雷暴闪电活动特征研究进展

从一般雷暴、灾害性雷暴和台风的闪电活动特征以及雷暴闪电尺度特征四个方面对相关研究进行梳理。一般雷暴通常具有正常极性电荷结构,云/地闪比例在3左右(中纬度地区),地闪中正地闪占比为10%左右,负地闪位置往往更集中于对流区。灾害性雷暴倾向具有活跃的云闪,低比例的地闪,易出现反极性电荷结构,正地闪比例偏高。闪电活动与灾害性天气现象之间存在关联性,部分雹暴过程具有两次闪电活跃阶段。台风中大部分闪电发生在外雨带,眼壁/外雨带闪电爆发很可能预示气旋强度的增强以及路径的改变。由闪电持续时间、通道空间扩展所表征的闪电尺度与雷暴对流强度相关。弱对流雷暴或雷暴的弱对流区域可能由水平扩展、垂直分层的电荷分布形态主导,闪电频次低,闪电空间尺度大;强对流雷暴或雷暴的强对流区域可能由交错分布的小电荷区主导,闪电频次高,闪电尺度小。      

强雷暴天气的闪电和雷达回波特征个例分析

利用粤港澳闪电定位系统、广州多普勒天气雷达和自动气象站等资料, 分析了2017年6月2日发生在广州市中北部的一次强雷暴天气过程的地闪变化特征及闪电与雷达回波特征的关系。(1)本次强雷暴天气是华南一起典型的以西南急流和切变线为环流背景的强对流天气过程。在整个雷暴生命史中以负地闪为主, 占69.3%;正闪在雷暴发展的初始和结束阶段占比较大。(2)闪电频数分布与强雷达回波区域存在着较好的对应关系, 闪电活动位置稍有提前, 地闪频数峰值的时间比雷达回波峰值时间平均提前了11.1 min。(3)回波顶高是产生闪电的先决条件, 闪电较多分布在回波顶高9~15 km范围内, 地闪频数峰值落后于回波顶高峰值12~18 min。      

强对流天气雷达回波与闪电特征的个例分析

利用闪电定位资料和多普勒天气雷达强度产品,分析了2006年6月22日发生在南京西南140km处的一次强对流天气过程中闪电的演变特征及其与回波强度的关系。结果表明,地闪多发生于雷暴云中回波强度大于40dBz且回波强度梯度较大的区域;正、负地闪频次在强对流系统发展的不同阶段呈现出不同的特点,负地闪占总闪数的90％以上,正地闪出现在系统进入成熟阶段之后,且占总闪的比例在系统消散阶段明显增大;地闪强度越大,相应的地闪频次越小,除少数弱闪（1/1〈10kA）外,二者基本上呈反相位关系。     

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。     

蒙古东部冷涡造成河北中南部雹暴过程的地闪特征分析

应用地面闪电定位系统、多普勒雷达、加密自动雨量站资料,对2007年7月8～9日蒙古东部冷涡天气系统下,发生在河北中南部的两次雹暴过程进行了分析.结果表明:两次雹暴均产生大量地闪活动,且以负地闪占优势,闪电集中发生时段与强对流发生及维持时间相当.雹暴和强降水在时空分布上对应的地闪极性有明显差异,降雹发生在雹暴云团中正地闪最活跃的阶段,正地闪集中出现在强回波中心及其邻近区域,降雹点落在正地闪聚集区附近;对流性强降水云团中负地闪频繁发生,强降水区出现在负地闪密度高值中心附近,负地闪簇集区域预示着对流性强降雨的落区.多单体风暴中:闪电的频率及聚集区域主要取决于雷暴单体的数目、强度和相互接近的程度,其造成的强降雹主要发生在总地闪的活跃期.本次个例分析显示,总闪电频数跃增、正闪频数突增,仅先于降雹数分钟(几乎同时)发生.因此,根据闪电频数变化可监测对流强度的演变和冰雹天气的发生.     

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。     

闪电宽带电场三维定位及其回波特征

利用自制闪电宽带电场三维定位系统, 分析了山东地区一次雷暴过程闪电三维时空结构。结果表明, 在云内击穿放电整个时间序列中, 辐射源空间分布（对应强电场区分布）呈现明显的三极性分层电荷结构, 并分布在3个高度层次： 6~8 km为上部正电荷区, 4~6 km为中部负电荷, 2.5~4 km为下部次正电荷区。云内放电首先出现在中部负电荷区, 然后产生向上发展的负流光进入上部正电荷区传输, 形成向上发展的云闪; 随着雷暴发展, 产生向下发展的负流光进入下部次正电荷区, 形成向下发展的云闪, 且能维持到雷暴发展后期。结合雷达回波分析表明, 雷达回波的强度影响着闪电活动, 强回波区的增加会使得强电场区域增加, 但是强电场区域并不与最强回波区域对应, 除下部正电荷区的底部会有部分辐射源出现在回波强度为40~50 dBz的区域中以外, 大多数的辐射源出现在25~35 dBz的中等回波区范围内, 强回波区域中通常较少出现击穿放电。     

一次强对流活动中雷电与降水廓线特征研究

利用热带测雨卫星的测雨雷达(PR)和闪电成像传感器(LIS)的逐轨探测结果,通过资料匹配处理方法,并配合常规气象资料,分析了2006年6月29日黄淮地区一次强对流活动中不同类型雷暴单体(Area,LIS探测资料认为近似于雷暴单体)的降水廓线,并分析了降水廓线与雷暴闪电频数的关系。结果表明:该强对流系统的雷暴单体可分为对流降水、层云降水、对流与层云混合降水3种雷暴单体,其中,混合降水雷暴单体数量最多,对流降水雷暴单体数和层云降水雷暴单体数量较少;并且雷暴单体中的闪电大多发生在对流降水区。结果还表明,不同闪电频数的雷暴单体相应的降水廓线差别明显:雷暴中闪电频数越大,5km以上高度廓线给出的雨强越大(对流降水廓线尤其如此),说明雷暴单体中闪电越多时,降水云冻结层以上存在的冰相粒子越多。     

对流和层状云系电活动,对流及降水特性的相关分析

通过对６次不同云系电特性、回波、对流及降水特性的综合分析，探讨了它们之间的相关性。结果表明：除不稳定能量外，－１０℃层和０℃层高度以及他们之间的高度差、０℃层与云顶的高度差也是表征雷暴动力和电特性的重要参量；雷暴云起电过程对冰相作用有较强的依赖性；雷暴中的电活动与对流活动成正相关，闪电多发生在３０ｄＢｚ强回波高度大于－１０℃层高度时段内，强烈的电活动与强降雨有很好的对应关系，而与一般性降雨对应关系较差；在雷暴消散期，闪电可能会影响雷暴的特性     

低纬高原中部一次强对流天气过程的多普勒雷达和闪电特征分析

利用MICAPS资料、多普勒雷达资料和地闪资料,分析了2008年8月1日低纬高原中部一次强对流天气过程。结果表明:台风登陆和副热带高压北抬西伸导致外围的偏东气流带来充沛的水汽和热量,为强对流天气过程提供了有利的环流背景条件;在强对流发展过程中,前部始终有入流存在,多普勒雷达回波上具有"弓"型回波、前侧"V"型槽口、弱回波区、后侧"V"型槽口等特征,强回波区与多普勒雷达速度图上的逆风区和辐合区相关;-10℃层高度上雷达回波强度≥35dBz时,才开始有地闪活动发生,负地闪占整个地闪过程的99.6%,大多数负地闪出现在强度30dBz的强回波区,对应着强辐合上升气流区,正地闪出现在回波前部的云砧或回波后部的较弱回波区域,对应着辐散的下沉气流区域;整个雷暴云发展演变过程中负地闪电流强度呈现出先增大后减小的单峰型变化特征,而正地闪电流强度基本呈现逐渐增大的直线型变化特征。     

2014年7月14日新乡强对流过程成因分析

利用常规和区域自动站观测资料、卫星和多普勒雷达监测产品及NCEP再分析资料,对2014年7月14日新乡强对流过程进行了综合分析。结果表明：高空东移冷槽与低层暖脊叠加使新乡上空形成明显的不稳定层结,而中低层暖湿空气在午后表现出明显的北抬和向高空扩展的趋势,使大气对流不稳定度进一步加强,有利于雷暴大风和冰雹强对流天气的出现;同时,强对流天气发生前0—6 km垂直风切变达到中等偏强程度,有利于对流系统的形成和维持。地面中尺度辐合线起对流触发作用,辐合线尾部前侧的对流云团发展更强更快。云团合并导致对流云团迅猛加强,对流单体合并有利于对流回波的暴发性发展及回波顶快速抬升。过程中雷暴外流边界也是强对流的重要触发机制,太行山脉东侧的雷暴外流边界受地形抬升作用,触发大范围分散的对流单体,导致了局地短时强降水天气。风灾主要是由多单体风暴中的下击暴流和雷暴外流边界造成的,下击暴流造成的大风比由雷暴外流边界导致的大风更强。此外,强回波中心强度增强、质心高度迅速升高,回波顶高和VIL值跃增等对强对流过程中局地冰雹预报有较好的指示意义。     

夏季雷暴云雷达回波特征分析

根据南昌713雷达2000年6－7月取获的雷暴云回波资料，结合雷电灾害实况，对夏季雷暴云回波特征、天气形势及大气稳定度进行初步分析。结果表明，强雷暴云回波特征为：最大顶高达17－18km，最大强度达55dBz；大多数强雷暴云回波的强度为40－45dBz，主要产生在水平尺度大于30km的雷暴团和雷暴短带上，强雷电与强降水、雷雨大风、冰雹等强对流天气一样，与地形有关，而且均来自强烈发展的雷暴。     

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。     

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.     

柳州市强对流暴雨的闪电和雷达回波特征及相关性研究

利用闪电监测资料和多普勒天气雷达探测资料,对2015年汛期强对流暴雨的闪电和雷达回波特征及相关性进行分析,结果表明:柳州强对流性暴雨时的闪电以负闪电为主;暴雨日降水量与日闪电数相关小,强的降水不一定有强的闪电活动;伴随有闪电活动的强对流暴雨逐时降水量与逐时闪电频数演变曲线具有峰型特征和趋势一致,闪电先于降水之前开始,降水量峰值比闪电频数峰值落后1小时;径向速度不均匀风场结构存在利于对流回波的发展和闪电的发生,强对流暴雨的闪电活动与强回波区有较好的对应关系,闪电一般发生在反射率因子≥45dBz和回波顶≥6km的区域。     

云南一次秋季雷暴过程的闪电特征及形成条件分析

利用NCEP/NCAR资料、雷达回波、卫星云图和闪电定位系统等新一代探测资料对2010年9月21-23日的云南雷暴过程进行了分析.结果表明,西移的热带低压“凡亚比”为这次雷暴云团发展提供了热带偏东风辐合及低层暖(300～302 K)、中层湿(相对湿度≥80％)等有利环流背景条件.中尺度雷暴云团负闪电占主导地位,发展阶段云顶亮温下降,均为负闪电,负闪电频数高达1 245次·(30min)-1;从成熟阶段到消散阶段,云顶亮温逐渐上升,负闪电逐渐减少,有少量的正闪电出现并逐渐增加.另外,雷暴云团结构和闪电空间分布不均匀,具有前部为主对流区而后部为云砧或高云的结构特征,云顶亮温前部较后部低且梯度大.密集负闪电主要出现在云顶亮温≤-60℃附近和前部大的云顶亮温梯度区,稀疏正闪电分散在密集负闪电后部和云团中部.多普勒天气雷达显示,雷暴云团前部云区表现为具有不均匀结构的中尺度带状回波,后部云区属于无回波区;密集负闪电主要出现在带状回波上强度≥40 dBz和顶高≥10 km的强回波区内及中尺度不均匀风场附近,且回波强度越强、顶高越高,负闪电越密集;发展后期稀疏的正闪电分散在强回波的后部边缘或者后部弱的对流回波和层状云回波上.     

江南夏季雷电的云回波特征分析

根据南昌713雷达取获的2000年6～7月雷暴回波，结合地面闪电及雷电灾害实况， 对夏季雷电的云回波特征、天气形势及大气稳定度进行初步分析。结果表明，强雷电回波的 产生离不开高温、高湿的大气环境。另外，强雷电与强降水、雷雨大风、冰雹等强对流天气 一样，均出自强烈发展的雷暴中，但它们在天气形势和雷达回波参数上又有所区别。     

梅州地区两次雷暴过程的多尺度气象资料分析

利用闪电定位、多普勒雷达、探空数据以及自动气象站资料对2016年4月17日梅州地区的两次雷暴过程进行了分析。结果表明:两次雷暴过程均是强对流系统造成的,地闪以及降水空间分布呈北多南少特征;正闪密集时段,有明显降水以及风速突变特征,地闪密集区对应着强风切变区域;地闪变化与风速变化相关性明显,地闪较降水有一定的滞后性;地闪的密集区域与雷达回波强度中心基本吻合;多普勒雷达回波特征、不稳定层结参数特征均符合强对流系统的特征。     

贵州铜仁两次大范围冰雹过程的对比分析

利用常规观测、地面加密自动站降水、雷达观测及NCEP 1°×1°再分析资料等对2016年4月2日和15日发生在贵州省铜仁市的两次冰雹天气过程进行对比分析,结果发现:(1)降雹由地面发展雷暴和高架雷暴产生,前者在暖区产生,后者在锋后冷垫上形成;(2)前者由地面辐合线锋生激发对流,后者由逆温层顶850 hPa切变线触发,两者的强上升运动区域明显不同;(3)雷达回波形态上前者为弓形回波,强对流回波从近地面发展至10 km左右高度,"三体散射长钉"和有界弱回波区等现象明显;而后者为多单体风暴,有界弱回波区特征明显,强对流回波柱密实而深厚,回波质心较高。     

一次强对流过程中的闪电特征分析

利用闪电定位系统和多普勒雷达资料,通过2007年4月24日广东省一次强对流过程,剖析了不同阶段的闪电特征和雷达回波的关系。结果表明,(1)对流云带放电整体上呈带状分布,闪电随云带的移动而移动,强对流单体发生的闪电频数大且密集。(2)强降水过程中闪电活动呈双峰型分布,负闪占绝对优势,正负闪同步增加或减少,正闪电流平均幅值大于负闪,基本上是负闪的2倍。(3)闪电频数、强度和雷达回波强度在时间序列上对应较好;发生发展阶段,闪电出现位置超前雷达回波约10~40 min;在成熟和消散阶段,闪电主要发生在雷达回波>40 dBz和VIL>20 kg/m2所对应的区域,并在其周围形成一个小范围的闪电密集区。