客观,研究结果可为雷电灾害风险评估提供评估参数。