一次暖云强降水主导的对流单体闪电活动特征

利用中国气象局雷电野外科学试验基地(CMA_FEBLS)三维闪电观测数据,结合广州双偏振雷达观测数据,分析了2017年5月7日广东一次暖云强降水对流单体的闪电活动及其与云降水结构的关系。该单体在4 h内产生1250个闪电,地闪比例约24%。绝大多数闪电出现在4~12 km高度,对应温度层为0℃至-40℃;闪电放电活动的峰值高度出现在8.5 km,对应环境温度约-19℃。分析的强降水单体宏观上呈现上正、中负、下正的三极性电荷结构,中部负电荷核心区约为-8℃至-15℃。在闪电活动区域中,由干雪粒子主导区域占比约82%,霰粒子主导区域占比约11%,且大部分与闪电活动关联的霰粒子主要位于4~8 km高度。总闪频数与30 dBZ雷达回波顶高、-20℃温度层上大于20 dBZ的回波体积具有较好的相关性。闪电活动的平均位置高度与20 dBZ雷达回波顶高和-20℃温度层上大于30 dBZ的回波体积具有较好的相关关系。闪电活动与最大降水强度之间具有较好的时序对应关系,单个闪电表征降水量的值为107 kg/fl量级。     

江苏地区夏季雷暴的雷达回波特征研究

为提高江苏省地区雷暴监测预警能力，利用S波段双偏振多普勒天气雷达雷暴探测回波资料和闪电定位资料对江苏省2014年7—8月的夏季雷暴进行特征研究，研究了雷暴反射率核心区域的演变特征、不同温度层反射率因子与地闪频数随时间的相关性问题和雷暴发展过程云内粒子的演变特征。研究结果表明：在雷暴成熟之前，雷暴的反射率因子核心区域的强度、高度和云顶高度不断增加，以及对流发展旺盛，当雷暴成熟之后，雷暴的强反射率因子核心的强度和对应高度就会不断降低，雷暴将趋于消散；雷暴能够发生闪电的主要特征是40 dBZ回波顶高度要高于0℃温度层高度；雷暴中闪电的产生和霰粒子有着密切的联系，尤其是湿霰粒子。     

一次夏季雷暴天气过程中闪电活动特征分析

利用探空资料、多普勒天气雷达和闪电定位仪数据,分析了2009年7月30日发生在南京地区一次雷暴天气过程的雷达及闪电数据时空演变特征。结果表明：对流有效位能Ecap比起K指数（IK）等对于对流潜势预报具有更明显的指示作用,0 ℃层和-10 ℃层高度的降低有利于雷暴云的雷电活动;整个过程以负闪为主导,闪电强度越大,闪电频数也越高,每次闪电峰值后,都对应一次谷值;闪电数据与多普勒天气雷达回波叠加后分析发现,回波的生消演变对应着闪电频数和强度的生消演变,负闪主要落在强回波中心区域,正闪零星分布于回波强度梯度较大的区域;雷达径向速度图像特征变化更能揭示闪电发生发展的机制,逆风区对应雷暴中心区域,不仅是强降水的中心区也是闪电的中心区,对逆风区的识别监测能够更好的指导雷暴预警报工作;利用雷达数据计算的云底动能施力参量,能够很好的描述支持闪电起电的热动力特征,云底动能施力对雷电增长的贡献有一段持续传输过程,该参量峰值比频闪峰值和强度峰值都约有0.5 h的提前量。     

ENSO期间海洋性大陆典型地区闪电活动特征分析

利用星载闪电探测器(光学瞬变探测器(OTD)和闪电成像传感器(LIS))的观测资料,配合其他气象资料,对厄尔尼诺期间(1998年春季)和拉尼娜期间(1999年春季)海洋性大陆典型地区(11.25°S—3.75°N,96.25°—128.75°E)的闪电活动变化特征进行研究,分析了雷暴单体数目以及雷暴单体闪电率对闪电活动变化的影响,并通过对比厄尔尼诺年春季和拉尼娜年春季的大气环流形势、相对湿度、最大对流有效位能、对流风暴高度等气象要素,讨论闪电活动变化的原因。结果表明:(1)从ENSO期间雷暴单体密度和闪电密度的空间分布变化特征来看,厄尔尼诺年春季的闪电活动及雷暴活动均比拉尼娜年春季的多,并且,从闪电数目和雷暴单体数目的纬向平均、经向平均的年际变化可以发现在厄尔尼诺年春季闪电活动、雷暴活动有东伸南移的趋势。(2)在海洋性大陆典型地区,雷暴单体数目的变化是闪电数目变化的主要因子,而雷暴单体闪电率的变化是闪电数目变化的次要因子。(3)与1999年春季相比,1998年春季的副热带高压范围大、强度大;地面相对湿度大,高空相对湿度小,上下层湿度差异大,有利于对流发展;对流风暴高度较高,冰相粒子层厚度也较深厚,对流发展旺盛;最大对流有效位能大于300 J/kg的天数的空间分布极大值区域正好与闪电密度、雷暴单体密度的大值区域对应,雷电活动与对流有效位能值密切相关。     

两次对流过程雷电预报的误差分析及思考

2014年6月17日和19日午后鄂西山地先后发生了两次对流过程，雷达回波出现了40 dBz以上的对流特征，最强回波中心超过60 dBz，全闪定位系统监测仅零星云闪，没有出现地闪。本文利用雷达、闪电、逐分钟地面观测等资料，对两次对流过程雷电预报的误差进行了分析，总结两种不同起电机制的对流概念模型。分析表明：（1）两次对流过程是在不同环流形势下发生的，午后热力条件是对流产生的直接影响因子，地面风场和温度场引起的中尺度扰动特征明显，动力和水汽条件偏弱。（2）对流尺度较小，呈直立状且结构松散，对流内部上升气流和环境场垂直风切变偏弱，-20 ℃高度以上≥40 dBz回波所占比例较小，起电条件弱，这种类型的对流不利于电荷累积产生闪电。（3）在雷电预报过程中，雷达反射率强的对流并不意味着闪电发生概率大，判断对流过程中是否出现闪电，不仅要考虑环境条件，强的反射率必须超过0℃层等温线且持续时间较长、回波形态结构和≥40 dBz回波在-20 ℃高度以上的比例和维持时间是决定能否产生闪电的重要预警预报因子。     

两次对流过程雷电预报的误差分析

2014年6月17日和6月19日午后鄂西山地先后发生了两次对流过程,雷达回波出现了40 dBZ以上的对流特征,最强回波中心超过60 dBZ,全闪定位系统监测仅零星云闪,没有出现地闪。利用雷达、闪电、逐分钟地面观测等资料,对两次对流过程雷电预报的误差进行了分析,总结两种不同起电机制的对流概念模型。分析表明:(1)两次对流过程是在不同环流形势下发生的,午后热力条件是对流产生的直接影响因子,地面风场和温度场引起的中尺度扰动特征明显,动力和水汽条件偏弱。(2)对流尺度较小,呈直立状且结构松散,对流内部上升气流和环境场垂直风切变偏弱,-20℃高度以上≥40 dBZ回波所占比例较小,起电条件弱,这种类型的对流不利于电荷累积产生闪电。(3)在雷电预报过程中,雷达反射率强的对流并不意味着闪电发生概率大,判断对流过程中是否出现闪电,除考虑环境条件外,强的反射率必须超过0℃层等温线且持续时间较长、回波形态结构是否倾斜以及≥40 dBZ回波在-20℃高度以上的比例和维持时间是决定能否产生闪电的重要预警预报因子。     

浅谈闪电与对流性降水之间的关系

闪电与对流性天气中的降水量存在着较好的相关性，本对1999年～2001年青海省海东及黄南地区12个站点(廿里铺、平安、乐都、互助、大通、民和、尖扎、湟中、湟源、同仁、化隆、循化)的雷暴资料进行了统计分析，进而分析闪电与之所对应的对流性天气中的降水量之间的关系，以及相对于闪电发生位置的对流性降水的空间分布，并利用闪电定位仪来估算对流性天气中的降水量。     

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。     

基于卫星资料的大连地区强对流天气闪电活动特征

利用FY-4卫星云顶亮温（Cloud Top Temperature,CTT）资料和雷达回波资料,分析了2019年6-9月大连地区的闪电活动特征,重点分析了该地区2019年9月4日的一次强对流天气闪电活动特征与雷达回波及CTT之间的相关性。结果表明：此次过程雷暴起始于大连东南方向。在雷暴初始阶段,以云闪为主,云闪高度主要集中在7-12 km。闪电活动主要集中在雷达回波强度>30 dBz的区域,对应的云顶高度超过了8 km。闪电活动与FY-4卫星CTT之间存在较好的相关性,闪电主要发生在CTT为240-250 K左右区域。对2019年5-8月大连地区雷达与闪电活动进行量化分析,发现闪电活动主要集中于雷达组合反射率39.38 dBz附近区域,对应的云顶高度为8.21 km。     

基于闪电定位和雷达资料的邵阳地区雷电预报预警研究

选取2018年夏季邵阳地区的17个雷暴单体和9个非雷暴单体,分析了单体30 dBz、35 dBz和40 dBz回波顶高及0℃、-10℃和-20℃层超过30 dBz、35 dBz和40 dBz的回波面积与闪电发生的关系,利用40 dBz回波顶高、-10℃层以上超过40 dBz的回波面积及其与单体总面积的百分比对该地区闪电进行预报。结果表明：雷暴单体和非雷暴单体在回波强度为40 dBz时,超过0℃、-10℃和-20℃三种层结高度所占百分比的差值最大。-10℃层的40 dBz回波顶高较其他层结高度能更好地区分邵阳地区的雷暴单体与非雷暴单体。-10℃层以上超过40 dBz的面积所占单体总面积百分比大于1%这一阈值时,可作为区分雷暴单体和非雷暴单体的一个有效预警指标。综合使用40 dBz回波顶高、-10℃层以上超过40 dBz的回波面积及其与单体总面积的百分比对12个单体样本进行检验,雷暴单体预报的准确率达66.7%,非雷暴单体判断的准确率为83.3%。     

CHARACTERISTICS OF ENVIRONMENTAL AND CLIMATE CHANGE IN CHANGJIANG DELTA AND ITS POSSIBLE MECHANISM

Characteristics of climate change in the Changjiang Delta were analyzed based on the annualmean meteorological data since 1961,including air temperature,maximum and minimum airtemperature,precipitation,sunshine duration and visibility at 48 stations in that area(southernJiangsu and northern Zhejiang),and its adjacent areas(northern Jiangsu,eastern Anhui andsouthern Zhejiang),together with the environmental data.The results indicate that it is gettingwarmer in the Changjiang Delta and cooler in adjacent areas,thus the Changjiang Delta becomes a bigheat island,containing many little heat islands consisting of central cities,in which Shanghai City isthe strongest heat island.The intensity of heat islands enhances as economic development goes up.From the year 1978.the beginning year of reform and opening policy,to the year 1997,the intensityof big heat island of Changjiang Delta has increased 0.5℃ and Shanghai heat island increased 0.8℃.However.since 1978 the constituents of SO_2,NO_x and TSP(total suspended particles)in theatmosphere,no matter whether in the Changjiang Delta or in the adjacent areas,have all increased,but pH values of precipitation decreased.In the meantime,both sunshine duration and visibility arealso decreased,indicating that there exists a mechanism for climate cooling in these areas.Ouranalyses show that the mechanism for climate warming in the Changjiang Delta may be associatedwith heating increase caused by,economic development and increasing energy consumption.It isestimated that up to 1997 the intensity of warming caused by this mechanism in the Changjiang Deltahas reached 0.8—0.9℃,about 4—4.5 times as large as the mean values before 1978.Since then,the increase rate has become 0. 035℃/a for the Changjiang Delta.It has reached 1.3℃ for Shanghaiin 1997,about 12—13 times as large as the mean values before 1978.This is a rough estimation ofincreasing energy consumption rate caused by economic development.     

南极上空“臭氧洞”形成和演变的分析研究

近十年来，南极地区上空“臭氧洞”的出现、演变趋势及其可能产生的生物学效应和气候效应引起世人的普遍关注和担忧。目前在南极“臭氧洞”形成理论方面，人类活动影响学说占有统治地位，但两年前魏鼎提出的“电化学－动力学”理论颇受重视。本根据作在日本南极昭和站（60°00′S，39°35′E）工作期间，收集和观测到南极臭氧数据、极地涡旋以及有关的太阳和射电活动等方面的资料，作了仔细的统计相关分析。结果为魏鼎提出的理论提供了新的直接证据，进一步指出了由太阳活动所导致的带电粒子流准11年周期变化与南极上空特有的大气环流相结合，是南极“臭氧洞”形成的重要原因，但人类活动（释放化学物质，特别是CFCs）所带来的影响也不容忽视。     

影响华东地区热带气旋年频数与热带对流场的关系

利用由美国NOAA系列卫星观测的OLR资料研究了影响华东地区热带气旋年频数（记为ATC）与热带对流场的关系，结果表明两者存在密切的联系：（1）当华东地区热带气旋年频数ATC为异常偏多（少）时，ITCZ位置累积距平为正（负）值，即ITCZ位置异常偏北（南）；（2）利用OLR设计了Walker综合指数WI，该指数的强弱可以反映ATC的异常情况，即当ATC为异常偏多（少）时，walker环流圈异常强（弱）；（3）OLR距平累积量场能较好的表征ATC异常年份所对应的低纬度及中高纬地区大气环流的配置，其可以作为预测影响华东地区热带气旋年频数的强信号。     

台风活动与陕西极端暴雨的相关特征分析

利用1970～2003年35年间出现在陕西的极端暴雨与近海台风活动的资料,对其进行时空分布统计分析和天气学、动力学诊断以及卫星云图等综合分析,结果表明:两者的相关率接近87%;7、8两个月台风影响最为显著。与华北、东北地区比较,陕西的极端暴雨以远距离影响的台风活动为主。影响台风有两类,一类是台风在台湾岛附近登陆或以北海域活动的,其水汽、能量主要以850hPa层输送尤为明显,这类台风云系与暴雨区之间的晴空区明显。另一类是台风在海南、广东或广西一带登陆或移动,该类水汽、能量主要以700hPa层输送最为显著。当台风在125°E以西,且在13～33°N的范围内活动时,该类台风活动对陕西的强降水作用明显,是造成陕西极端暴雨的一个重要的因素。300hPa高空急流的先兆性对陕西极端暴雨具有一定的预报意义。影响台风的位置与影响云系对极端暴雨落区预报有帮助。     

CHARACTERISTICS OF ENVIRONMENTAL AND CLIMATE CHANGE IN CHANGJIANG DELTA AND ITS POSSIBLE MECHANISM*

Characteristics of climate change in the Changjiang Delta were analyzed based on the annual mean meteorological data since 1961,including air temperature,maximum and minimum air temperature,precipitation,sunshine duration and visibility at 48 stations in that area(southern Jiangsu and northern Zhejiang),and its adjacent areas(northern Jiangsu,eastern Anhui and southern Zhejiang),together with the environmental data.The results indicate that it is getting warmer in the Changjiang Delta and cooler in adjacent areas,thus the Changjiang Delta becomes a big heat island,containing many little heat islands consisting of central cities,in which Shanghai City is the strongest heat island.The intensity of heat islands enhances as economic development goes up.From the year 1978.the beginning year of reform and opening policy,to the year 1997,the intensity of big heat island of Changjiang Delta has increased 0.5℃ and Shanghai heat island increased 0.8℃.However.since 1978 the constituents of SO₂,NO_x and TSP(total suspended particles)in the atmosphere,no matter whether in the Changjiang Delta or in the adjacent areas,have all increased,but pH values of precipitation decreased.In the meantime,both sunshine duration and visibility are also decreased,indicating that there exists a mechanism for climate cooling in these areas.Our analyses show that the mechanism for climate warming in the Changjiang Delta may be associated with heating increase caused by,economic development and increasing energy consumption.It is estimated that up to 1997 the intensity of warming caused by this mechanism in the Changjiang Delta has reached 0.8-0.9℃,about 4-4.5 times as large as the mean values before 1978.Since then,the increase rate has become 0. 035℃/a for the Changjiang Delta.It has reached 1.3℃ for Shanghai in 1997,about 12-13 times as large as the mean values before 1978.This is a rough estimation of increasing energy consumption rate caused by economic development.     

热带西太平洋对流活动与中国夏季降水

利用 1 979～ 2 0 0 3年月平均射出长波辐射 (OLR)资料 ,分析了中国夏季江淮多 (少 )雨年的同期及前期热带太平洋地区OLR场分布特征。通过定义和计算OLR对流强度指数 ,探讨对流活动与中国夏季雨型的关系。结果表明 ,夏季热带西太平洋地区平均对流活动强度与同期江淮地区降水有很好的反相关关系 ,即当热带西太平洋地区对流活动强时 ,江淮地区降水易偏少 ,当对流活动弱时 ,江淮地区降水易偏多。不仅如此 ,前期冬、春季对流活动强度与夏季对流活动强度有明显的正相关关系 ,则可利用前期冬、春季对流活动强度对当年中国夏季降水趋势进行预测和补充订正。因此 ,热带西太平洋地区对流活动强弱对于中国夏季降水预测有一定的指示意义。     

太阳、地磁、大气电扰动与天气、气候相关研究

从日际,年际及世纪尺度统计分析了太阳活动与大气电参数及气象参数之间的相关性及其可能机制,结果表明,太阳活动与全球气温,云量,ＡＶＩ、雷暴及平流层工之间有很好的相关性。     

臭氧和平流层动力学的相互作用

讨论了给定的南极春季臭氧洞(取自1979—1985年臭氧减少的观测结果)对二维平流层—对流层模式中温度和环流的影响。11月份,南极上空约17km处,温度最多可降低6℃。这种温度变化引起的平均经向环流对臭氧洞起填塞作用,不过,这种影响很小,每年仅产生14DU的变化。观测事实表明,近年来10月份,南半球波活动减弱。为此,我们作了南半球波作用全年都减少一半,并考虑了臭氧洞的数值试验。结果表明,臭氧柱在11月份76°S减少了44DU,在赤道却增加了12DU。     

1991、1998和2016年三个大水年长江中下游夏季降水季节内特征的对比

针对长江中下游三个大水年1991、1998和2016年,利用NCEP/NCAR大气环流再分析资料和CMAP降水资料,对比了夏季降水的季节内特征,分析了引起降水季节内变化的大气环流季节内振荡ISO演变及源地。小波分析表明,三年季节内降水周期差异明显,分别为20~30 d、20~40 d和10~20 d。随之,以东亚季风区季节内振荡指数及热带外Rossby波活动通量,诊断了引起三年季节内活动异常的热带和中纬度ISO变率特点。结果显示影响三年季节内降水的ISO差异较大。1991年受到来自印度洋10~30 d和中纬度高层Rossby波10~30 d的ISO共同影响,造成周期为20~30 d的低频降水;1998年ISO来源路径单一,受中北太平洋30~60 d和10~30 d的ISO西传叠加作用,降水表现为20~40 d的振荡;引起2016年季节内降水异常的ISO源地较多,既有来自印度洋向东北传播30~60 d的ISO,又有来自太平洋向西北传播10~30 d的ISO,还有来自热带外10~30 d的ISO,三者在长江中下游汇合,引起降水10~20 d的振荡。研究结果对认识长江中下游夏季集中降水的形成有重要意义。