2007-2019年湖北省地闪分布特征及雷电强度等级划分

根据2007—2019年地闪监测资料,采用数理统计方法,分析湖北省闪电活动时空分布特征,融合地闪密度和雷电流强度,提出雷电强度的概念,并完成湖北省雷电强度等级划分。结果表明：湖北省以负极性闪电为主,占94.7%,平均正地闪强度为50.2 kA、负闪36.0 kA、总闪37.0 kA。闪电活动主要集中在全年的3—9月、全天的14—20时,闪电活动较弱的月份、时段发生正地闪的比例较高。正地闪强度月变化大致呈“V”型,总闪电和负地闪强度逐月波动变化。雷电流强度日变化主要呈单峰单谷型,正地闪强度09时最大,15时最小,总闪电和负地闪13—14时雷电流强度最小,05时最大。地闪密度和雷电流强度存在地域性差异,整体呈东高西低分布特征。湖北省雷电强度可划分为高、中、低3个等级,高值区主要位于湖北东部的大别山、幕阜山与江汉平原交汇地带以及湖北西部山区向江汉平原的过渡地带;湖北西南、湖北西北以及湖北个别边缘区域雷电强度等级较低;中值区主要分布在湖北中部平原一带。     

河南省雷电活动时空分布特征

利用河南省气象部门提供的ADTD雷电探测系统2006-2010年的闪电资料,分析了河南地区云地闪电的月变化、日变化及闪电密度和闪电强度时空分布特征.结果表明:河南省云地闪中负闪占绝大多数,占总闪电的96.54％,但正闪平均强度比负闪大.闪电密度大的地区集中在山区和平原过渡区及河网密集、水域分布较广的地区.地闪主要出现在夏季,占全年的91.50％;气温较高的季节里,正闪占闪电总数百分率较低,反之较高.闪电的发生有明显的日变化,集中在13-24时,最大值出现在17时.正、负闪电的强度主要集中在10～60 kA,大于100 kA的闪电主要分布于豫西、豫南和豫东部分地区,且闪电强度较大的地区,闪电密度较小.     

黑龙江闪电定位资料分析

利用2005～2006年黑龙江省闪电定位网获取的闪电定位资料,从闪电的日变化、密度、分布、极性等方面研究了黑龙江地区的雷电分布特征。结果表明:地闪中负闪占绝大多数;闪电的发生有明显的日变化;闪电的空间分布不均匀;哈尔滨、伊春、鹤岗等城市的市区应该加强人工防雷工作。     

北京地区闪电特征初探

对信息产业部第22所研制的XDD03A雷电探测系统获取的2000～2003年北京地区云-地闪电资料进行了闪电的日变化、月变化、闪电的强度、闪电密度、极性等方面的分析,研究了北京地区的闪电分布特征。结果表明：云地闪中负闪占大多数;正闪的平均强度大于负闪;闪电的发生有明显的日变化,呈双锋双谷形式;最多闪电日数出现在7月和8月,几乎每天都出现闪电,而闪电次数最多则出现于8月份。北京地区闪电分布主要集中于4个区域,闪电的空间分布与地形及下垫面的性质有关。     

兰州周边地闪分布特征

利用2000年和2002年设在兰州的闪电定位仪资料,分析了兰州周边地区地闪的日频次变化、强度谱分布和累计百分数、日均月变化、闪电密度、极性等特征,并与山东地区的分布做了比较。结果表明,兰州周边地区的云—地闪电中负闪占绝大多数,正闪的平均强度大于负闪,正负闪的比值在午后至次日凌晨大于其均值;总地闪和负闪的日变化呈典型的双峰变化,正闪的双峰特征不明显;兰州西南偏南的渭源和陇西县是闪电频发的中心地带,闪电空间分布中心与冰雹发生源地和影响区对应一致;闪电多发区与地形和气候背景有很大关系。     

湖北黄冈地区2006～2011年闪电时空分布特征分析

利用湖北省2006—2011年13个ADTD站的闪电定位资料,对黄冈地区的闪电频次、电流强度与极性等方面的时空分布特征进行分析。结果表明,黄冈地区以负闪电为主,负闪电占总闪数的97.4%,平均闪电强度为37.59 kA;正闪电仅占总数的2.6%,平均闪电强度47.36 kA。正、负闪电的发生频次有明显的日变化和季节变化特征。闪电频次的日变化呈双峰值型,高峰值出现在16时与19时。季节变化呈明显单峰值特征,4—9月闪电次数占总闪数的94.6%,其中6—8月占83.6%。闪电高密度区主要集中于黄冈中部的黄州、团风、浠水及罗田南部地区,密度值普遍在80次(/25 km2.a)以上。雷电流强度值主要集中在10～60 kV之间,占总次数的89.1%。     

庆阳市闪电活动与雷电灾害特征分析

选用庆阳市8县区2014—2019年的闪电监测资料与雷电灾害统计资料,利用MATLAB软件,采用数理统计等方法对庆阳市近6年闪电活动与雷电灾害特征进行分析。结果表明:庆阳市年负地闪频次高于正地闪,而正地闪强度高于负地闪。东南部地区闪电频次高于西北地区,中部和西北部闪电强度较大,最大闪电强度为东南角,庆阳市边界地区闪电强度相对较小。闪电活动主要集中在每年的4—8月,其中7月闪电频次最多。负地闪频次与总闪电频次的日变化特征一致,均为单峰单谷型,16时最多,10时最少;正地闪频次的日变化相对平缓。各时刻正地闪的强度均高于负地闪,但两者呈反相变化。雷电灾害主要出现在每年的6—10月,其中以6月发生雷电灾害最多,7月次之。2016年雷电灾害最多,达47次,且由此造成的直接经济损失尤其是农业损失最为惨重。庆阳市大部分地区的雷电灾害的风险等级较低,东部风险等级高于西部,南部高于北部;雷电灾害风险等级高的地区闪电活动频次及强度远高于等级低的地区,正地闪强度高于负地闪。雷电灾害多数由负地闪造成,较重的雷电灾害事故为正地闪引起。     

天津地区雷电流幅值及累积概率分布特征

为研究天津地区雷电流幅值特征,选取2008—2018年ADTD闪电定位数据,研究分析了雷电流幅值时间分布特征和累积概率分布特征。结果表明:天津地区11 a间共计发生闪电106474次,负闪占比89.26%,远高于正闪;雷电流幅值主要集中在2—100 kA,占闪电总数的97.76%,160—200 kA范围内的闪电次数较少,平均正闪电流强度明显大于负闪电流强度;雷电流强度季节特征较为显著,正闪雷电流强度呈双峰分布,负闪雷电流强度分布较为平均,春季正闪活动频繁,秋季次之,夏季负闪频发,冬季雷电活动发生较少,以正闪居多;雷电流高于25 kA时,正闪电流幅值累积概率显著高于负闪,低于25 kA时,负闪电流幅值累积概率高于正闪。负闪电流幅值的累积概率分布与总闪更为接近,与正闪分布差异显著,闪电总数电流累计概率分布主要受负闪影响。通过对比分析发现IEEE工作组(电气与电子工程师协会)推荐的累积概率分布函数更适合于天津地区,特别是雷电流幅值在25—55 kA范围内时,累积概率与推荐公式基本相同。将天津地区雷电流幅值累积概率公式尝试应用于雷电灾害风险评估中,可为精准确定雷电灾害风险评估参数P_(B)取值,精确计算雷击建筑物损失风险提供参考。     

安徽省皖南山区地闪特征对比分析

利用2011—2013年安徽省ADTD闪电定位系统资料,对皖南山区地闪的发生频次、强度、时间及空间等分布特征进行了分析,并与安徽省的地闪分布特征进行了对比。结果表明:皖南山区地闪发生频次占安徽全省地闪发生频次的28.2%,皖南山区地闪的平均密度为3.21(次/km~2)·a~(-1),明显高于安徽全省地闪的平均密度2.51(次/km~2)·a~(-1)。安徽全省和皖南山区地闪的主要类型为负地闪,6—9月为皖南山区地闪活动频繁期,此时段的地闪发生频次约占全年地闪发生频次的90.8%。皖南山区地闪活动主要集中出现在午后至傍晚,14—17时为雷电活动最频繁时段,与安徽全省闪电日变化特征基本相同。皖南山区地闪电流强度主要集中在10—50kA,在雷电流强度高值区,正地闪比例略增加,皖南山区正地闪平均强度为45kA,负地闪平均强度为36kA,均略低于安徽全省的平均值。     

2007年山东地区闪电活动特征分析

利用2007年LD—Ⅱ型闪电定位系统所取得的地闪资料,统计分析了山东地区闪电活动特征。结果表明：地闪中负地闪占绝大多数,春、秋季正地闪比例高,夏季正地闪比例低;闪电的季节性分布特征明显,主要出现在夏季的7,8月份;闪电活动日变化总体呈准双峰形式;平均强度约为11．48kA,正闪的平均强度为25．62kA,是负闪平均强度的2．26倍;闪电活动的总体分布特征为南多北少、东多西少,山东地区平均闪电密度为2．73次·km^-1·a^-1。     

２００６—２００９年江苏省地闪特征分析及应用

根据2006-2009年江苏省气象部门闪电定位系统资料,对江苏省地闪的总体特征、雷电流强度和地闪的时空分布特征进行了分析,并利用江苏13市雷暴日观测记录,统计了各市地闪密度公式.结果表明,江苏省以负地闪为主,正地闪的平均雷电流强度大干负地闪;地闪随时间变化明显,空间分布和地形密切相关,地闪密集区域应相应加强防雷工作;装设接闪器的建筑物也有遭受雷击的可能,江苏97.75%的地闪的雷电流强度都集中在100 kA以下;各市使用本地化的地闪密度计算公式比IEC公式计算得出的结果更符合实际.     

成都地区地闪时空特征分析

利用XDD03A型闪电定位仪所取得的3年资料,初步研究了成都周边地区地闪特征。地闪中正地闪占绝大多数,其平均强度为6045 A,略高于负地闪的5974 A。地闪强度基本集中在12000 A以下。地闪活动具有明显的日变化,总体呈单峰单谷形式,地闪频次在60以上的峰值时段是18:00~24:00和01:00,频次在10以下的谷值时段是10:00~13:00,夜间闪电活动明显大于日间。正地闪频次日变化趋势和总地闪相同,负地闪频次日变化趋势除一些小波动外,和正地闪、总地闪相同。正负地闪频次的月变化趋势相同,6、7、8月闪电数较多,4、5、9、10月闪电数较少。通过统计分析,发现各月地闪频次和对应的各月降水量有较好的相关性。成都周边地区地闪活动密集,6、7、8月的地闪密度大大超过4、5、9、10月。     

2007年浙江地区梅雨期闪电特征的分析

基于浙江省闪电探测网获取的地闪资料,从闪电的空间分布、日变化、强度等方面分析了2007年浙江地区梅雨期的闪电分布特征.结果表明,浙江地区梅雨期闪电的空间分布与地形有关;云地闪中负闪约占97%;地闪具有明显的日变化,总体呈单峰单谷形式;地闪的强度与频数存在反位相的关系.另外,本文对闪电与降水的关系进行初步分析,发现2007年浙江地区梅雨期降水与正地闪具有较好的相关性,得到午后累计降雨量与对应时段内正地闪频数的回归方程P=8.8016R+491.54,相关系数r为0.3.     

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%。      

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。     

基于VLF/LF三维闪电监测定位系统的北京闪电特征分析

利用北京地区VLF/LF三维闪电监测定位系统的2015年1月—2016年12月的数据资料,分析北京地区总闪、云闪和地闪的时空分布和电流强度特征。结果表明:（1）北京地区闪电主要发生在6—9月,峰值出现在7月;一天中闪电高发时段在15时—次日02时,总闪频数的日变化存在3个峰值,分别出现在15、20时和次日02时。（2）北京地区总闪密度高值区主要集中在两个区域:①门头沟区中南部至昌平区中西部山前一带;②密云、顺义和平谷三区交界的山前一带。云闪和地闪密度的大值区也基本出现在这两个区域。（3）云闪高度主要集中在9 km以下,且3~6 km的云闪频数最多;云闪高度约在15 km以下时,平均雷电流强度随云闪高度的增大而增大,而超过15 km的平均雷电流强度随云闪高度增大而减小。（4）闪电雷电流强度主要集中在5~50 kA,雷电流强度大于100 kA的闪电很少发生;闪电频数高的时段平均雷电流强度较小,闪电频数低的时段平均雷电流强度较大。      

山东地区冰雹云的闪电活动特征

利用山东电力部门提供的雷电定位资料,对10次冰雹过程的地闪活动特征进行了分析。通过分析发现,雹暴中正地闪占总地闪的比例平均为57.39％,远高于当地正地闪比例的气候特征值13.48％。地面降雹区基本出现在正地闪密集（活跃）区或邻近区域。在雹云快速发展阶段,地闪频数存在明显的“跃增”;在减弱消散阶段,地闪频数显著减少,但正地闪比例有所提高。负地闪频数峰值的出现通常提前于降雹0～20 min,正地闪频数峰值的出现一般滞后于降雹发生时间。整个降雹阶段对应于正地闪的活跃阶段。另外,结合对卫星观测的总闪电资料分析,发现冰雹云的云闪与地闪的比值远高于一般的雷雨过程,其云闪密度也远高于雷雨过程。以上这些特征对于冰雹的识别和对冰雹的超短时预报具有指示意义。     

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 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.