雷暴云特征数据集及我国雷暴活动特征

基于FY-2E气象卫星相当黑体亮度温度（TBB）和云分类数据（CLC）及全球闪电探测网（WWLLN）闪电数据,通过对TBB不超过-32℃的云区进行椭圆拟合,定义1 h内上述云区或椭圆区域有WWLLN闪电发生的个例为雷暴云,获得雷暴云时间、位置、形态、结构、闪电活动等特征参量,构建雷暴云特征数据集,并基于该数据集初步分析了我国陆地和毗邻海域的雷暴活动特征。研究表明:我国华南、西南、青藏高原东、中部和南海雷暴最为活跃,华北和东北地区是北方雷暴活动较强的区域。雷暴活动时间变化海陆差异明显,陆地雷暴活动峰值出现在6—8月,南海雷暴活动一个峰值出现在5月左右,另一峰值出现在8月后,且纬度越低出现越晚。陆地大部分地区雷暴活动在14:00—20:00（北京时）达到峰值,毗邻海域雷暴活动峰值主要出现在早上。雷暴云TBB不超过-32℃面积符合对数正态分布,峰值区间位于1×103~1×104 km2,平均值为3.0×104 km2。南海雷暴云面积最大,陆地上大于雷暴云面积平均值1.2×105 km2的区域主要分布于我国地形的第一阶梯和柴达木盆地。     

浅谈雷暴与闪电的观测记录

浅谈雷暴与闪电的观测记录姜庆芝（兴安盟气象处）雷暴和闪电都是积雨云中，云间或云地之间产生的放电现象。雷暴出现时有时闪电兼雷暴，有时只闻雷声而不见闪电。雷暴与闪电的观测记录方法《规范》中己有明确规定，但从报表审核发现，在雷电多发季节，疑误记录时有发生，...     

北京地区的闪电时空分布特征及不同强度雷暴的贡献

利用北京闪电定位网(BLNET,Beijing Lightning Network)和SAFIR3000(Surveillance et Alerte Foudre par Interometrie Radioelectrique)定位网7年共423次雷暴的闪电资料,并按照雷暴产生闪电多少,同时参考雷达回波和雷暴持续时间,将雷暴划分为弱雷暴(≤1000次)、强雷暴(>1000次且≤10000次)和超强雷暴(>10000次),分析了北京地区的闪电时空分布特征及不同强度等级雷暴对闪电分布的贡献。北京总闪电密度最大值约为15.4 flashes km-2a(^-1),平均值约为1.9 flashes km^-2a(^-1),大于8 flashes km^-2a(^-1)的闪电密度高值区基本分布在海拔高度200 m等高线以下的平原地带。不同强度雷暴对总雷暴闪电总量贡献不同,弱雷暴(超强雷暴)次数多(少),产生的闪电少(多),超强雷暴和强雷暴产生的闪电分别占总雷暴闪电的37%和56%。不同强度雷暴对总雷暴的闪电密度高值中心分布和闪电日变化特征影响显著,昌平区东部、顺义区中东部和北京主城区是总雷暴闪电密度大于12 flashes km-2a(-1)的三个主要高值区中心,前两个高值中心受强雷暴影响大,而主城区高值中心主要受超强雷暴影响。总雷暴晚上频繁的闪电活动主要受超强雷暴和强雷暴影响,这两类雷暴晚上闪电活动活跃,分别占各自总闪电的69%和65%,而弱雷暴闪电活动白天陡增很快,对总雷暴午后的闪电活动影响大。另外,不同下垫面条件闪电日变化差异大,山区最强的闪电活动出现在白天,午后闪电活动增强很快,主峰值出现在北京时间18:00,而平原最强的闪电活动发生在晚上,平原(山麓)的主峰值比山区推迟了约1.5小时(1小时)。     

雷暴与闪电记录浅谈

雷暴与闪电同为积雨云云中、云间或云地之间产生的放电现象。闪电表现为放电时伴随的电光；雷暴则表现为闪电兼有雷声，有时亦可只闻雷声而不见闪电。在地面气象观测工作中，对于雷暴及闪电的记录方法，从国家气象局编制的《地面气象观测规范》到自治区气象局制定的《地面气象观测技术问题综合汇编》，都作了明确的技术规定。但在台站检查地面测报工作、抽查原始记录时发现．有为数不少的台站在记录雷暴和闪电时，出现两种错误的记法。第一种错误记法：雷暴停止之后，仍然存在的闪电天气现象没有照实记录；第二种错误记法：雷暴期间伴随的闪…     

大气环境层结对闪电活动影响的模拟研究

利用一个二维面对称雷暴云起电、放电模式,选取了北京地区3次雷暴过程的环境层结,计算并讨论了不同层结条件下雷暴中动力、微物理过程及其对起电、放电活动的影响。结果表明,上升速度和水汽条件是影响雷暴动力、微物理过程和闪电活动的最重要因子。上升速度的大小决定了雷暴发展到成熟的时间和雷暴的强弱,较强的上升气流有利于雷暴云在较短时间内达到较大的高度。而持续的上升气流和充足的水汽有利于雷暴的成熟期延长从而增强闪电活动。较强的上升速度和充足的水汽可以产生更多的对闪电起电、放电有直接影响的冰相物并能使其持续生成,从而形成较大的电荷浓度。较强的上升速度和不利的水汽条件也可以在某时形成较大的冰相物浓度,但冰相物难以持续生成。而较弱的上升速度和充足的水汽则容易形成暖云过程,对冰相物的生成也有不利影响。上升速度和水汽相互影响,又共同受到环境层结的支配。大气低层潮湿、中层湿度适中,较大的不稳定能量和一定量的对流抑制能量将有利于强闪电活动的发生。表现在大气不稳定参数的取值上,对流性稳定度指数的值小于-10℃(负值表示不稳定),对流有效位能值在1000 J/kg以上,对流抑制能量大于40 J/kg,700 hPa相当位温在340 K以上,700—400 hPa中层平均湿度在35%—85%,有利于强闪电活动的发生。     

闪电产生NOX机制及中国内陆闪电产生NOX量的估算

对闪电产生NOX的物理机制及化学过程进行了分析,并根据闪电物理及不同经纬度上观测到的闪电资料,对中国内陆地区闪电产生的NOX进行了估算.结果表明各纬度上每100km2内闪电产生NOX估算的年平均值(WLNOX)从南到北随纬度的增高而降低,在广东、陇东、北京和东北地区的最高值分别为6.41×106gN/100km2/yr、4.26×106gN/100km2/yr、3.65×106gN/100km2/yr和3.52×106gN/100km2/yr.闪电产生的NOX主要分布于35°N以南的地区,从陇东地区向南到广东地区的闪电产生的NOX占整个中国内陆的2/3以上.整个中国内陆地区闪电产生NOX的年平均估算值为 3.84×1011gN/yr.就广东地区而言,强雷暴的活动月闪电产生的NOX比弱雷暴活动月的大一个量级.在雷暴天气过程中闪电产生NOX浓度的峰值都无一例外地出现在雷暴云发展的成熟期,其直接原因主要是雷暴云成熟期的高闪电频数.     

2019年马六甲地区红色精灵观测及母体雷暴分析

红色精灵是一种发生于闪电放电活跃的雷暴云上空的中高层大气瞬态发光现象,它们通常由中尺度对流系统层状云降水区内的强地闪回击产生,是对流层和中间层之间的一种能量耦合过程。目前,有关中国南海及东南亚地区的红色精灵观测鲜有报道。为了进一步了解热带地区产生红色精灵事件的沿海性雷暴特征,于2019年利用低光度光学观测系统和低频磁场天线在马来西亚马六甲地区开展了地基观测。实验于11月9日、12月11日和12月15日三次在沿海雷暴上空共捕捉到7例红色精灵事件,其中包括4例圆柱型、2例胡萝卜型和1例舞蹈型。结合闪电定位、云顶亮温和低频磁场信号等同步数据,分析表明所有事件均由正极性地闪回击产生,且母体闪电回击位于雷暴对流区附近（云顶亮温≤ 210 K处）,这可能是该地区产生红色精灵的沿海性雷暴的共同特征。此外,红色精灵生成期并不是闪电活动最强期,而是发生于闪电频数短暂降低后,这表明红色精灵的发生可能是该地区成熟雷暴中对流减弱的一个信号。     

中低层水平风速对闪电和降水影响的数值模拟

利用三维雷暴云动力电耦合模式,对无风、弱风、中等强度风和较强风这四种不同中低层水平风速情况下雷暴的发展特征进行了敏感性试验。模拟结果表明,随着中低层水平风速增大,雷暴云内粒子生长受到抑制,云内起电过程将变得缓慢,起电区域发生转移,更长的起电时间使云内产生更大的电场、发生更剧烈的放电过程,但若风速过大,云内电场将被严重抑制而不发生放电,中等强度风最有利于闪电发生。中低层水平风速在一定范围内增长将使降水增多,但若风速过大,降水将减少。中低层水平风对闪电和降水影响明显,在对雷暴云闪电和降水的研究中应当综合考虑其对云内动力、微物理过程的影响。     

2019年马六甲地区红色精灵观测及母体雷暴分析

红色精灵是一种发生于闪电放电活跃的雷暴云上空的中高层大气瞬态发光现象, 它们通常由中尺度对流系统层状云降水区内的强地闪回击产生, 是对流层和中间层之间的一种能量耦合过程。目前, 有关中国南海及东南亚地区的红色精灵观测鲜有报道。为了进一步了解热带地区产生红色精灵事件的沿海性雷暴特征, 于2019年利用低光度光学观测系统和低频磁场天线在马来西亚马六甲地区开展了地基观测。实验于11月9日、12月11日和12月15日三次在沿海雷暴上空共捕捉到7例红色精灵事件, 其中包括4例圆柱型、2例胡萝卜型和1例舞蹈型。结合闪电定位、云顶亮温和低频磁场信号等同步数据, 分析表明所有事件均由正极性地闪回击产生, 且母体闪电回击位于雷暴对流区附近(云顶亮温≤210 K处), 这可能是该地区产生红色精灵的沿海性雷暴的共同特征。此外, 红色精灵生成期并不是闪电活动最强期, 而是发生于闪电频数短暂降低后, 这表明红色精灵的发生可能是该地区成熟雷暴中对流减弱的一个信号。      

冰雹云的闪电频数特征及其在防雹中的应用

本文总结了1976—1979年在甘肃平凉地区用双通道闪电计数器所观测的冰雹云闪电频数的特征。观测表明雷暴云的闪电频数与降水物有关:冰雹云的闪电频数远大于雷雨云;用5分钟累计的闪电数等于、大于100次这样一个简易指标可以识别测站40公里范围内有无冰雹云,其成功率为80％以上,漏报和空报率平均在10％左右。文中还将闪电频数随时间的演变与雷达强回波(36dbz)顶高随时间的演变进行了对比,发现二者有明显的正相关;雷达识别冰雹云指标和闪电计数器识别冰雹云指标在时间上也基本是一致的。这说明闪电活动程度在一定条件下可以代表雷暴云的强度,云合并时云体迅速发展、闪电数猛增也说明了这一点。此外,文中还对冰雹云闪电频数高的原因进行了初步讨论,並指出了闪电计数器观测中应注意的一些问题。     

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。     

雷暴云电场的初步研究

本文介绍了利用电场仪、闪电计数器以及雷达对雷暴云地面电场进行观测的结果。甘肃平凉地区雷暴云电荷分布一般为上正下负,云底附近有一小正电荷区。上层正电荷区可向上延伸,而下层负电荷区水平尺度可达数个公里,云底小正电荷区也可扩展10公里以上。 降水区地面呈现正电场。雷暴云闪电电矩变化可在40—300库伦公里间,平均值为120库伦公里,随着云体的发展,也就是说,随着雷达强回波高度的增高,大于180库伦公里的闪电增多。闪电后电场初始恢复速率平均为1/7/秒。 对于雷暴云电场特征的可能机制也作了初步讨论。     

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。      

液态水含量和冰晶浓度对闪电频数影响的数值模拟研究

假定在软雹和冰晶碰撞的非感应起电机制为主要的起电机制成立的条件下，数值模拟研究了国际上公认的Fletcher和H—M冰晶产生机制以及云中的液态水含量对雷暴云放电过程（区分了云闪和地闪）的影响。结果表明，随着气压和温度的变化，在两种冰晶产生机制假定下，冰晶浓度分布有很大差异，这直接导致了雷暴云内电活动的差异。液态水含量的增加将使得首次放电时间延迟，同时将引起放电位置的下降和闪电频数的减少。     

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。     

S波段双偏振多普勒天气雷达对一次局地强雷暴过程的探测分析

为提高双偏振天气雷达雷暴监测预警能力,探究雷暴活动过程雷达偏振信息特征及雷暴内部微物理过程,利用S波段双偏振多普勒天气雷达,结合地面大气电场仪和闪电定位系统资料对2015年8月31日发生在南京地区一次局地强雷暴过程进行了分析。主要利用体扫数据获得雷暴单体内部垂直剖面(Vertical Cross Section,VCS),同时结合模糊逻辑算法进行粒子类型识别,得到多个偏振参量和雷暴云内部粒子类型的垂直分布情况,进一步分析得到各偏振参量和粒子分布随闪电活动的演变规律。结果表明:在-15℃高度层以上冰晶区域出现K_(DP)的负值区与闪电活动具有很好的相关性;雷暴云中霰粒子的分布变化同闪电活动演变同步很好,在一定高度霰粒子的出现可以用来对雷暴进行预警;雷暴云中低层存在强烈的辐合上升区,利于霰和冰晶碰撞非感应起电和闪电的发生。     

雷暴云宏观特性对其电过程影响的数值模拟研究

利用一维雷暴云起电放电模式,初步模拟了STEPS(夏季雷暴降水与闪电研究计划)一次雷暴个例的一些基本电学特性。模拟的电荷结构为:雷暴云上部为正电荷,下部为负电荷,即符合典型雷暴云的偶极性电场分布特征,放电层电场随时间变化规律呈锯齿状分布。在此基础上,对云底高度和温度垂直递减率进行了敏感性试验,研究这两种因子对雷暴电过程的影响。结果表明:当云底高度降低时,放电高度升高,闪电频数增加,首次放电时间随之提前,即放电过程变强。温度垂直递减率增大,闪电频数降低,首次放电时间随之延后,正负电荷的分布范围减小。     

雷暴闪电放电活动对电离层影响的研究进展

雷暴中的闪电放电能够产生强静电场以及电磁辐射场,从而对空间电离层产生重要影响,引起电离层电子密度分布的扰动。研究表明:闪电放电引起电离层扰动的方式有两种:直接耦合和间接耦合。其中,直接耦合主要来自于闪电产生的准静电场及电磁场的作用,在甚低频 (VLF) 反射信号上表现出快VLF事件, 而间接耦合主要是闪电低频电磁波在传播过程中与磁层相互作用,在辐射带产生闪电诱导电子沉降 (LEP) 现象。雷暴闪电活动能够改变电离层从D层到F层的电子密度分布,影响对流层大气和电离层之间的场,导致中高层瞬态放电淘气精灵 (elves) 及红闪 (sprite) 等现象的激发。闪电VLF传输反射信号可用于反演电离层密度的变化,目前已成为一种探测电离层扰动的常用方法,而引起电离层扰动的强度不但和闪电放电参量密切相关,也和闪电放电过程、类型有关。该文重点阐述了闪电放电与电离层直接耦合和间接耦合作用以及导致的相关现象。     

冀南地区一次强雷暴过程分析

利用MTSAT卫星云图、雷达回波、常规天气资料和闪电资料,对2007年7月18日邯郸地区强雷暴天气过程进行了综合分析,结果表明:雷暴云的发展与水汽通量、不稳定区有较好的对应关系.雷暴初始阶段,地闪以负闪为主,正闪较少;随云系发展,闪电密度增大;云系发展成熟阶段,正闪密度变化不大,负闪密度明显减小.雷暴云回波强度＞36 dBz,就有闪电发生,且强回波区与闪电区一致.     

山西省闪电活动时空特征及其与地形的相关性分析

利用山西省2008—2011年的ADTD闪电定位数据,对省内闪电活动时空特征及其与地形的相关性进行了分析。结果表明:不同年份的闪电活动区域差别明显。2008年和2011年省内闪电活跃系数>0.8,闪电活动频繁。山西省中、东部地区闪电最为活跃,最大闪电密度超过4.5次/(km2·年)。负地闪频数明显高于正地闪,但后者平均强度更大。雷暴的产生需要局地加热过程,所以闪电月集中分布在对流旺盛的夏季,日变化峰值集中在午后。受地形抬升机制的影响,在数值上闪电密度与海拔呈现明显的正向线性关系,相关系数达0.9。在空间中闪电活跃区域与海拔变化剧烈的地方一致。因此,闪电活动与海拔高度的相关性实质是海拔梯度对雷暴发展提供抬升动力的体现。