郑州雷电发生的环境场特征及潜势预报

利用郑州站雷暴日观测资料,分析了郑州雷电活动的气候特征;使用2004—2006年郑州站探空资料计算了强天气威胁指数、最有利抬升指数等环境参数,分别探讨了单个环境参数和多个环境参数组合与郑州雷电天气之间的相关性。结果表明:(1)单个环境参数在一定的取值范围内与雷电活动具有相关性,但不能完全反映雷电活动特征;(2)多参数综合可在一定程度上反映雷电活动的特征,雷电活动出现的几率随着有利环境参数的个数增多而显著增大。应用多元线性回归方法建立了郑州雷电概率潜势预报方程,方程通过了α=0.05的显著性水平检验;采用郑州地区ADTD闪电监测资料对2008年6-8月业务试运行结果进行评估,雷电概率预报的TS评分达到63.6%。该方法的建立为郑州市雷电天气的预报提供了客观、定量的参考依据。     

大气不稳定度参数与闪电活动的预报

利用北京地区M—LDARS闪电定位系统的观测资料，结合探空资料，分析了182个有闪电活动和153个无闪电活动的多个大气不稳定参数与闪电活动的关系。结果表明，潜在一对流性稳定度指数、抬升指数、对流有效位能和700hPa相当位温与闪电活动具有较好的相关性，而中层湿度与闪电活动的相关性没有以上几个参数明显。文中进一步分析了多参数综合预报的闪电活动的概率，闪电频数和各参数的线性回归关系，提出了闪电活动预报的诊断指标。本研究对北京地区雷电监测与预警有参考价值。     

青海东部雷电活动环境特征及其预报

选用2011—2013年6—8月西宁站探空和闪电资料,对雷电天气发生时的环境参数进行主成分分析,探讨多环境参数和单环境参数与雷电活动之间的相关性。结果表明:多环境参数主要为层结稳定度类、大气温湿类和动力类三类;700 h Pa假相当位温、全总指数、沙氏指数、深对流指数和高原修正K'指数5个单环境参数在一定的取值范围内与雷电活动关系密切。以单环境参数为预报因子建立青海东部雷电活动潜势预报方程,利用2014年6—8月实测数据样本进行试报检验,预报效果理想。     

江苏省雷电活动潜势预报研究

利用江苏省3年的闪电资料和探空资料,首先分析了南京地区12个对流参数与闪电活动的关系,然后筛选出相关性较好的10个参数,运用熵值法、复相关系数法和组合权重法计算出这10个参数在闪电潜势预报概率方程中的权重,并分别用试验资料和独立资料对方程进行预报检验,得到了较高的预报评分。最后随机选取了江苏及周边地区连续两天的探空资料和地闪资料,用插值法生成了江苏地区未来12小时闪电潜势预报概率图,并与相应时段的闪电分布图进行了对比,研究发现预报效果显著,说明多参数复合加权得出的闪电潜势预报方程对未来12小时的闪电活动潜势预报有重要的现实意义。      

利用起放电模式开展闪电活动的直接预报试验

利用耦合有起电和放电物理过程的中尺度起电放电模式WRF-Electric,开展了华北地区连续3年（2015—2017年）的闪电活动预报试验。结合全国地闪定位观测资料,针对不同影响范围雷暴类型和预报时间,对数值预报结果开展点对点的定量检验,评估模式对闪电活动的预报能力及特点。结果表明:WRF-Electric中尺度模式具备一定的区域闪电活动预报能力,在起报后的6~12 h对闪电活动区域具有较好的预报效果。雷暴落区预报的点对点定量检验中,模式和业务预报在华北主汛期（6—8月）的预报临界成功指数（CSI）均为0.1,模式对于活动范围较小的局地性雷暴过程的预报更具参考价值。模式预报的闪电活动范围相对集中,闪电活动密度偏高,预报的主要问题存在于放电参数化方案的设计。应当考虑到模式空间分辨率对云内电场强度的影响,合理降低闪电参数化中的放电阈值以扩大预报的闪电活动范围。模式在闪电密度的定量预报上还有较大改进空间,单次放电中和电荷量应当更符合观测事实。     

安徽闪电分布特征和不稳定条件分析

利用安徽2008—2011年LD-Ⅱ型闪电定位系统资料,以统计方法分析安徽闪电分布特征,发现安徽闪电的发生较为集中在7—8月,闪电极性以负闪为主(约占总闪的93%以上),同时存在南北差异。南部的闪电数和平均电流强度比北部大,但北部正闪比例略高于南部。进一步结合2008—2011年阜阳、安庆两站探空资料,选取了抬升指数、对流有效位能、700~400 hPa平均相对湿度、700 hPa假相当位温、850~500 hPa温差、沙氏指数与K指数7个大气不稳定参数,以两站为中心的0.5个纬距范围内,分析了探空放球时间后6 h内,大气不稳定参数与闪电活动的关系,确定了闪电活动的不稳定参数阀值,为闪电活动预报奠定基础。     

低纬高原大气不稳定参数与雷电活动相关性

应用云南省2014—2017年闪电资料和探空资料,分析了低纬高原地区大气不稳定参数与雷电活动的相关性,从9个参数中选取了相关性较强的5个参数,运用数理统计方法确定各参数可预测雷电发生的阈值,再运用复相关系数法计算各参数权重,建立雷电潜势预报方程。最后通过预报检验法及个例分析法对方程进行验证,结果显示低纬高原地区大气不稳定参数对雷电活动较为敏感,响应阈值普遍低于平原区域。该预报方程对未来12h雷电活动的发生预报效果显著,具有良好的推广运用价值。     

闪电气象学研究进展

闪电气象学是随着现代闪电探测和定位技术的发展与应用而不断发展起来的一个学科,也是大气电学和气象学的重要交叉学科分支。综述了近年来中国在闪电气象学方面的发展和研究进展,主要从5个方面进行阐述和回顾：在闪电气象学研究中发挥了重要作用的现代闪电探测和定位技术,不同类型强对流天气系统的闪电活动特征,闪电活动与雷暴的动力、微物理结构的关系,雷暴电荷结构探测和数值模拟,以及闪电资料同化方法及其在强对流天气中的预警预报作用和闪电的预报等,并指出了中国闪电气象学今后的努力方向。     

基于多对流参数的武汉地区雷电活动预报方法研究

利用2011—2013年6—8月291个样本武汉站的探空资料计算了20种与雷电活动有关的对流参数,经统计分析后发现多个对流参数与雷电活动具有显著的相关性;选取与雷电相关性较好的对流参数作为预报因子,并用多元线性回归方法建立雷电潜势预报方程,方程通过了α=0.05的显著性水平检验;使用2014年6—8月的观测数据进行预报效果检验,结果表明:雷电预报的命中率POD为82.6%,虚假报警率FAR为23.3%,临界成功指数CSI为63.3%。由此可见,该方法的建立对武汉市雷电天气的预报和预警具有参考价值和指示意义。     

基于关键对流参数分级的强对流潜势预报

通过对上海地区1998—2009年4—9月各类强对流天气的统计分析,选取42个对流参数及其时间变量,采用逐步回归方法建立了针对各类强对流天气的0～12h潜势预报方程。在此基础上,提出了基于关键对流参数进行分级的强对流潜势预报方法,选取K指数、SI指数、PWV(大气可降水含量)指数和θsedif85(500hPa和850hPa假相当位温差)等反映大气热力和水汽条件的关键对流参数,根据对流分布情况将各对流参数分别分为3个等级,并分级建立了针对不同强对流天气的潜势预报方程。与未分级方程对比表明:基于关键对流参数分级的预报方程对雷雨大风、强雷电和所有对流等预报效果上有明显提升,采用如下组合评分更佳:雷雨大风的预报采用SI分类方程,强雷电和所有对流采用PWV分类方程。将基于关键对流参数分级的强对流潜势预报方法在数值预报模式中进行了业务应用,取得了较好效果。     

利用闪电定位和雷达资料进行雷电临近预报方法研究

利用LD- Ⅱ 型闪电定位系统监测到的雷电资料和多普勒天气雷达探测到的风暴信息,研究雷电临近预报方法.叠加分析雷电集中区与风暴,雷电集中区一般对应有风暴,并且雷电集中区中心在风暴中心附近,二者移动方向基本一致,移速接近,因此通过匹配雷电集中区与风暴,采用雷电集中区将随其所匹配的风暴一起移动的思路,利用风暴追踪技术,对雷电集中区进行临近外推,从而实现雷电的临近落区预报.通过对2009年强雷电天气的临近预报结果进行网格点对点评分,雷电半小时预报命中率达到87％,成功率为63％.1小时预报命中率达到76％,成功率为51％.为雷电的临近预报提供了一套可业务运行的新方法.     

基于雷电临近预警技术的主动防雷应用

为了使雷电临近预警技术在雷电灾害防御业务中更好地发挥作用,针对电子系统的雷电灾害特点,在传统被动防雷技术基础上,提出基于雷电临近预警的主动防雷技术,应用雷电临近预警和远程控制等技术,开发以B/S结构为架构的雷电临近预警应用系统。对2013年8月—2014年8月福建省泉州市4个无线电监测站的主动防雷应用效果进行两种方法的预警效果检验。检验结果表明:主动防雷技术是对被动防雷技术的一个较好的完善和补充。采用闪电数量对比分析,4个监测站的有效预警率为69%,采用预报评分方法对比分析,4个监测站的平均准确率为53%,对雷电活动发生较为集中的区域预警效果较好,对雷电活动发生较为零散的区域预警效果有所降低。     

华南一次典型雷暴过程双偏振雷达参量与闪电活动关系研究

基于2017年5月8日华南地区一次典型飑线过程, 分析了此次过程中闪电活动和-35~0℃温度层内双偏振雷达参量的分布特征以及双偏振雷达参量与闪电活动之间的关系。结果表明: 此次飑线过程中, 双偏振雷达参量与闪电频次的趋势在时间变化上有较好的一致性, 且随着闪电活动的发生及雷暴过程的增强, 双偏振雷达参量中的冰水含量、雷达反射率因子、差分反射率、差分相移率等偏振参量都有不同程度的增加, 闪电频次高峰时间段对应各个参量最大值时间段。双偏振雷达各个参量最大值与闪电活动的线性拟合关系均优于多项式拟合关系。定性地发现了双偏振雷达参量与闪电活动的关系, 可为将来将双偏振雷达参量加入到闪电临近预警预报提供一定的参考依据。      

跨座式单轨交通沿线雷电活动规律与易闪性分析

采用线路走廊法,利用重庆市2006～2008年ADTD地闪监测资料,通过对重庆市跨座式单轨交通2号线的雷电活动规律(闪电次数、雷电日、地闪密度、雷电流幅值分布和闪电落区分布)统计分析,进行了相应的易闪性分析.结果发现跨座式单轨交通2号线临江门至佛图关车站区间段是发生临界危险雷电流概率、雷击大地年平均密度较大和雷电落区距离各站点及区间平均距离较小的重叠区域,该线易受雷击,是雷电防护重点区域.该区间段处于沿江位置,地形较为陡峭,易导致局地强对流性天气,理论分析与实际情况一致.     

Logistic回归联合ROC曲线模型在雷电潜势预报中的应用

利用贵阳站2020年1-10月逐日探空资料和闪电监测资料,逐一选取72个物理量参数纳入单因素逻辑回归,筛选具有显著性统计学意义（P＜0.001）的指标进入多因素逻辑回归模型,选取满足检验条件P＜0.05的参数得到雷电潜势预报模型,通过logistic回归联合ROC曲线模型开展雷电潜势预报研究。结果表明：①多因素逻辑回归模型预警效果优于单因素模型,预警准确度从75.4%提高到79.5%;②联合ROC曲线确定预报模型的概率阈值为0.611,雷电潜势预报的命中率POD为84.01%％,虚假警报率FAR为26.05%,临界成功指数CSI为69.38%,准确率较高,雷电潜势预报具有较好的预报能力;③Logistic回归模型联合ROC曲线法在气象预测预报,特别是非线性预测中有一定的应用价值。     

基于大气层结和雷暴演变的闪电和降水关系

选取2006—2008年发生在北京及其周边地区的28次雷暴过程,基于大气不稳定度参数和雷达参量对雷暴过程进行分类,分析了不同分类条件下的总闪电活动 (SAFIR3000三维闪电定位系统观测) 和对流降水 (雷达反演) 的关系。结果表明:整体而言,总闪对应降水量的平均值为1.92×107 kg·fl-1。依据对流有效位能和抬升指数对雷暴进行分类的分析表明,较强的不稳定状态对应了较小的总闪对应降水量,同时总闪频次和对流降水量的相关性更好。基于雷达特征参数的分类分析表明,总闪对应降水量在对流运动较弱情况下最小,其次是对流运动较强的情况下,而对流运动适中时最大。     

卫星观测的西南地区闪电的时空分布

利用TRMM卫星上携带的闪电探测仪（LIS）所获取的10 a闪电资料（1998—2007年）对西南地区闪电活动的时空分布特征进行了分析。结果表明：该地区闪电次数的年差异较大,最多年份是最少年份的2倍多,闪电活动季节性特征非常明显,闪电主要集中在春末仲夏发生,呈现单峰值特征,4—8月是闪电高发期（约占全年总闪电活动的84.83%）。闪电活动的日变化表明,闪电峰值区集中在傍晚、午夜前后两个时段,闪电谷值区出现在09：00—12：00,夜雷暴多,这是与其他地区闪电日变化显著不同的地方。在对闪电次数进行了探测效率订正后,根据LIS注视时间,计算了闪电密度。西南地区闪电密度分布大体呈现：东部高,西部低;南部高,北部低。闪电密度较高、面积较大的高值中心位于中越交界的老山一带,非常明显的大片低发区主要位于西南西部地区。研究表明：西南地区闪电时空分布与当地的地形地势、水汽和地理环境条件等诸多因素有关。     

基于闪电数据的雷暴识别、追踪与外推方法

该文提出了一种新的雷暴识别、追踪与外推方法。该方法基于地闪数据,利用密度极大值快速搜索聚类算法实现雷暴的识别,采用Kalman滤波算法实现雷暴的追踪与外推。应用该方法处理了2013年的全国地闪定位数据,同时利用多普勒天气雷达等数据对选取的个例进行评估。结果表明:该方法能有效识别雷暴并对其进行实时追踪,且能有效处理雷暴分裂与合并的情况;算法具有较好的0~60 min的临近外推预报能力,各项性能指标整体与TITAN (Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting) 算法接近,在30 min时效有更好的表现。该方法能够实时监测、预报全国雷暴发生发展状况,对于0~60 min临近预报具有一定参考价值。     

北京及其周边地区夏季地闪活动时空特征分析

利用M-LDARS闪电定位系统对北京及其周边地区1995～1997年6～9月的闪电观测数据, 分析闪电活动的时空分布特征。结果表明:闪电活动在时间分布上存在两个峰值时段, 13 :00～21:00和23:00～次日05 :00。通过对总地闪、分时段及峰值时段的地闪密度分析, 发现北京及周边地区闪电活动有几个明显的集中区域, 地闪高密度区主要出现在下垫面为山脉和水体的地方, 闪电活动与下垫面的水汽条件关系密切, 且正、负地闪的空间分布也呈现较大差异, 表明雷暴云的电荷结构存在一定差异。