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。     

一次特大暴雨过程三维和二维系统闪电特征对比分析

利用三维(ADTD-2C)和二维(ADTD)闪电定位系统资料, 对比分析了湖北省一次特大暴雨过程中两套系统闪电活动特征, 得出以下结论: (1)本次过程中地闪多于云闪, 二者均以负极性为主。(2)三维系统正地闪在地闪中的占比低于正云闪在云闪中的占比, 高于二维系统正地闪在地闪中的占比。(3)三维系统雷电流幅值集中分布在0~30 kA, 较二维系统(10~50 kA)更集中, 三维系统的雷电流累积概率较湖北省多年统计结果明显偏小, 二维系统的雷电流累积概率略高于统计值。(4)两套系统总地闪和负地闪活跃时段基本一致。(5)两套闪电定位系统地闪密集区基本一致, 且和云闪密集区基本重合, 闪电分布集中程度高, 主要分布在槽前正涡度平流区。三维系统地闪密度大于二维系统, 最大值分别为5.78 fl/(km2·d)和2.39 fl/(km2·d)。三维系统中正、负闪电交错分布, 二维系统中正、负地闪局部存在空间分离现象。(6)云闪密度大小与二维地闪相当、水平分布特征与三维地闪一致。垂直方向上, 云闪主要发生在10 km以下, 其中2~4 km云闪分布密集, 占总云闪的47.24%。      

2004-2013年惠州市闪电的特征分析

基于2004—2013年惠州闪电定位资料统计分析了闪电特征,结果表明:惠州年平均闪电次数在30万次左右,以负闪为主,占总闪90.4%,正闪平均雷电流为24.8 kA,负闪平均雷电流为27.2 kA,总平均雷电电流为26.9 kA。汛期(4—9月)内闪电发生次数占总次数97.7%,是闪电发生的主要时间;午后到傍晚(12:00—20:00)占所有时次总量69%。负闪平均雷电流最高值为33.6 kA,出现在02:00;正闪为27.9 kA,出现在06:00;总闪、正闪、负闪平均雷击电流在00:00—07:00处于大值区。90%的闪电雷电流低于49.8 kA;惠州雷击大地密度分布总体呈现西多东少,在龙门西南部山区、博罗西部以及中部山区、城区东部山区、惠东西北部以及仲恺区、惠阳区明显偏多,平均雷电流在博罗西部、仲恺区、大亚湾区以及惠东山区也偏高。     

北京地区一次飑线过程的闪电特征及其与水汽条件的关系

利用北京闪电综合探测网（BLNet）的总闪定位和雷达回波资料,分析了2017年8月8日北京地区飑线过程的闪电活动特征,并利用变分多普勒雷达分析系统（VDRAS）反演结果,分析了闪电分布与水汽通量散度的关系。结果表明：1） 此次飑线过程的闪电以云闪为主,地闪以负地闪为主,后期正地闪占地闪的比例升高。2） 闪电辐射源主要分布在对流区,沿对流线向后部层云区倾斜分布,层云区亮带附近并无辐射源。3） 辐射源主要集中在5—10 km高度,其峰值主要出现在6—7 km高度,并且随着对流系统发展、合并辐射源峰值所在高度有所升高,但在对流系统合并后高度有所下降。闪电频数均在每次对流单体开始合并后的18 min达到峰值。4） 闪电主要集中在水汽通量辐合区,且辐合强度值越大,闪电越集中。     

镇江地区闪电时空特征及相关性分析

利用2006—2013年国家雷电监测网定位资料和镇江地区自动气象站观测资料,分析镇江地区雷电活动特征及其与降水量、气温的相关性,结果表明:镇江地区闪电主要分布在6—9月,7、8月最多;12—14时及16—18时为闪电的两个高峰时段,这与盛夏强对流多发生在午后至傍晚有关。平均地闪密度为5.33次/(km2·a),最大地闪密度达9.46次/(km2·a),属于闪电较多地区。95%的闪电雷电流强度在100kA以下,72.81%集中在10~40kA。月平均降水量、月平均温度分别与月平均闪电频次存在较强的正相关性,其中月平均降水量与月平均闪电频次正相关性最强。     

2009—2012年中国闪电分布特征分析

运用全国雷电监测定位系统ADTD获取的2009年1月至2012年12月云地闪电资料,对我国闪电的时空分布特征进行统计分析。结果表明:地闪中负地闪占闪电总数的94%以上,正地闪占5%左右,我国闪电主要发生在5 9月,7、8月是闪电高发期,同雨带的推进有较好的对应关系。随着季风的推进,闪电从南向北,从东向西逐渐增多。闪电在夏季达最大,春秋季次之,冬季最小;闪电频次日变化主要呈单峰分布,全国闪电多发时段在16 17时,同强对流天气多发时段相对应。闪电总体分布南部比北部多,东部沿海比西部内陆多;闪电密度分布呈明显的地域性差异,其中华南地区、中东部地区以及四川盆地为我国闪电密度高值区;闪电白天主要发生在江浙以及广东沿海一带,夜间则主要发生在云贵、川渝内陆地区。午后至傍晚(14—20时)闪电最活跃,上午(08—14时)最不活跃。三个闪电高发区的闪电峰值所在月份不同,华南地区主要在6月,四川盆地主要在7月,而中东部地区则在8月出现最大值。春季闪电最活跃的区域是华南,这和该区域的前汛期降水密切相关。正负闪电强度主要集中在10~40kA,累计概率在60%以上的正、负地闪电强度分别小于60 kA和35 kA;累计概率在90%以上的正、负地闪强度分别小于140 kA和65 kA,闪电强度的低值区主要分布负闪,而正闪主要分布在闪电强度的大值区。     

北京夏季强雷暴降水回波结构与闪电特征个例分析

利用北京市气象局短时临近交互预报系统（VIPS）资料,对2008年奥运会期间两次强降水天气过程雷达回波结构及闪电时空特征进行了细致分析。结果表明,局地性强雷暴降雨天气中,降雨率峰值与闪电活动峰值关系有超前也有略滞后的情况;关于云闪和地闪出现时间,云闪一般要超前地闪5～15min;强降水回波单体中,总闪电次数的70％以上出现在大于40dBZ的强回波区,当最大回波强度大于60dBZ时,云闪出现在强回波区的概率接近90％,说明回波强度越强,云闪出现在强回波区的概率越大;对云闪与雷达回波垂直结构分析发现,强降水单体中云闪发生的高度主要在6km以上,且云闪发生频数峰值出现在8～11km高度。     

2011—2019年安徽南部山区与北部平原闪电分布特征

利用2011年1月至2019年12月安徽省ADTD闪电定位系统监测资料, 对安徽南部山区与北部平原的闪电频次、极性、雷电流强度等参数进行对比分析。结果表明: 安徽南部山区总闪电频次约为北部平原的2.84倍, 北部平原正闪比高于南部山区, 这与两地区强对流天气类型有关。两地区闪电频次的月、日变化均呈单峰分布, 春季、夏季闪电活动明显多于秋季、冬季, 午后至傍晚为一天中的雷电活跃时段, 但南部山区在雷电高发月份及时段的闪电频次波动程度远大于北部平原。在雷电流强度方面, 北部平原整体上大于南部山区, 正、负地闪强度分别高出10.77 kA、9.52 kA, 其中正地闪强度峰值均出现在2月, 负地闪均为10月, 南部山区正、负地闪及北部平原负地闪日强度峰值与频次峰值时段相反。对安徽省总闪频次进行主成分分析表明, EOF分解的前5个特征向量累计方差贡献达到59.137%, 空间上表现出安徽南部山区与北部平原雷电活动变化趋势既具有一致性, 也具有明显的南北差异。     

我国中部五省云地闪电时空分布特征分析

利用我国中部五省52个闪电监测站2007—2010年闪电定位资料,分析该区域闪电的电流强度、陡度、频数、闪电密度的时空分布特征。结果表明：中部五省云地闪电中负极性闪电数均占总闪数的95%以上;正闪平均强度为66.47 kA,负闪平均强度-44.22 kA;闪电频数日分布曲线呈单峰单谷型,最多时段在14—20时,较少时段...     

西藏高原闪电特性时空分布特征

利用2009年6月至2011年5月西藏高原闪电监测系统的闪电监测资料,分析了高原闪电分布的时空特征,结果表明:高原的闪电平均强度为61.89 kA,负闪占闪电总数的78.2％,平均强度55.97 kA,正闪占21.8％,平均强度83.14 kA;雨季前的闪电中主要为正闪,正闪占73％;而雨季期间的闪电中,正闪仅占闪电总数的9％;闪电频次的日变化特征呈单峰型分布,主要集中在15:00-21:00这段午后至夜间的时段内,且在17:00达到峰值,与午后至夜间这段时间为强对流发生条件较好的时段相一致,03:00至12:00左右是高原闪电低发时段;闪电的高发地区为那曲地区中东部、昌都地区西部、日喀则地区东部及山南地区,其中负闪有两个强中心,分别位于那曲地区的嘉黎县和山南地区的朗卡子县,而在南部的错那县也为正闪强中心;闪电强度表现为冬季高、夏季低,各月的闪电平均强度均在50 kA以上;拟合出高原地区的总闪、正闪和负闪的雷电流强度累积概率方程,拟合率均达0.99以上.     

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。      

浙江省地闪特征及致灾危险性分析

基于2007—2018年浙江省ADTD闪电监测资料,分析该区域地闪时空分布特征,进而选用地闪密度和强度作为致灾要素,进行致灾危险性评估。结果表明:落雷日数和正地闪比例的年际变化均呈增长趋势,全年地闪集中发生于6—9月的12:00—20:00。春季正地闪比例高,地闪多发于傍晚和夜间;夏季日地闪落雷面积广、密度极值高,午后雷暴占主导地位。地闪密度相对高值区随季节演变而自西向东移动,年平均地闪密度总体呈浙中多南北少的特征。雷电流幅值主要分布于15～45kA,地闪强度平均值在舟山最高(44.49kA),台州最低(32.69kA),地闪密度和强度的空间分布特征各异。致灾危险性极高等级在浙东沿海一带和杭州—绍兴交界呈片状分布,另在温州西北部、浙中和浙西地区呈絮状分布,致灾危险性与历史雷灾个数、人员伤亡总数的空间分布总体一致。     

基于ADTD资料的浙江地区多回击地闪特征分析

利用2007—2018年浙江省ADTD闪电定位资料,分析了该地区多回击地闪分布及相关参数特征。结果表明:浙江省多回击地闪占总地闪的26.74%,其中正闪以单回击地闪为主;正、负闪平均回击数分别为1.04次和1.65次,最大回击数分别为5次和21次。回击数和地闪数存在较为一致的年际变化,正、负多回击地闪日变化分别呈多峰和单峰分布。正、负多回击地闪电流强度算术平均值分别为72.06kA和-36.89kA,回击平均强度随回击数的增加而下降,约40%的地闪过程中至少有1次继后回击强度比首次回击强;首次回击和继后回击的强度分布呈对数正态分布,集中在15～45kA之间。正、负地闪回击间隔时间算术平均值分别为125.47ms和138.14ms,几何平均值分别为56.73ms和98.95ms,回击间隔时间呈对数正态分布,平均回击间隔时间随回击数的增大而减小。多回击地闪继后回击与首次回击之间距离与回击数呈准正态分布,集中在距离为1km范围内。     

基于LLS的多回击地闪及其雷电流幅值分布特征

为进一步研究多回击地闪参数分布特征, 以便为雷电防护工程设计和雷电物理研究提供参考, 根据湖北省雷电定位系统(LLS)2007年1月—2018年12月监测资料, 采用计算机编程处理和数理统计方法, 对多回击地闪次数、多重回击次数和不同类型多回击地闪雷电流幅值等参数进行了统计分析。结果表明: 多回击正地闪、负地闪和总地闪次数占其地闪总数的百分比分别为2.06%、34.76%和32.64%, 多重回击次数分别占其回击总数的0.01%、0.42%和0.40%, 多回击负地闪回击次数占多回击总地闪回击总数的99.69%。首次回击强度大于后续回击强度的多回击正地闪和负地闪分别占多回击地闪总数的82.52%和57.87%;在多回击地闪后续回击中, 正地闪约有9%的后续回击强度大于首次回击强度, 负地闪约有20%的后续回击强度大于首次回击强度。多回击正地闪和负地闪中值电流分别为59.30 kA和35.10 kA, 首次回击分别为90.90 kA和40.00 kA, 后续回击中分别为43.90 kA和33.00 kA。首次回击中, 多回击正地闪和负地闪雷电流幅值大于100 kA的累积概率分别为44.06%和4.64%, 首次回击强度大于后续回击强度的多回击正地闪和负地闪雷电流幅值大于100 kA的累积概率最大分别为52.21%和7.94%;后续回击中, 多回击正地闪和负地闪雷电流幅值小于等于40 kA的累积概率分别为41.80%和69.92%, 首次回击强度大于后续回击强度的多回击负地闪, 雷电流幅值小于等于40 kA的累积概率最大为77.71%。多回击正地闪和负地闪后续回击与首次回击中值电流的比值分别为0.48和0.83。拟合得出的不同类型的多回击正地闪和负地闪雷电流幅值累积概率公式, 拟合效果显著; 拟合公式中a值附近的雷电流幅值累积概率与b值呈显著正相关关系。      

江苏苏南地区高速公路闪电时空分布特征研究

利用江苏省闪电监测定位系统探测2007—2013年地闪观测资料和2013年云闪观测资料,研究了苏南地区高速公路沿线地闪和云闪的时空分布特征。研究表明:1)苏南地区高速公路的年、月地闪频次具有西部多于东部的分布特征,其中扬溧高速最多;6—8月是地闪出现的高峰期,且西部地区出现峰值时间(7月)早于东部地区(8月);但日地闪频次的峰值出现时间东部(13～16 h)要略早于西部地区(14～18 h)。2)地闪强度(峰值电流)主要集中在20～50 kA,总体趋势是东部大于西部;高速公路地闪强度高值区主要集中在宁镇丘陵以及太湖、长江沿线附近,其中南京绕城高速、扬溧高速镇江段、宁杭高速南京段、沿江高速无锡段、沪宁高速等都是地闪密度较高路段。3)云闪集中发生在5—9月,西部地区云闪频次波动明显,总体呈双峰型月变化分布特征;东部地区云闪频次相对集中,呈单峰型月变化分布特征;西部地区出现云闪日高频次的时间(13～18 h)要早于东部地区(17～18 h)。     

OBSERVATION AND MODEL ANALYSES OF POSITIVE CLOUD-TO-GROUND LIGHTNING IN MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEMS*

The analyses of spatial and temporal characteristics of positive cloud-to-ground(CG) lightning for four mesoscale convective systems and two severe local convective systems in 1989 and 1990 show that positive CG flash rate usually has two peak values.The major peak occurs during the developing stage of the storm and most of the positive CG flashes originate at the lower part of the storm.The minor occurs during the dissipative stage of the storm and most of the positive CG flashes originate at the upper part of the storm,especially in the region of the wind divergence in the storm anvil.The positive CG flash rate is almost an order of magnitude larger in the developing stage than in the dissipative stage.The appearing time of the peak of negative CG flash rate is in accordance with that of the valley of positive CG flash rate.The higher the intensity of the radar echo,the higher the positive CG flash rate.Most of the positive CG flashes occur when the weak echo area is larger,and mostly originate in the region where the radar echo intensity is about 10dBz and in the back region of the moving storms.The spatial distribution of the positive CG flashes is much more dispersive than that of the negative.The mesoscale analysis reveals a bipolar lightning pattern.The mean bipole-length reaches its minimum during the mature stage of the storm and reaches the maximum during the developing stage of the storm.The vertical distribution of the charge density is calculated by a one-dimensional charging model.Then,we discuss the producing condition of the positive CG lightning and forming cause of charge structure mentioned above.     

雷暴天气过程中降水结构与闪电活动特征个例研究

为深入分析四川雷暴天气过程中降水和闪电活动特征,运用统计与对比方法,对四川东南部一次雷暴过程中闪电活动及降水结构之间的特征进行研究。结果表明,强降水易发生在低层辐合,高层辐散的流场中,局部地区最大降水强度发生在2~5km高度。降水开始1h后,地闪频数达到最高,地闪主要以负地闪为主,正地闪不活跃。对闪电活动与亮温分布关系知,闪电活动主要发生在低于220K降水云内,闪电活动发生的区域与降水落区一致。对总闪与地闪的分布知,负地闪主要分布在总闪的外围。通过对四川雷暴过程的研究,对雷暴预报有一定的指导意义。     

OBSERVATION AND MODEL ANALYSES OF POSITIVE CLOUD-TO-GROUND LIGHTNING IN MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEMS

The analyses of spatial and temporal characteristics of positive cloud-to-ground(CG)lightning for four mesoscaleconvective systems and two severe local convective systems in 1989 and 1990 show that positive CG flash rate usuallyhas two peak values.The major peak occurs during the developing stage of the storm and most of the positive CGflashes originate at the lower part of the storm.The minor occurs during the dissipative stage of the storm and most ofthe positive CG flashes originate at the upper part of the storm,especially in the region of the wind divergence in thestorm anvil.The positive CG flash rate is almost an order of magnitude larger in the developing stage than in thedissipative stage.The appearing time of the peak of negative CG flash rate is in accordance with that of the valley of pos-itive CG flash rate.The higher the intensity of the radar echo,the higher the positive CG flash rate.Most of the positive CG flashes oc-cur when the weak echo area is larger,and mostly originate in the region where the radar echo intensity is about 10dBzand in the back region of the moving storms.The spatial distribution of the positive CG flashes is much more dispersivethan that of the negative.The mesoscale analysis reveals a bipolar lightning pattern.The mean bipole--length reaches itsminimum during the mature stage of the storm and reaches the maximum during the developing stage of the storm.The vertical distribution of the charge density is calculated by a one-dimensional charging model.Then,we discussthe producing condition of the positive CG lightning and forming cause of charge structure mentioned above.