江西冰雹天气期间的闪电活动特征

利用江西省2003--2008年冰雹天气发生时的闪电探测资料,通过统计分析地面降雹前后的闪电频数和强度等物理量,得到了对江西降雹过程中的闪电活动分布及其演变特征。结果显示,对于江西大部分地区的雷暴过程,回波强度≥40dBz时,就有可能产生闪电。冰雹发生前后的短时间内正闪频数普遍远小于负闪频数,而且多数情况下正负闪频数比增大时,相应的冰雹直径也增大,即正闪比例的变化与冰雹成长过程有较好的关联。正闪强度大都强于负闪。降雹后负闪频数会减小,而正闪频数会有所增大。总闪频数和正负闪比例的分布及变化特征可被用来估算地面降雹时间。强对流天气过程中,若正闪平均强度越强,则发生冰雹天气的可能性就越大。     

冰雹云系发展演变与其地闪的相关性分析

对山东地区6次冰雹过程闪电定位仪资料和雷达回波资料的分析结果表明,降雹区域内10 min闪电频数分布呈规律变化,在降雹前32～220 min闪电出现10次以上的峰值,冰雹发生前2 h正闪电迅速增加,雹后又迅速减弱.雹前正闪电基本占总闪电的50%以上.闪电基本分布在雷达回波内,但闪电密集区与强回波区并不完全对应.闪电密集区移动可以标识出冰雹云的发展移动路径;10 min降雹区域闪电频数、正闪电所占的比值和闪电时间序列分布,可能起到预警冰雹的作用.     

贵州中西部冰雹云中闪电特征观测研究

利用贵州省三维闪电监测网资料、新一代天气雷达资料、地面观测资料,对贵州省中西部地区13次冰雹天气过程中闪电特征进行了分析。结果表明：雹暴整个生命史内主要以负地闪为主,且伴随强降水。冰雹云发展阶段,降雹区域闪电频次增加明显,降雹前闪电频次变化均出现“跃增”,部分降雹点出现闪电频次二次跃增;冰雹云消散阶段,闪电频次显著减少。冰雹云总闪、正闪均高于雷雨云,5 min闪电频数大于16次且闪电频次上升度大于12次/5 min可作为识别冰雹云的参考指标。另外,降雹落区与闪电密度中心区域较为吻合,闪电密度中心位置略偏降雹位置之前,闪电逐时分布标识出冰雹云的发展移动方向。以上这些特征可以为冰雹识别、冰雹短时预警预报及人工防雹作业提供参考。     

冰雹云中闪电特征观测研究

通过对西北地区11次冰雹过程闪电定位仪和多普勒雷达观测资料的分析结果表明,闪电5min频次分布呈现规律变化,在降雹前4-97min出现频次大于20次的峰值,冰雹过程正地闪占总地闪比值在24．7％-40％之间;闪电密度最大中心区出现在降雹位置之前,闪电逐时空间分布标识出冰雹云的发展移动路径;闪电分布在雷达回波区,并不与雷达最强回波区对应,闪电频次、正地闪所占的比值和闪电时间序列分布,可能起到预警冰雹的作用。     

滇中地区冰雹的多普勒天气雷达及闪电活动特征分析

利用雷达数据和云南省闪电定位系统数据,对滇中地区2006~2011年6次典型降雹过程中的雷达回波和闪电特征进行综合分析,结果表明:滇中冰雹回波的基本反射率因子具有典型的冰雹回波特征,如弓形回波、三体散射、旁瓣回波、有界(无界)弱回波区、"V"型槽口以及钩状回波等。地面降雹区基本出现在雹暴反射率因子强度梯度较大的区域,也就是负地闪密集活跃区或者临近区域。闪电密集区的移动可作为预测冰雹回波移动路径的一个指标。降雹时段是负地闪的活跃期,正地闪出现频率极少,这与我国北方地区冰雹出现时高正地闪频数特征存在明显不同。负地闪每5 min频数峰值的出现时间略超前地面降雹时间5~12 min,可作为滇中出现冰雹的一个参考指标。闪电频数的时空分布和变化特征,对于滇中地区冰雹天气的监测、I临近预警以及防雹作业指挥有一定的参考作用。     

山东地区冰雹云的闪电活动特征

利用山东电力部门提供的雷电定位资料,对10次冰雹过程的地闪活动特征进行了分析。通过分析发现,雹暴中正地闪占总地闪的比例平均为57.39％,远高于当地正地闪比例的气候特征值13.48％。地面降雹区基本出现在正地闪密集（活跃）区或邻近区域。在雹云快速发展阶段,地闪频数存在明显的“跃增”;在减弱消散阶段,地闪频数显著减少,但正地闪比例有所提高。负地闪频数峰值的出现通常提前于降雹0～20 min,正地闪频数峰值的出现一般滞后于降雹发生时间。整个降雹阶段对应于正地闪的活跃阶段。另外,结合对卫星观测的总闪电资料分析,发现冰雹云的云闪与地闪的比值远高于一般的雷雨过程,其云闪密度也远高于雷雨过程。以上这些特征对于冰雹的识别和对冰雹的超短时预报具有指示意义。     

辽宁省一次强对流天气的地闪特征

利用闪电定位系统、多普勒雷达和加密自动站资料对辽宁一次冷涡天气中暴雨、冰雹过程的地闪变化特征进行分析。结果表明,暴雨和冰雹过程均出现了地闪密集区,冰雹过程中正地闪占总地闪比例高于暴雨过程;暴雨过程以负地闪为主,主要分布在45 dBz以上的强回波区内,和暴雨持续时间相当,负地闪最密集区位于风暴的核心部位。负地闪频数比强回波面积提前30至70分钟到达峰值,对于短时暴雨预报预警具有一定意义。冰雹过程中,负地闪集中在雹云前部,正地闪位于雹云核心部位,与降雹区一致,正、负地闪发生区域分离。正地闪提前降雹30分钟左右发生,总地闪、正地闪频数在降雹前明显增加;降雹出现在总地闪、正地闪频数和强回波面积达到峰值及从峰值迅速下降时间段内;雹云减弱消散阶段总地闪次数减少但正闪增加。     

陇东地区冰雹云系发展演变与其地闪的关系

利用１９９７年设在陇东地区的闪电定位系统及双线偏振雷达资料,分析研究了该地区冰雹云系发展演变及其地闪的关系。结果表明：在降雹前３０ｍｉｎ左右时,每５ｍｉｎ地闪频数陡然上升,降雹前１８ｍｉｎ,每５ｍｉｎ地闪频数平均上升为３．５,每５ｍｉｎ地闪频数的最大值一般是出现在开始降雹前１６ｍｉｎ到前６ｍｉｎ之间,在冰雹云演变的发展、成熟和消散三个阶段中负地闪数远大于正地闪数,并且起着主导作用。冰雹云中心的冰相     

北京一次大雹天气过程的闪电活动特征分析

由于受闪电监测系统限制,已有研究多局限于强对流天气的地闪(cloud-to-ground lightning,CG)活动特征。本文利用VLF/LF三维闪电监测定位资料,结合雷达观测等资料对北京地区一次典型大雹天气过程的全闪活动特征进行了分析。结果表明:降雹发生前,闪电活动主要分布在对流系统的后部,闪电数较少,且以负地闪活动为主;降雹期间,闪电频数显著增加,云闪(intracloud lightning,IC)及正地闪活动明显加强,该阶段闪电活动主要集中在对流系统强回波中心及其前部雷达反射率因子梯度较大的区域;降雹结束之后,强回波中心基本移出北京,北京范围内的闪电频数明显减少。正闪比例在降雹发生前逐渐增大,在降雹期间稳定维持在较大值,降雹结束后迅速减小;云闪比(云闪频数/总闪频数)表现为降雹发生前和降雹结束后逐渐增大趋势,在降雹期间基本维持稳定少变。闪电的电流强度主要集中在5—50 kA之间,20 kA以下的低雷电流强度的云闪和地闪多发生在降雹期间及降雹结束后,而20 kA以上的高雷电流强度的云闪和地闪在降雹发生前占有很大比例,小于5 kA的云闪在大雹发生期间所占比例明显高于地闪。降雹发生前及降雹结束后云闪发生高度在2-6 km,降雹期间有所抬升,约为2-8km。闪电频数峰值超前于降水峰值5-20 min。     

冰雹云形成发展与闪电演变特征分析

1998年4月23日下午在中尺度对流系统(MCS)的影响下，山东潍坊地区出现了一次大范围的冰雹强对流天气。应用闪电定位系统、卫星和雷达观测资料，研究了这次降雹过程形成和发展不同阶段闪电的变化特征。分析发现雹云在形成发展和减弱消亡阶段，每5分钟闪电频数低于20次，且正闪电频数明显低于负闪电；雹云在成熟阶段，闪电频数每5分钟平均值大于20次，且正、负闪电频数相当，而在强降雹前短时会出现正闪电频数超过负闪电现象。此外还发现，在降雹前20～30分钟闪电频数有跃增现象，其增加速率和降雹强度呈正相关关系，降雹的起始时刻与总闪电和负闪电每5分钟频数出现极大值的时刻有明显的一致性。     

冰雹形成过程及人工防雹研究综述

冰雹作为一种短时强灾害天气,常给农业、建筑、电力、交通甚至生命财产等造成严重影响,人工防雹也因此受到人们的广泛关注。文中首先介绍了冰雹形成机理和雹云物理研究情况,然后围绕人工防雹机理、技术、科学试验及效果评估这4个方面的研究进行了评述,旨在从理论和实践上总结人工防雹工作的进展,增进对人工防雹科学问题的认知,从而为促进中国人工防雹理论研究和技术进步提供借鉴。研究表明:（1）“累积带理论”和“循环增长理论”是冰雹形成的最常见理论,限于早期的雷达观测技术和缺乏完整的冰雹数值模式,早期认知的冰雹形成机理存在一定的局限。（2）雹胚一般分为冻滴胚和霰胚,冻滴胚由过冷雨滴冻结而成,霰胚则是冰晶、雪花撞冻生长而成。冰雹云中哪种雹胚占优势,主要看云底温度的高低。雹云的发展依赖于水汽条件、动力不稳定条件、风垂直切变等关键因子。（3）人工防雹主要遵循“播撒防雹”和“爆炸防雹”2条技术路线,“利益竞争”和“早期降雨”是常见的6种防雹原理假说中最广泛被用来作为防雹作业设计依据的2种播撒防雹理论。（4）人工防雹技术上多采用通过飞机、地面火箭、地面燃烧炉等向云中播撒人工冰核,或通过地面高炮向云中发射含人工冰核的炮弹等方式,影响冰雹的生长过程从而达到抑制或削弱冰雹生长的目的。（5）大量外场试验证明人工防雹效果有较大的地域差异,需根据各地冰雹云特征及其降雹特点制定和发展本地适用的人工防雹技术体系。（6）人工防雹效果检验仍然是制约人工防雹技术发展的一个“瓶颈”,目前常用的统计检验、物理检验和数值模拟检验技术方法均需要进一步改进和完善。由于雹云变化迅速、降雹过程短促,人工防雹技术实施的时效性以及防雹效果评估仍存在较大的困难。今后应更多地借助多种探测设备进行冰雹云的精细化探测,开展有科学设计的人工防雹外场综合试验,运用统计检验、物理检验和数值模拟相结合的综合检验技术方法评估防雹效果,推动人工防雹事业进一步快速发展。      

青海两次多单体降雹过程的雹谱分布特征

利用三维冰雹分档数值模式研究了1979年7月20日和8月5日青海西宁两次多单体降雹发生发展过程中云内微物理结构及雹谱演变特征。结果表明:1)云水、雨水的比含水量随雹云的发展呈先增长后减少的特点,两次个例的冰雹主要通过过冷雨滴冻结而形成,其增长方式是凝华及碰并过冷云水。2)雹谱谱宽与上升气流有关,个例一中倾斜上升气流有利于冰雹循环增长,雹谱较宽;个例二中没有倾斜上升气流,不利于冰雹循环增长,雹谱较窄。     

冰雹和防雹研究述评

冰雹是一种严重灾害性天气,我国冰雹灾害的危害很大,二十多个省市,八百多个县都遭受不同程度的雹灾,它影响了农业的丰收,因此防雹研究已成为我国气象科研中的重要课题之一。就科学意义来说,冰雹与暴雨、雷暴和龙卷等中小尺度天气具有不少共性,它涉及云物理学、中小尺度天气学、雷达气象和大气探测等方面内容。近十年来有关冰雹研究和人工防雹研究的进展也推动了上述学科的发展。本文就有关冰雹研究和防雹研究中的几个问题作一评述。     

A hail climatology in Mongolia

The temporal and spatial characteristics of hail frequency in Mongolia are examined using the hail observation data from 61 meteorological observatories for 1984-2013. The annual number of hail days averaged over all observatories and the entire period is 0.74. It exhibits a decreasing trend, particularly since 1993 with a rate of decrease of 0.214 per decade. Hail occurrence is concentrated in summer, with 72% of the total hail days occurring in June, July, and August. Moreover, hail occurrence is concentrated in the afternoon and early evening, with 89% of the total hail events occurring between 1200 and 2100 local standard time (LST). Spatially, observatories where relatively frequent hail events are observed are concentrated in the north central region where almost all of the land is mountainous or covered by grassland, whereas relatively less frequent hail events are observed in the southern desert region. The relationship between hail frequency and thermodynamic factors including the convective available potential energy (CAPE), the temperature lapse rate between 700 and 500 hPa, the water vapor mixing ratio averaged over the lowest 100 hPa layer, and the freezing-level height is examined using the ERA-Interim reanalysis data. It is found that in summer, CAPE and the low-level water vapor mixing ratio are larger on hail days than on all days, but there is no clear relationship between hail frequency and the 700-500 hPa temperature lapse rate. It is also found that annually, CAPE and the low-level water vapor mixing ratio decrease, while the freezing-level height increases, which seems to be responsible for the annually decreasing trend of hail frequency in Mongolia.     

Climatology of hail in France

Within the framework of a doctoral thesis in geography, we endeavored to draw up the first map showing hail risk in France. The creation of this map is mainly based on the data of hail measuring networks. This map is corroborated, moreover, by the analysis of hail damage maps. Insurance data used to measure relative hail damage are the base premium rate levels expressed as a percentage of assets insured on a single crop, in this case grapes. These levels reflect well, over the long term, the regional hierarchy of damage, without it being necessary to correlate them directly in terms of frequency and intensity of hail. The regions that suffer the most hail stretch from the southwest to the east-central area of France, passing through the Massif Central. One must also note the southern Alps as a strongly hail-prone region. From the diagonal line of high hail risk emerge two gradients of decreasing intensity and frequency of hail. Toward the west, the risk of hail diminishes strongly, attaining a minimum level in Brittany and on the English Channel coast. Toward the southeast, hail diminishes near the Mediterranean coast. The climatological explanations of this map are so far only hypotheses. Hail is not the exclusive feature of a single climate; it seems on the contrary to be the hallmark of regions of climatic contact. The line of maximal hail risk is situated at the frontier between the oceanic and Mediterranean influences. This conflict is readily measurable in the southwest part of France where the pyrenees channel the Mediterranean influences at low levels. The map of hail risk is also the reflection of the probability of southwestern flow at high altitudes. In the east-central area of France (around Lyon), the local topography can amplify hail energy especially on leeward slopes.     

Estimation of physical efficiency of hail protection accounting for changes in hail climatology

Results are considered of study of climate global warming effects on hail climatology and on technique of estimation of physical efficiency of hail protection taking account of the region hail danger trend. It is found that during last 30 years, occurrence frequency of hail and the number of heavy hailstorms in the mountainous areas of the Northern Caucasus decreased, on average, by a factor of 1.5–2, and in the foothill areas increased by 15–20%. It is shown that efficiency of hail protection works should be estimated taking into account the hail danger trend for each region.     

The use of hail cloud jet model in operative practice of hail protection

The hail cloud parameters are computed on the basis of jet convection model using the real atmospheric stratification. The analysis of these computations shows the opportunity to use the jet convection model for the operative forecast of hailstorms and their intensity.     

用三维冰雹云模式模拟贵州一次冰雹过程

运用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了2007-05-20夜间贵州省西南地区的一次降雹过程。分析了雹云的流场结构、含水量场等物理量的分布及演变。结果表明,模拟雹云的流场具有明显的辐合辐散结构;冰雹粒子呈现明显的“循环”增长过程;冰雹含水量中心的演变与冻滴含水量中心的演变相一致。     

山东冰雹形成机制及雹云催化技术模拟——个例研究

利用中国科学院大气物理研究所开发的三维全弹性冰雹云模式,对2006年7月5日山东境内一次以冰雹、雷雨大风为主的强对流过程进行模拟,分析了冰雹的形成机制。结果表明:79%左右的冰雹胚胎是霰,雹胚以霰为主,霰主要来自于冰雪晶与过冷雨水碰撞冻结以及雪的自动转换过程,霰形成后主要靠碰并过冷云水、雨水增长,而冰雹主要质量来源是霰的自动转化以及碰并过冷云水增长。人工催化试验表明:在强对流云中冰雹含量达到0.1 g·m^-3前1～4 min进行催化,能有效抑制冰雹粒子的增长,在过冷水含量中心(5.5 km)上方1.0～1.5 km催化防雹效果较好,在其下方催化防雹效果较差;剂量越大防雹效果越好。AgI主要以凝华核的作用产生人工冰晶,冰晶凝华增长导致过冷云水含量降低。催化后雹胚特别是霰胚的数量增多,对过冷云水的竞争增强,其平均尺度、质量均减小,降低了雹胚向冰雹的转化率。冰雹碰并过冷云水增长也被减弱,导致冰雹总质量进一步减少。