中国雷电活动特征分析

雷电活动资料在国民经济和国防建设中涉及防雷减灾问题上有重要的应用价值,本文对中国672个地面站点1961～2006年的雷暴日资料进行处理分析,同时利用星载闪电探测器(OTD/LISOptical Tran Sient Detector/Lightning Imaging Sensor)的闪电观测资料集(1995～2005年),对中国雷电活动的时空特征进行了再分析,得到以下结果①中国雷暴活动的时空分布;②闪电密度和雷暴日在中国的空间分布存在差异性;③中国和中国不同地区闪电活动的年变化和日变化特征;④中国不同地区包括各省、直辖市、自治区闪电密度的各种特征.     

地球静止轨道闪电探测

利用高空NASAU 2飞机的探测资料与其他科学研究方法 ,开发了一种空间探测器。其空间分辨率为 10km ,检测效率 90 % ,具有昼夜映像地球静止轨道的云内和云对地放电的能力。这种闪电图像探测器 (LMS)可连续监视风暴。闪电探测器中新的固态马赛克聚焦平面和较强信号处理相结合 ,为检测微弱的背景受污染信号提供具有权威性的技术 ,并满足白天监测闪电。LMS的视场为10 .5° ,覆盖全美国大陆 ,大范围海域、中美洲、包括安第斯山脉及亚马逊河流域在内的南美大部以及热带辐合区的大部分地区。 2 0世纪 90年代中期LMS会随GOES卫星飞行。该文介绍LMS的特性和设计以及应用这种仪器进行科学研究的可能性     

闪电产生的氮氧化物对青藏高原臭氧低值区的可能影响

为进一步认识闪电放电对夏季青藏高原地区臭氧低值区形成的可能影响,本文利用2005年-2013年星载光学瞬变探测器O TD和闪电成像仪LIS资料合成的LIS/OTD2.3版本再分析格点资料与荷兰皇家气象研究所TIMES提供的由OMI卫星得到的对流层NO_2垂直浓度月均值资料(NO2VCD)以及臭氧总浓度柱月均值资料(TOC)分析了中国地区臭氧(O_3)的空间分布特征,确定了青藏高原臭氧低值区范围。分析了所选范围内夏季闪电、NO_2VCD的空间分布以及年际变化关系。基于上述分析结果,进一步计算分析了NO_2VCD与O_3逐年夏季间浓度的差值关系。结果表明:青藏高原臭氧低值区范围为25°-43°N、72°-107°E。闪电产生的氮氧化物(LNOX)会明显导致夏季青藏高原臭氧的降低。     

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。     

WWLLN与江苏省ADTD闪电定位系统数据的对比分析

利用WWLLN(World-Wide Lightning Location Network,全球闪电定位网)与江苏省ADTD(Active Divectory Topology Diagrammer,活动目录拓扑图)闪电定位系统数据,对2006—2009年江苏省闪电活动年际变化、月际变化、日变化和空间分布、以及探测效率和探测精度等展开研究讨论。结果表明,WWLLN探测的闪电时空分布趋势与ADTD保持较好的一致性:江苏省白天发生的闪电次数略高于晚上;闪电主要集中发生在6—8月,仲夏闪电最为活跃;一天中闪电频次峰值时间段出现在16时(北京时间)左右;江苏省闪电分布呈现明显的地域性,闪电密度高值区位于省内偏西和偏南地区,大致与江苏省经济发达地区的地域分布相吻合。总体上,WWLLN探测到的闪电频次和闪电密度值比ADTD小一个数量级。随着WWLLN全球测站数目的逐年增加以及WWLLN定位技术的升级完善,WWLLN探测效率和探测精度逐步提高。WWLLN探测效率与回击电流极性和强度大小有关联。     

山东地区闪电的特征分析

利用1998～2000年山东地区雷电探测网获取的云对地闪电资料，从闪电的日变化、闪电的强度、闪电密度、极性等方面研究了山东地区的雷电分布特征。结果表明，云地闪电中负闪占绝大多数；正闪的平均强度大于负闪，在闪电强度较小和较大时发生的正闪占总正闪电总数的比例相应地高于负闪；闪电的发生也有明显的日变化，总体呈双峰双谷形式；闪电的空间分布与地形有关，也与下垫面的性质有关。对部分城市市区闪电密度的统计分析表明，济宁、莱芜、滨州、泰安、济南等位于鲁中地区的城市更应加强人工防雷工作。     

基于全球闪电定位网的江淮闪电定位网探测效率分析：以台风“利奇马”为例

基于全球闪电定位网(World Wide Lightning Location Network,WWLLN)获取的闪电定位资料对江淮闪电定位网(Jianghuai Area Sferic Array,JASA)在内陆及近海区域的闪电实时探测性能进行评估。通过对2019年第9号超强台风“利奇马”期间产生的闪电活动进行对比分析,发现JASA和WWLLN对台风闪电的径向分布、时间变化和空间变化有较好的一致性,绝大部分闪电发生在云顶亮温小于220 K区域;在台风发展阶段,内核区闪电活动较为频繁,在台风成熟和消亡阶段时,闪电主要分布外雨带,内核区的闪电活动少但集中。在探测效率方面,JASA对江淮区域实时定位到的闪电数远多于WWLLN,相对探测效率和绝对探测效率分别为69.12%和92.51%。而在海洋区域(114～130°E,20～24°N和123～130°E,24～32°N),由于受到JASA站点位置分布的限制,闪电实时定位数略少于WWLLN,其相对探测效率和绝对探测效率分别为32.67%和52.26%。研究结果表明了JASA对内陆及近海区域雷暴具备较强的捕获能力,为实时监测台风期间强对流闪电...     

闪电探测技术发展和资料应用

文中综述了闪电探测技术和方法的发展状况, 阐述了闪电监测资料在闪电预警预报、防护以及在灾害性天气监测等方面的应用, 探讨了我国闪电探测站网建设的技术和方法, 以及利用闪电探测资料开展雷电预警预报的方法与途径.闪电探测技术对雷电研究和雷电防护技术的发展非常重要, 特别是随着科学技术的发展, 闪电探测技术得到了快速发展, 这为雷电监测和预警提供了重要手段, 对减少雷电灾害具有重要作用.     

西昌发射场及川西南地区闪电气候研究

通过对西昌发射场及川西南地区１９９９４年至１９９８年的交汇云地闪探测资料进行详细分析,得出了该地区闪电强度和回击数的气候概率分布,闪电的日变化、年变化和「空间分布的气候规律,并将所得结果与我国京津冀地区的闪电气候特征进行了对比分析。结果表明,闪电的气候特征可以揭示特定地区对流活动的空分布的气候规律。     

LD-Ⅱ和ADTD型闪电定位资料的对比分析

为了更全面地了解LD-Ⅱ和ADTD型闪电定位资料的准确性,利用安徽省2010年3—9月两套闪电定位系统监测到的资料,对比分析安徽省雷电活动规律,结果表明:两套资料在地闪总数、地闪时间变化、地闪空间分布、雷电流极性和强度等方面都存在较大的差异,LD-Ⅱ型闪电定位系统积累的资料时间较长,但ADTD型闪电定位系统在地闪空间分布、雷电流极性和强度的探测方面准确度更高.与雷灾资料对比发现,ADTD型闪电定位仪监测到的闪电记录距离受灾点较近、误差较小.     

广州地区雷暴过程云-地闪特征及其环境条件

应用雷电定位系统和高空观测资料并结合雷达回波资料, 对广州地区雷暴过程云-地闪特征进行分析, 并就有、无云-地闪出现的两组不同对流天气过程的环境条件进行了比较研究。结果表明:广州地区的雷暴过程以负的云-地闪为主, 负云-地闪所占比例在90%以上。云-地闪发生频率与雷暴系统强度演变有直接联系, 对于同一系统来说, 随着系统回波强度的增强, 云-地闪发生的频率也增高。但不同系统中, 云-地闪发生频率有很大不同, 回波强(弱)的对流系统并不意味着云-地闪发生的频率就高(低)。有云-地闪记录的对流天气过程具有更大的垂直切变、更高的相对风暴螺旋度以及更多的对流抑制能量, 云-地闪现象更易于出现在更加有组织和更强的对流系统中。研究还发现广州及周边城市区域对雷暴系统回波强度及云-地闪现象可能有影响, 两个典型个例分析表明, 雷暴系统移经城市区域时回波强度减弱, 云-地闪发生频率减小, 雷暴移过城市区域后, 强度可重新加强, 云-地闪发生频率增大。     

一次强雷暴过程的闪电特征分析

对2006年6月25日焦作地区强雷暴天气分析表明,东北低涡后部西北急流出口区与地面冷锋的耦合是造成本次过程的直接影响系统。针对该过程伴随的强烈闪电现象,通过研究卫星云图和雷达回波特征,结合XDD03A型闪电定位仪对闪电过程的重现,探索强雷暴天气形势下对流云不同部位的闪电分布以及雷暴不同生命期所对应天气现象的闪电分布特征。     

闪电定位系统与人工观测雷电日参数对比分析

雷电日是反映雷电活动规律的重要参数。通过对重庆地区35个区县人工观测雷暴资料(1951—2009年)和闪电定位系统监测资料(1999—2008年)的数理统计,重点分析了人工观测雷暴日、闪电定位系统监测的雷电日和雷击大地密度特征。结果表明:人工观测的雷暴日数远小于闪电定位系统监测获取的数据;人工观测的雷暴日局限于个人差异和地形影响,而闪电定位系统监测的雷电日局限于探测方法和设备的灵敏性,不能完全客观反映各地区雷电活动规律;雷击大地密度客观真实反映各地雷电活动特征,在此基础上获得了有效反映雷电活动规律的雷电日参数,为雷电灾害风险评估与防雷设计提供参考。     

一次强雷暴过程的闪电特征分析

对2006年6月25日焦作地区强雷暴天气分析表明，东北低涡后部西北急流出口区与地面冷锋的耦合是造成本次过程的直接影响系统。针对该过程伴随的强烈闪电现象，通过研究卫星云图和雷达回波特征，结合XDD03A型闪电定位仪对闪电过程的重现，探索强雷暴天气形势下对流云不同部位的闪电分布以及雷暴不同生命期所对应天气现象的闪电分布特征。     

CMA_FEBLS低频三维全闪探测技术研究及观测10年进展

三维全闪探测已经成为了深入认识闪电物理机制和雷暴电活动规律的重要手段。中国气象局雷电野外科学试验基地(CMA_FEBLS)自主研发了低频电场探测阵列(LFEDA), 并持续开展了针对广东地区雷暴全闪电活动的综合观测试验, 在精细化三维定位算法和基于三维全闪数据的闪电放电过程研究方面取得了若干研究结果。(1) LFEDA具备雷暴电活动的无死时间捕获能力、优于百米的定位精度和一定的通道定位能力。(2)发展了基于简单脉冲特征的三维全闪定位算法, 并进一步将经验模态分解及衍生方法引入到闪电信号处理中, 提高了定位的精细化水平; 发展了融合到达时差和时间反转技术的定位方法, 提升了抗干扰能力、降低了对站网的要求。(3)实现了典型放电事件的电流波形反演, 获得了窄偶极性放电事件(NBE)、初始击穿脉冲(IBP)和爆发式脉冲簇(RBPs)的放电特征; 研究发现绝大多数闪电始发于IBP, 而作为始发的NBE则具有更大的孤立性、更大的相对幅度和更快的发展速度。(4)发现随着起始放电高度增加, 初始阶段持续时间和步长增加, 发展速度和脉冲丰度下降; 始发于强对流区时始发阶段通常有更大的速度和脉冲丰度。      

A comparison of lightning activity and convective indices over some monsoon-prone areas of China

Using 10-year lightning localization data observed by the TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) Lightning Imaging Sensor (LIS), the relationship between lightning activity and a series of convective indices was investigated over nine monsoon-prone areas of China in which high-impact weather (HIW) events are frequently observed.Two methods were used to verify and reconstruct LIS lightning data. First, LIS lightning flash data were verified by both surface thunderstorm reports and ground-based lightning detection data. Seasonal, monthly, and 5-day distributions of LIS observed lightning activity agree well with the surface reports and ground-based lightning observations. Second, due to LIS's low sampling frequency, a data reconstruction and compensation scheme for LIS lightning observations was designed using both LIS lightning seasonal diurnal cycles and surface thunderstorm reports. After data reconstruction, five lightning products were derived: daily mean and maximum LIS flash rate, daily mean and maximum LIS lightning cell rate, and number of lightning days per five day period.Then, a series of convective indices describing convection conditions were derived from radiosonde data according to atmospheric instability and convective potential analysis. Correlation analysis for each study region was done between 10-year lightning derived products and corresponding convective indices by 5-day periods. The correlation analysis results show that higher lightning flash rate and lightning probability are associated with more unstable air and smaller vertical wind shear in a nearly saturated lower layer in most of the study regions. But the correlation varies from region to region. The best correlation between lightning activity and convective indices was found in eastern and southern China, whereas the correlation is lowest in some inland or basin topography regions in which topographic effects are more significant. Moreover, ambient moisture plays a much more important role in the convective development of thunderstorms in southern China than other regions. Thunderstorm development mechanism differences among regions were also discussed.Based on the close relationship between lightning activity and convective indices, some regression equations for forecasting 5-day mean or maximum LIS lightning flash rate and lightning area (a thunderstorm cell) rate, and 5-day lightning days for the study regions were developed using convective indices as predictors. The verifications show that the convective index-based lightning forecast methods can provide a reasonable lightning outlook including probability and lightning flash rate forecasts for a 5-day period.     

云南西双版纳地区闪电活动特征

应用2017—2018年云南省VLF/LF三维闪电定位数据和1987—2006年云南省人工雷暴日观测数据,运用数理统计、空间插值等方法分析"雷都"西双版纳闪电活动的时空分布特征,运用网格法将闪电定位数据转化为网格雷电活动日,研究人工观测雷暴日与闪电定位监测资料的相关性。结果表明:西双版纳地区雷电活动从3月就开始逐渐增多,峰值出现在7—8月。就闪电频次而言,云闪少于地闪、正闪少于负闪,正地闪明显多于云南省其他地区。11月闪电强度较大,但频次较少;7月闪电频次较多,但强度较小。云闪多发生在8 km以下,平均高度为4.914 km。地闪和云闪密度分布一致,北部高而南部和东西部低;云闪的强度明显高于地闪,但在空间分布上均是北部弱而南部和东西部强。人工观测雷暴日与网格雷电活动日的逐月分布特征较一致。研究还表明:西双版纳在云南省范围内是人工观测雷暴日最多区域,也是网格雷电活动日最多区域。     

通道感应电荷对放电活动特征的影响

为探究闪电放电后电荷重置方案中异极性电荷植入法对雷暴云放电效应的影响,利用已有的三维雷暴云起放电模式,结合2011年8月12日发生在南京地区一次典型的雷暴个例,通过控制倍数改变闪电通道感应电荷量进行大量敏感性试验。模拟结果表明:闪电通道感应电荷量对空间电荷结构分布和云闪通道长度有明显影响。通道感应电荷量增加,即空间异极性电荷堆增多,加大空间电荷结构复杂程度;云闪通道在发展过程中难以穿越与自身极性相同的电荷堆,导致短通道云闪频次增加。通道感应电荷累积总量相同,不同闪电通道感应电荷量下云闪频次与通道电荷平均累积量呈负相关,即通道感应电荷平均累积量增大,云闪频次减少。而地闪频次、类型与通道感应电荷量相关性不明显。     

DDW1闪电定位系统及性能评估

北京华云东方探测技术有限公司于2016—2018年在广东组网建设了DDW1闪电定位系统, 对一次雷暴过程的观测表明，DDW1定位数据与雷达回波强回波区之间在空间分布上具有较好的一致性。进一步利用2018年中国气象科学研究院在广州从化地区获得的触发闪电试验数据和全闪定位数据对DDW1闪电定位系统性能进行了评估，验证了其探测效率、定位精度等指标。结果表明：对于6次包含有回击过程的人工触发闪电事件，DDW1闪电定位系统全部探测到，地闪探测效率为100%；对于这6次触发闪电中的所包含的27次回击过程，该闪电定位系统共探测到17次，回击探测效率约为63%，对这些回击过程的平均定位误差约为464 m，电流反演误差为1149%；对比高精度全闪探测数据，DDW1的全闪探测效率为50%。     

南京一次雷雨的闪电特征与多尺度资料分析

为探究闪电与其他气象要素之间的关系及可预报性,本文利用探空资料、多普勒天气雷达资料、闪电定位仪资料、卫星云图资料和地面自动气象站资料,对2009年7月7日南京雷雨天气进行多尺度分析.结果表明:暴雨过程中负地闪始终占较大比例,正地闪的数目在雷暴消散阶段稍有增长;地闪频数与地面风速时序变化呈现很好的一致性;雷暴来临前风矢位温特征表明对流云发展高度较高,对流层顶的薄层超低温为强对流发生提供了热力不稳定的先兆信息,整层大气深厚的顺时针垂直切变及中低层偏南风为强对流天气提供了有利的动力和水汽条件,为雷暴潜势预报提供了依据;地闪分布与雷达回波顶高、强的风切变区域以及暴雨落区有明显对应关系;负地闪密集区位于雷达强回波核前方强度为40 ～45dBz区域处,对于回波的未来移向有指示作用.