利用对地闪的观测估算对流性天气中的降水

地闪与对流性天气中的降水量之间存在着较好的相关性,本文利用1997年6～8月间在陇东地区以平凉雷电与雹暴实验站为中心对对流性天气过程进行地闪与降水的观测,解决以下三个问题：(1)单个地闪所对应的对流性天气中的降水量;(2)相对于地闪发生位置的对流性降水空间分布;(3)相对于地闪发生时刻的对流性降水时间分布,实现了利用地闪资料更加精确地估算对流性天气中的降水量。     

基于微波辐射计和闪电观测资料估算对流性降水方法初探

利用闪电定位系统、MP-3000A地基微波辐射计、雷达、地面雨量计和探空等观测资料对2015年5月14—15日湖北地区一次强对流过程中降水量、闪电、水汽、液态水含量的时空分布特征等进行分析,并基于闪电和微波辐射计资料联合估算对流性天气中的降水量。结果表明,降水发生前,微波辐射计探测到空中水汽密度和液水含量明显增加,闪电活动峰值提前于降水峰值2 h。水汽密度与云闪数有较好的相关性,相关系数为0.98。利用水汽密度和地闪资料估算对流性降水结果与观测结果比较一致,估测的降水量好于仅用地闪资料的估算,且基于水汽密度、地闪得到的单个闪电表征的降水量为1.94×10~7kg·fl~(-1)。     

邵阳地区闪电活动特征及其与降水的关系

利用闪电定位资料和常规观测站24 h的降水资料,对邵阳地区2008-2010年的闪电特征进行分析,并进一步探讨了邵阳地区闪电与降水的关系。结果表明：邵阳地区闪电多以负地闪为主,地闪频次的最大值中心位于东北部,呈东北-西南减少的趋势;地闪频次存在明显的日变化特征,闪电集中发生在13-19时;有闪电时,降水量不超过1 mm和10 mm的降水个例分别为29.63 %,76.30%;无闪电时,其值分别为69.44 %,96.30 %;超过20 mm的降水大多伴随有闪电,无闪电时发生概率极小;地闪频次与闪电对流降水的拟合系数优于其与所有降水的拟合系数,且随着统计尺度的增大,地闪与闪电对流降水的相关性变强。     

吉林省“7.28”强对流暴雨过程地闪活动特征分析

利用2010年7月27日21时至7月28日20时发生在吉林省中东部强暴雨期间的地闪、风云卫星TBB、多普勒天气雷达和地面加密降水资料,采用统计对比方法,分析地闪活动特征及其与强对流系统和强降水的关系。结果表明:此次暴雨过程中负闪占总闪的95.7%,负闪频数和总闪频数的逐时演变完全一致且呈现两峰两谷趋势,正闪峰值与总闪、负闪峰值出现时间基本同步。正负闪6min演变均表现为多峰波动,负闪的波峰提前于正闪波峰6min左右。地闪发生在长春雷达组合反射率大于35d Bz的区域和TBB等值线密集区;正闪主要出现在云顶黑体亮温大值区前部。逐时地闪峰值与逐时降水峰值变化趋势基本一致,地闪峰值提前于降水峰值4h出现,强对流上升阶段降水强中心未出现在地闪密集区,对流性暴雨下降阶段和中间阶段降水强中心位于地闪密集区。     

闪电资料在中尺度WRF模式中同化方法的研究

利用强对流天气中雷电活动与对流性降水之间的统计关系,将闪电资料反演成降水资料,通过四维变分同化方法,将地闪资料同化入中尺度WRF模式中,并对四川地区一次强降水天气过程进行模拟。结果显示,经过同化的初始场能有效改善初始时刻强对流系统雨带结构,使得模式的初始场较好反应出大气的真实状态,并对暴雨的预报有正面影响。而在其短时模拟效果中,闪电资料的同化更好地模拟出川东北地区的降水过程,雨区的中心位置和强度都得到明显改善,改善了WRF模式在四川地区对强对流天气的模拟能力。      

华北一次中尺度对流系统中的闪电活动特征及其与雷暴动力过程的关系研究

利用地面地闪定位资料、多普勒天气雷达和常规气象资料, 分析了一次具有前部对流线和后部大范围层状云降水(LLTS)的典型中尺度对流系统(MCS)的闪电活动演变特征。整个MCS生命史中负地闪占主导地位, 正地闪则表现不活跃。观测得到MCS消散阶段云闪与地闪的比例为2∶1, 地闪主要分布在地面相对位温和对流不稳定能量均达到高值的区域; 负地闪主要密集地分布在大于40 dBZ的回波范围内; 正地闪则稀疏地分布在30～40 dBZ的回波范围内。在低于-40℃的温度区域内地闪分布较多, 而密集的地闪分布在温度梯度大的区域内。结合单多普勒雷达的水平风场反演, 发现地闪集中出现在气流表现为气旋性切变或水平风呈现切变的区域。该区域与MCS的强回波区相对应, 并且地闪易发生在上升气流达到最大并开始出现下沉气流的阶段。     

山东半岛一次强飑线过程地闪与雷达回波关系的研究

利用山东省气象局地闪定位资料和青岛多普勒雷达资料,分析了2007年7月31日发生在山东半岛一次强飑线过程的地闪活动演变特征以及地闪活动与雷达回波特征的关系.结果表明,此次过程中地闪异常活跃,最大频数达到1 212 fl· (10 min)-1,但正地闪仅有15次.在飑线系统快速发展阶段,地闪频数出现了两次“跃增”现象,地闪频数随时间的增加呈“阶梯状”发展特征.地闪主要集中发生在6 km高度上雷达回波≥35 dBZ的区域,地闪频数与45 dBZ以上强回波面积的相关系数达到0.89,但也有少量地闪零星分布在弱回波区域.地闪频数与45 dBZ回波顶高的相关性要好于与35dBZ和50 dBZ回波顶高的关系,二者之间的相关系数为0.71.为了定量分析对流强度与地闪频数之间的关系,定义了8个对流强度指数,其中0℃层以上所有强回波的反射率因子值之和与0℃层以上所有强回波的反射率因子值与所在高度的乘积之和以及地闪频数的关系非常稳定.对比分析不同强度的对流系统,发现不同雷暴天气过程中的对流强度与地闪频数的关系明显不同,即对流越强,相应的对流强度与地闪频数的相关关系也越好.另外,在飑线系统的发展演变过程中,地闪频数与0℃层以上和7～11 km高度的冰相降水含量也存在着非常密切的关系,相关系数均在0.8以上.     

地闪过程与降水量及雷达回波相关性特征分析

针对2006年7月31日发生于陕西省的强雷暴灾害性天气过程,对闪电定位监测资料、多普勒雷达资料以及自动站降水资料之间的相关特征进行了分析。研究表明：局地性短时暴雨天气发生前,地闪频数有一个“跃增”;短时暴雨发生时,地闪频数较高,正闪与负闪的比例较低,各区最大正负闪比例仅6．7％,强度较大的地闪多分布于地闪密集区。空间上,地闪密度大值区与短时暴雨中心落区基本一致;时间上,地闪最大频率出现比短时强降水的发生提前30min以上,说明地闪最大频率的出现对强降水发生有指示意义。通过地闪与不同仰角多普勒雷达基本反射率回波的叠加分析,发现1．5°仰角上二者具有很好的对应关系,地闪演变对30dBz以上雷达回波的强度和移动演变有引导作用。     

山东中部一次强对流天气的中尺度结构和闪电特征分析

利用常规资料、NCEP再分析资料、闪电定位资料、多普勒雷达资料、FY-2E云图资料及全球定位系统(GPS)可降水量资料对2013年7月4日山东中部出现的一次强对流天气过程进行分析,结果表明:高空短波槽东移、地面中尺度气旋系统发展和东北低压槽后干冷空气入侵,是造成本次鲁中地区强对流天气的成因;强对流发生在低层辐合、高层辐散区域并与上升气流最强区对应;负地闪密集区,对应对流有效位能(CAPE)和假相当位温高值区;地闪主要分布在云顶亮温(TBB)-60℃的区域内,TBB值越低,负地闪越密集。在整个强对流发展过程中,负地闪占绝对优势;负地闪多存在于回波强度48 d BZ和顶高≥10 km的强回波区;雷达垂直累积液态含水量(VIL)和GPS可降水量能反映出降水出现时间和降水性质,雷达VIL峰值与降水出现时间较吻合;特殊地形对降水有很大贡献。     

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。     

强对流天气综合监测业务系统建设

强对流天气监测是其预报的基础.国家气象中心强天气预报中心利用多源观测资料(常规和非常规资料)建设了强对流天气综合监测业务系统.强对流天气的监测对象包括积云、地面高温、雷暴、地闪、冰雹、龙卷、大风、雷暴大风、短时强降水、雷暴反射率因子、对流风暴(基于雷达资料)、深对流云及中尺度对流系统(Mesoscale Convective Systems,MCS,基于静止卫星红外1通道资料)等不同时段的分布.发展的监测技术主要包括自动站资料质量控制技术、强对流信息提取和统计技术、直角坐标交叉相关雷达回波追踪(Cartesian Tracking Radar Echoes by Correlation,CTREC)技术、雷暴识别追踪分析和临近预报(Thunderstorm Identification Tracking Analysis and Nowcasting,TITAN)技术、深对流云识别技术、中尺度对流系统识别和追踪技术,以及闪电密度监测技术等.强对流天气监测系统自动定时运行,其输出数据与MICAPS业务平台完全兼容.该监测系统在国家气象中心的强对流天气预报业务中发挥了重要作用.     

FY-4A白天对流风暴和闪电产品在华北强雷暴天气分析中的应用

我国第二代静止气象卫星FY-4A观测能力较之前有明显提升,在天气特别是对流性天气监测和预测中具有较强的应用潜力。利用FY-4A气象卫星多通道扫描辐射成像仪(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)和闪电成像仪(Lightning Mapping Imager,LMI)数据开展研究,分析了反演产品在强雷暴天气中的应用。研究表明,扫描辐射成像仪多通道组合白天对流风暴红-绿-蓝（red-green-blue,RGB）合成产品可以突出具有强上升气流的对流性雷暴云,较单通道及多通道可见光合成产品具有监测优势;闪电成像仪产品较地面闪电探测闪电产品能够探测到更多的闪电,对新生对流和较弱对流产生的闪电监测具有优势;在华北和黄淮一次强雷暴天气过程中,白天对流风暴RGB合成产品能够监测云系发展的过程,卫星监测闪电活动频数和冰雹活动一致性较好。     

北京地区雷暴过程闪电与地面降水的相关关系

该文选取北京地区2006年夏季的18次雷暴过程,利用SAFIR3000三维闪电定位系统观测到的总闪数据,分析了闪电与雷达反演的对流活动区降水量和对流活动区面积的相关关系,结果表明:北京地区的雷暴活动中,单个闪电所表征的降水量的范围在0.86×10~7～6.57×10~7kg/fl之间,平均值为2.65×10~7kg/fl;闪电活动与对流活动区降水量的线性相关关系显著,相关系数达到0.826;闪电活动与对流活动区面积也具有显著的线性关系,相关性系数达到0.846。文中给出了基于6 min闪电频次估算6 min对流降水量以及对流活动区面积的拟合方程。分析还发现,总闪活动与降水的关系要明显好于地闪,总闪信息的应用极大提高了分析结果的质量和可信性,分析结果对于利用闪电信息估测降水具有参考意义。     

基于多尺度小波边缘检测的对流降水和闪电分析

为准确估测对流降水,提出了多尺度小波边缘检测算法,借鉴小波变换的多尺度分析和边缘检测原理,对雷达反射率数据进行处理,有效地识别出对流云回波区域,进而反演对流降水,精细化分析其和闪电的相关关系。选取了南京2009年7月6—7日的一次强雷暴降水过程中对流活动较剧烈的180 min为例,对采自南京龙王山雷达站的真实数据进行了算法识别分析,反演得到对流降水,统计6 min时间间隔内的闪电频数与同期降水进行相关分析,得到该时段中每次闪电所表征的降水量（RPF）的范围在7.47×106～4.46×107 kg,平     

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。      

云南两次中尺度对流雷暴系统演变和地闪特征

在利用NCEP/NCAR再分析资料诊断分析2010年9月21—23日中尺度对流雷暴系统形成的环流背景基础上,通过云南省闪电定位系统地闪监测资料和FY-2E卫星云图资料的同步叠加, 分析两个中尺度雷暴系统的演变和地闪特征。结果表明:台风凡亚比 (1011) 西行减弱的热带低压为中尺度对流雷暴系统提供有利的暖湿和抬升动力环流背景,促使中尺度弧状对流云带、中尺度雷暴云团和中尺度对流复合体生成和发展。雷暴云团结构和地闪活动空间分布不均匀并随时间变化,且正、负地闪频数与云顶亮温 (TBB) 相关,当TBB降低和等值线密度变大,雷暴云团发展,低TBB中心偏于云团的前部云区,负地闪频数剧增;当TBB达最低值时,雷暴云团成熟,负地闪频数达峰值,正地闪出现;当TBB升高且等值线密度变小时,雷暴云团减弱,低TBB中心靠近云团中心,负地闪频数迅速减小,正地闪频数达到峰值;密集的负地闪出现在雷暴云团前部大的TBB梯度区和TBB不大于-56℃的低值中心附近,正地闪分散在TBB不大于-56℃的低值中心附近,偏于负地闪区域后部发生。     

基于雷达和微波辐射计的湖北省冷季“高架雷暴”特征分析

利用常规观测、加密自动气象站、三维闪电定位仪、天气雷达和地基微波辐射计资料等,对湖北冷季（2014年11月）发生的3次高架雷暴过程进行了分析。（1）3次过程发生在地面冷锋后部地面冷气团中,主要以短时强降水和频繁的雷电活动为主,是典型的冷季“高架雷暴”,对流区位于地面冷锋后部500 km左右。（2）地面到925 hPa的冷垫,迫使暖湿气流爬升,在925 hPa逆温层附近触发对流,冷垫之上西南暖湿气流越强,对流越旺盛,雷达径向速度剖面可以明显看到1 km之下的冷垫。（3）冷季高架雷暴雷电活动剧烈,CG（地闪）占总闪比例60%以上,而+CG则占CG的40%左右,闪电频次和降水有很好的时空对应关系,CG出现在较强降水中心附近及周围,IC和CG突增对降水均有一定的时间提前量。CG更靠近强回波中心,且和≥30 dBZ的回波位置对应较好,IC则分布在雷暴单体外侧回波强度≥15 dBZ的区域。0 ℃等温线以上的（最大）回波强度达到43 dBZ以上或者18 dBZ回波顶高超过7.5 km是湖北冷季高架雷暴是否发生雷电的重要预警因子。（4）地基微波辐射计温度、湿度廓线和探空曲线基本吻合,可以看到明显的冷垫、逆温层及西南急流。基于微波辐射计资料计算的不稳定指数变化特征对冷季高架雷暴的短临预报有重要的实际应用价值。当A指数、TT指数、K指数和T_850-500出现快变抖动时,伴随抖动加剧可以判断将会有雷暴天气发生,当波动曲线开始下降并变得平稳,表示雷暴减弱消亡;θ_{se 850}在雷暴出现后跃增并在320 K附近抖动,雷暴结束后下落到290 K的平稳状态;T_d850在雷暴活跃阶段近乎为0 ℃;T_850-500在雷暴发生前是一个缓慢下降的过程,雷暴结束后大气趋于稳定。      

基于大气层结和雷暴演变的闪电和降水关系

选取2006—2008年发生在北京及其周边地区的28次雷暴过程,基于大气不稳定度参数和雷达参量对雷暴过程进行分类,分析了不同分类条件下的总闪电活动 (SAFIR3000三维闪电定位系统观测) 和对流降水 (雷达反演) 的关系。结果表明:整体而言,总闪对应降水量的平均值为1.92×107 kg·fl-1。依据对流有效位能和抬升指数对雷暴进行分类的分析表明,较强的不稳定状态对应了较小的总闪对应降水量,同时总闪频次和对流降水量的相关性更好。基于雷达特征参数的分类分析表明,总闪对应降水量在对流运动较弱情况下最小,其次是对流运动较强的情况下,而对流运动适中时最大。     

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。     

基于高分辨率中尺度气象模式的实际雷暴过程的数值模拟试验

雷暴数值预报的实际应用离我们还有多远？本文对此进行了尝试, 即利用一个复杂的高分辨率中尺度气象模式驱动一个三维雷电模式, 在只采用常规气象观测资料的条件下, 对北京的一次实际雷暴过程进行模拟试验, 分析了雷暴云的宏观动力、 微物理过程及电结构的时空变化特征以及其可能的相互作用机制。结果表明: 利用高分辨中尺度模式预报出的三维气象场作为雷电模式的初始场, 完全可以不需添加虚假的扰动来触发雷暴云的发展, 高分辨中尺度模式的预报场本身所包含的水平非均匀、 垂直强非静力性及较强的对流不稳定信息足够促发雷暴云的剧烈发展; 用较为真实的三维气象场作为初始场模拟产生的电场分布特征与云微物理分布特征及环境气象要素的分布结构非常协调, 得到的雷暴云的电荷结构特征以及电结构随时间的演变特征更为复杂, 更真实的体现了实际雷暴云本身发展的复杂性, 同时, 模式能够模拟出合理的云闪及正负云地闪, 且模拟的闪电频数随时间发展演变趋势基本与观测实况基本吻合, 从而表现了对雷电天气潜在的预报能力。本次模拟的北京雷暴云在发展过程中, 水物质霰的最大质量比、 最大正电场强度及闪电频数随模拟时间的演变发展趋势非常相似。