闪电发生的环境场特征及闪电活动的预报

利用2006—2015年6—8月章丘探空站逐日探空资料,计算了K指数、抬升指数、对流稳定度指数等6个环境参数,探讨了单个环境参数和多个环境参数组合与闪电活动的关系。结果表明：1）单个环境参数在一定数值范围内可作为闪电活动预报的指标,且较强的闪电活动更容易由大气的不稳定状态来预报;2）多个环境参数的组合可在一定程度上反映闪电活动的特征,闪电出现的概率随着达到大气不稳定临界值物理量参数个数的增多而增大,预报效果比单个参数更好;3）应用事件概率回归方法建立了闪电概率潜势预报方程,方程通过了α=0.01的显著性水平检验,通过检验和评估,闪电概率预报的TS评分达到78%,该方法的建立为闪电潜势预报提供了参考依据。     

北京地区闪电活动结束特征及预报试验

基于雷达资料,SAFIR3000资料分析了北京地区10次雷暴个例。讨论了闪电活动结束与40 dBz回波顶高以及超过30 dBz的回波体积之间的关系。两个因子结合使用的预报试验结果表明,仅漏报1次,虚警1次,准确率80%,闪电活动在30 min内结束,即可较好地指示北京地区雷暴闪电活动结束。      

北京地区雷暴的雷达回波特征与闪电活动的相关关系

基于雷达资料以及SFAIR 3000闪电定位资料分析了北京地区14次雷暴过程,研究了闪电活动与雷暴的雷达回波反射率体积的相关性。结果表明：反射率体积与总闪频次有着较好的相关性,其中-15℃层以上超过30 dBz的反射率体积与总闪频次的相关系数为0.89,其指数拟合优度为0.83。北京地区雷暴的单个闪电表征回波体积（VPF）在闪电活动开始时期有较高的水平,但在闪电活动结束时期较小。VPF还可作为闪电活动消亡的指示因子。     

安徽闪电分布特征和不稳定条件分析

利用安徽2008—2011年LD-Ⅱ型闪电定位系统资料,以统计方法分析安徽闪电分布特征,发现安徽闪电的发生较为集中在7—8月,闪电极性以负闪为主(约占总闪的93%以上),同时存在南北差异。南部的闪电数和平均电流强度比北部大,但北部正闪比例略高于南部。进一步结合2008—2011年阜阳、安庆两站探空资料,选取了抬升指数、对流有效位能、700~400 hPa平均相对湿度、700 hPa假相当位温、850~500 hPa温差、沙氏指数与K指数7个大气不稳定参数,以两站为中心的0.5个纬距范围内,分析了探空放球时间后6 h内,大气不稳定参数与闪电活动的关系,确定了闪电活动的不稳定参数阀值,为闪电活动预报奠定基础。     

江苏省雷电活动潜势预报研究

利用江苏省3年的闪电资料和探空资料,首先分析了南京地区12个对流参数与闪电活动的关系,然后筛选出相关性较好的10个参数,运用熵值法、复相关系数法和组合权重法计算出这10个参数在闪电潜势预报概率方程中的权重,并分别用试验资料和独立资料对方程进行预报检验,得到了较高的预报评分。最后随机选取了江苏及周边地区连续两天的探空资料和地闪资料,用插值法生成了江苏地区未来12小时闪电潜势预报概率图,并与相应时段的闪电分布图进行了对比,研究发现预报效果显著,说明多参数复合加权得出的闪电潜势预报方程对未来12小时的闪电活动潜势预报有重要的现实意义。      

闪电气象学研究进展

闪电气象学是随着现代闪电探测和定位技术的发展与应用而不断发展起来的一个学科,也是大气电学和气象学的重要交叉学科分支。综述了近年来中国在闪电气象学方面的发展和研究进展,主要从5个方面进行阐述和回顾：在闪电气象学研究中发挥了重要作用的现代闪电探测和定位技术,不同类型强对流天气系统的闪电活动特征,闪电活动与雷暴的动力、微物理结构的关系,雷暴电荷结构探测和数值模拟,以及闪电资料同化方法及其在强对流天气中的预警预报作用和闪电的预报等,并指出了中国闪电气象学今后的努力方向。     

兰州和杭州地区闪电活动与大气不稳定参数关系的对比

利用甘肃中部地区和浙江地区的闪电定位资料,研究了闪电活动的时间和空间分布特征;并结合地面和探空资料,分析了兰州和杭州附近地区在有闪电活动时闪频数与大气不稳定参数的关系。结果表明,2地区的地面相对湿度、沙氏指数、对流有效位能和对流抑制能量与其地闪频数具有较好的相关性,杭州地区地闪频数与对流抑制能量的相关性较大,而兰州地区地面相对湿度对闪电活动的影响更为明显。     

呼和浩特地区闪电活动与海拔高度相关性分析

文章利用2013—2017年呼和浩特地区闪电定位资料和90mDEM资料采用ArcGIS空间分析法、相关性分析法、数理统计等方法,分析了呼和浩特地区闪电活动与海拔高度之间的相关性,结果表明:呼和浩特地区以负闪电活动为主,闪电活动与海拔高度有一定的相关性,正闪电频次、负闪电频次与海拔高度呈负相关性,正闪电雷电流强度平均值与海拔高度呈负相关性,负闪电雷电流强度平均值与海拔高度没有相关性。本文分析结果为今后防雷减灾工作提供一定的技术支撑、为区域性雷电灾害风险区划提供有针对性的理论参考。     

南京地区闪电定位资料与探空资料的应用分析

利用江苏省闪电定位系统的观测资料,结合南京探空资料,分析了以南京探空站为中心的1°×1°的经纬度范围内,在两次探空放球时间段内所发生的闪电情况.分析表明,沙氏指数、700 hPa与1000 hPa假相当位温θse差、500 hPa与700 hPa假相当位温θse差、1000 hPa温度、500 hPa温度对南京地区闪电活动的实时预警有比较明显的作用,并定义了闪电概率指数,可用于预报0～30 min内闪电的发生概率.本研究对南京地区雷电实时监测与预警有参考价值.     

云南闪电活动的时空分布特征

利用1998-2013年TRMM卫星上携带的闪电探测仪(LIS)监测的闪电资料以及云南6个气象站降水观测资料,分析云南闪电活动的时空分布特征及其与降水量的关系。结果表明:(1)云南地区平均闪电密度为4.7 fl·km^-2·a^-1,闪电密度分布与地形密切相关,自西北向东南呈"V"字型带状增大,滇南的西双版纳、普洱东南部和中越边境的闪电活动最为活跃,最高值为30.6 fl·km^-2·a^-1。(2)闪电活动具有明显的季节变化和日变化。春、夏季闪电活动明显多于秋、冬季,其中春季闪电活动主要发生在滇南,而夏季则在滇东。滇北闪电活动的月分布呈单峰型,峰值在7月或8月,且闪电密度与降水量有较好的相关性,而滇西、滇南和滇东南则呈双峰型,峰值在4月,次峰值在7月或8月,闪电密度与降水量的相关性较差。云南大部地区闪电易发生在当地时间16:00-20:00,而密度高值区的闪电活动多发生在夜间。(3)云南闪电活动明显受地形和海拔高度影响,且与季风密切相关。     

雷电研究的回顾和进展

该文从雷电定位技术的研发、北京地区闪电特征和时空分布、闪电活动与强对流天气过程、雷电预警预报研究、雷电物理过程研究和雷暴起电放电数值模式研究6个方面综述了雷电研究的一些结果和近期的研究进展。通过对雷电多方面的研究, 对雷电放电特征有了较系统地了解, 特别是对北京地区的雷电时空分布特征有了较清晰地认识; 在雷电预警预报技术和方法、雷电物理过程等方面也取得了一些重要进展。但由于雷电发生的时空随机性和瞬时性, 对闪电放电物理过程的观测试验和理论研究十分困难, 目前对我国闪电活动规律的认识也仍然不够全面。因此需要对雷暴内动力、微物理和起电放电过程及它们之间的相关性开展深入和长期的基础研究, 加深对雷电发生发展特征的认识和理解, 这将为雷电预警预报以及雷电监测资料在强对流天气过程的监测预警中发挥更重要的作用提供理论基础; 而在雷电激发和传输研究的基础上, 开展地闪连接过程和不同频段雷电电磁辐射对电子设备的破坏效应等雷电成灾机理研究, 将为雷电防护技术的提高提供科技支撑。     

四川地区对流参数与雷电活动的相关关系

本文利用2013年和2014年7～8月NCEP1°×1°再分析数据和四川省雷电监测网观测资料,统计分析了雷电活动发生前最佳近地表四层(1000hPa、975hPa、950hPa和925hPa)等压面抬升指数、对流有效位能、K指数和850hPa假相当位温与雷电活动的相关关系。通过此次研究发现,对流参数在有雷电过程和无雷电过程中有明显差异,并且发现这四个对流参数和四川省雷电活动有较好的相关关系。通过此次研究得到了四川地区雷电活动对流参数预报指标,对已有雷电潜势预报有一定的参考价值。      

飑线系统中的闪电活动与雷达回波特征的相关性研究

基于北京宽频带闪电网（Beijing Broadband Lightning Network,简称BLNet）获得的全闪三维定位和多普勒天气雷达等资料,详细分析了2015～2017年北京暖季7次强飑线过程的闪电活动与雷达回波强度之间的关系。结果表明,闪电主要发生于前部线状对流云区内且集中分布在30 dBZ以上的强回波区域,少部分的闪电分布在后部的层状云区域内。从闪电辐射源三维分布结构可以发现,闪电活动大部分处在6～11 km的高度范围。将能够同时反映强回波深度和面积的0～?30°C温度区域内大于30 dBZ雷达回波体积（V_30dBZ）作为强回波指标,并与闪电活动进行统计分析发现,整体上在7次飑线过程中,总闪频数和V_30dBZ存在较好的相关性,其中5次过程的闪电频数峰值同时或提前于V_30dBZ的峰值出现,二者的时滞相关系数超过0.61,提前时间为0～96 min。另外两次过程中闪电峰值落后于V_30dBZ峰值,落后时间分别为30 min和60 min。研究结果不仅对认识闪电与对流活动的关系有重要的科学意义,也可为闪电资料在数值模式中的同化应用提供科学依据。     

地基微波辐射计观测资料在一次雷电潜势预报中的应用分析

在利用对流参数建立湖北省雷电潜势预报的基础上,重点研究地基微波辐射计资料在改进雷电潜势预报中的应用价值,继而修正对流参数及其阈值区间,由此建立一种可通过后续参数订正实现的雷电短期潜势预报方法。首先对2013年4月29日一次西南涡东移造成的雷电过程中地基微波辐射计资料的可靠性进行了分析,继而通过比较基于单一数值模式和微波辐射计资料计算的不稳定参数与雷电活动的相关性后发现,85%以上的雷电样本活跃在K指数≥33 ℃、T_850-500≥23 ℃、A指数≥10 ℃和ΔT_d850≤3 ℃等指数范围内,而微波辐射计资料计算的6个不稳定指数显示,与雷电密集区对应的指数中,和雷电相关性较高的K指数、T_850-500、A指数分别为35 ℃、25 ℃和12 ℃,使用两种阈值分别对雷电潜势预报方程中的预报因子进行0,1化。个例检验效果表明地基微波辐射计在改进雷电潜势预报落区和概率方面有一定参考作用。      

基于探空资料的绵阳机场雷暴潜势预报方法

本文利用绵阳机场2010～2014年逐时气象观测资料、温江站探空资料与绵阳市闪电定位仪资料,通过探空资料计算各对流参数与雷暴发生的相关系数,筛选相关系数高的对流参数作为预报因子,并探讨各预报因子的物理意义。分别用事件概率回归(REEP)、Fisher判别分析以及指标叠加三种方法制作雷暴潜势预报,其中指标叠加法CSI评分最高,并且可以通过累加值N的大小来确定雷暴发生概率。用指标叠加法试报机场2015年6～8月雷暴,临界成功指数CSI=52.9%,击中率POD=81.8%,利用该方法对绵阳机场周边(市辖区范围)航路上的雷暴也有较好的预报能力。      

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。     

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.