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。      

中国东北地区红色精灵的母体雷暴分析

红色精灵是发生在雷暴云上空的一种瞬态发光事件（Transient Luminous Events,TLEs）,它们由地闪回击或与连续电流共同作用产生,这表明了对流层和低电离层之间的直接耦合关系。中国大陆的红色精灵观测研究主要在华北地区开展,为了进一步研究中国中高纬度地区的红色精灵现象,并揭示其与母体雷暴之间的相关性,故2017年夏季在吉林辽源开展了观测实验。本文介绍了利用低光度相机在东北地区捕捉到的26例红色精灵事件,并结合闪电定位、天气雷达等同步观测数据,对红色精灵及其母体雷暴特征进行了分析。结果表明,在26例红色精灵事件中,有17次（约2/3）产生于一次尺度较大的中尺度对流系统（Mesoscale Convective System,MCS）,其余（约1/3）的红色精灵事件分别由三次尺度相对较小的中尺度对流系统诱发产生。红色精灵母体闪电均位于对流核心边缘区域,中尺度对流系统对流区后无大面积层状云降水区。此外,吉林辽源及安徽合肥同步记录的电磁场脉冲信号表明上述红色精灵事件均由正地闪回击产生。     

北美地区一次冬季中尺度对流系统上空红色精灵现象的空间观测及其母体雷暴分析

红色精灵是发生在雷暴云上空的一种大尺度瞬态放电发光现象,它们通常出现在地面上空40～90 km之间,是由地闪回击和随后可能存在的连续电流产生的。目前,由于综合同步观测资料较少,与夏季红色精灵相比,全世界对冬季红色精灵的研究屈指可数。2008年12月27～28日,受高空槽及低层暖湿气流的影响,北美阿肯色州地区爆发了一次冬季雷暴天气过程,搭载于FORMOSAT-2卫星上的ISUAL（Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightning）探测器有幸在这次雷暴上空记录到了两例红色精灵事件。本文利用ISUAL获取的红色精灵观测资料、多普勒天气雷达资料、美国国家闪电定位资料、超低频磁场数据、美国国家环境中心/气候预测中心提供的云顶亮温和探空数据等综合观测数据,对产生红色精灵的这次冬季雷暴特征和相关闪电活动规律进行了详细研究。结果表明,在两例红色精灵中,ISUAL均未观测到伴随的“光晕（halo）”现象,第一例为“圆柱状”红色精灵,第二例红色精灵由于发光较暗,无法判断其具体形态。产生红色精灵的母体雷暴是一次中尺度对流系统,该系统于27日15:00（协调世界时,下同）左右出现在阿肯色州北部附近,并自西向东移动。23:59系统发展到最强,最大雷达反射率因子（55～60 dBZ）的面积达到339 km2,之后开始减弱。03:03雷暴强度有所增加,随后云体便逐渐扩散,雷暴开始减弱,并在11:00完全消散。两例红色精灵发生分别在04:46:05和04:47:14,此时雷暴处于消散阶段,正负地闪频数均处于一个较低水平且正地闪比例显著增加,并且多位于云顶亮温?40°C～?50°C的层状云区上空。红色精灵的出现伴随着30～35 dBZ回波面积的增加。在红色精灵发生期间,雷达反射率大于40 dBZ的面积减少,10～40 dBZ的面积增加,表明红色精灵的产生与雷暴对流的减弱和层状云区的发展有关,这与已有的夏季红色精灵的研究结果类似。红色精灵的母体闪电为正地闪单回击,位于中尺度对流系统雷达反射率为25～35 dBZ的层状云降水区,对应的雷达回波顶高分别为2.5 km和5 km,峰值电流分别为+183 kA和+45 kA。根据超低频磁场数据估算两个母体闪电的脉冲电荷矩变化（iCMC）分别为+394 C km和+117 C km。超低频磁天线记录到了第一例红色精灵内部的电流信号,表明这例红色精灵放电很强。     

ISUAL探测器在青藏高原南麓地区对于红色精灵现象的观测分析

本文利用福卫二号卫星（FORMOSAT-2）搭载的高空大气闪电影像仪（Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightnings, ISUAL）于2004～2015年期间获得的数据，分析了青藏高原南麓地区（22°～30°N, 86°～98°E）观测到的多例红色精灵事件。通过与全球闪电定位网（World Wide Lightning Location Network，WWLLN）的观测资料进行对比，在分析了17次个例后发现对于大部分红色精灵事件，ISUAL给出的定位效果较好，与WWLLN的闪电定位结果偏差一般小于50 km，这与在北美及其邻近地区得到的结果一致。在此基础上，我们结合风云二号卫星的云顶亮温数据分析了青藏高原南麓地区红色精灵的母体雷暴特征，发现在青藏高原南麓地区除了中尺度对流系统外，小尺度对流系统也是这个地区产生红色精灵的主要天气系统。     

云南一次秋季雷暴过程的闪电特征及形成条件分析

利用NCEP/NCAR资料、雷达回波、卫星云图和闪电定位系统等新一代探测资料对2010年9月21-23日的云南雷暴过程进行了分析.结果表明,西移的热带低压“凡亚比”为这次雷暴云团发展提供了热带偏东风辐合及低层暖(300～302 K)、中层湿(相对湿度≥80％)等有利环流背景条件.中尺度雷暴云团负闪电占主导地位,发展阶段云顶亮温下降,均为负闪电,负闪电频数高达1 245次·(30min)-1;从成熟阶段到消散阶段,云顶亮温逐渐上升,负闪电逐渐减少,有少量的正闪电出现并逐渐增加.另外,雷暴云团结构和闪电空间分布不均匀,具有前部为主对流区而后部为云砧或高云的结构特征,云顶亮温前部较后部低且梯度大.密集负闪电主要出现在云顶亮温≤-60℃附近和前部大的云顶亮温梯度区,稀疏正闪电分散在密集负闪电后部和云团中部.多普勒天气雷达显示,雷暴云团前部云区表现为具有不均匀结构的中尺度带状回波,后部云区属于无回波区;密集负闪电主要出现在带状回波上强度≥40 dBz和顶高≥10 km的强回波区内及中尺度不均匀风场附近,且回波强度越强、顶高越高,负闪电越密集;发展后期稀疏的正闪电分散在强回波的后部边缘或者后部弱的对流回波和层状云回波上.     

南海雷暴大风时空分布及闪电和对流活动特征北大核心CSCD

利用2019-2020年风云四号气象卫星A星(FY-4A)多通道扫描成像辐射计(AGRI)提供的云顶数据和地基全球闪电定位网(WWLLN)提供的闪电数据,结合MICAPS气象观测站和海洋浮标记录的极大风数据,研究南海区域(5°~30°N,105°~125°E)71次雷暴大风过程的时空分布及其闪电和对流活动特征。结果表明:观测站记录的雷暴大风主要分布在南海北部;雷暴大风主要发生在5-9月,峰值出现在8月,3月发生次数最少;雷暴大风主要发生在07:00-12:00(北京时,下同),10:00频次最高,午后频次减少。雷暴大风闪电密度的极大值分布在广东南部近海区域,且闪电集中发生在距离观测站40~80 km半径范围内;孤立雷暴大风过程首次闪电跃变的发生时刻相对大风峰值时刻超前30 min至2 min。在对流特征方面,在雷暴大风风速峰值时刻,观测站处的云顶亮温为200~220 K,云顶高度为12.5~15 km。孤立雷暴大风云团云顶亮温最低值(即最强对流发生位置)与大风观测站点的距离平均为77.2 km,云顶亮温平均相差2.6 K。     

0.1~40 MHz地闪、 云闪及NBE事件的辐射场频谱特征分析

利用宽带傅立叶分析法对2008年7月30日和8月4日两次雷暴过程中, 距离观测点5~20 km范围内的55次负地闪回击过程, 33次云内闪电过程以及20次双极性窄脉冲事件（NBE）的电磁辐射信号进行了观测分析, 得到地闪回击、 云闪放电初始阶段以及双极性窄脉冲事件在0.1~40 MHz频带宽度下的电磁辐射能量谱密度。结果表明, 这三类闪电放电过程的辐射频谱波形均呈现出随频率增加、 幅值减小的趋势, 但在辐射强度和衰减速率上存在一定的差异。负地闪回击幅频波形在6~28 MHz频段上衰减速率相对缓慢; 云闪初始阶段在全频带上始终遵循f-1.2~f-1.4之间的衰减率递减, 且其频谱幅值与地闪回击的辐射能量谱幅值相差不大; NBE事件在0.1~40 MHz频带中辐射能量谱幅值基本都明显大于其他两类闪电放电过程, 特别是在10 MHz以上的HF、 VHF频带上其差异可达到20 dB。     

基于气象卫星观测资料的雷电预报指标研究

本文利用风云二号静止卫星获得的红外通道观测资料相当黑体温度TBB,对南京及其周边地区2009-2010年出现的16次雷暴天气过程进行了研究。结果表明：雷暴云中心冷云顶降温率达到10°C／h,并且冷云顶亮温TBB在-33℃以下时,雷暴云中会有闪电发生;雷暴云中心冷云顶到对流云区边界的温度梯度达到0．65°C／km是雷暴得以快速发展加强重要指标;各种参数指标相互配合可以为雷电预报提供有力的理论依据。     

基于卫星红外窗亮温探测上冲云顶

上冲云顶是卷云砧上的穹顶状突起,表示存在强对流切变和强烈上升气流,是强雷暴的重要指示者.伴随上冲云顶的雷暴经常产生灾害性天气,如航空湍流、强降雨、冰雹、破坏性的风和龙卷等.本文以2010年9月6日发生在安徽北部地区的一次特大暴雨过程为例,用卫星红外窗区通道观测亮温探测上冲云顶,并将高时空分辨率的局地分析预报系统(LAPS)的中尺度分析场资料与用红外窗方法探测到的上冲云顶进行定性比较,结果表明造成此次强降雨过程的对流系统即为一个伴随上冲云顶的强雷暴系统,LAPS中尺度分析场资料客观地验证了上冲云顶的存在.     

M-LDARS观测的北京地区云地闪特征分析

1991年夏,我们利用自制的单站闪电探测及定位系统(M—LDARS),在北京地区进行了对比实验,并对所记录的地闪回击信号作了分析。本文提出了我们得到的北京地区云地闪回击信号的峰值时间、半峰时间、峰值电流以及电流上升率的统计分布和频谱特征的典型结果,并与国内外同类观测的结果进行了对比。     

黄河上游河南县地面大气冰核观测分析

用Bigg型混合云室对2001年8月黄河上游青海省河南县的地面大气冰核浓度进行了观测,分析发现(1)青海省河南县冰核浓度低于北京20世纪90年代的测值,但高于大连、西安和兰州(20世纪60年代)等地的测值,同时也高于黄河上游的玛曲(2000年)、西宁(1989年)两地的测值,高温核尤其偏高.(2)降水时大气冰核浓度减少,降水的冲刷可能是其主要原因.(3)当地冰核浓度和气压成正相关.(4)大气冰核浓度受风向的影响,无风时测值较小,偏东风时测值较大,高温核浓度增加明显.     

临界层理论研究的进展

平行切变流的临界层一般分为三类:粘性临界层、非线性临界层和非定常临界层。本文对这三种临界层理论及其最新发展作了较为详细的介绍。     

从减灾角度分析江苏省粮食产量波动

利用江苏省１９４９～１９９２年的粮食产量、气象资料,分析了粮食单产和粮食播种面积对总产年际变化的影响以及水平因素、社会因素和气象因素（尤其是气象因素）分别对粮食单产年际变化的影响。结果表明：引起江苏省粮食产量波动的主要原因是气象条件。在此基础上,从减轻气象军家的角度分析了江苏省粮食生产,并提出了相应措施。     

华北夏季不同月份降水的年代际变化

利用９５１年到１９９６年华北地区１７个站的月降水资料,分析了华北地区夏季各月降水的年代际变化特征,结果表明：６月降水量较少,且在年代际变化下没有表现出减少趋势;７月降水量较多,年代际变化较大,８０年代是少;８月的降水量在年代际变化上表现出线性减少的趋势并呈准１０年周期的振荡,７月和８月的降水量均在６０年代中期和从７０年代末到８０年代初有两次明显的减少。根据７、８月降水不同的年代际变化特征,我们利用     

Analysis of the Trends of Thunderstorms in 1951–2007 in Jiangsu Province

Based on the 1951–2007 thunderstorms in Jiangsu, a study is conducted for their climate trends, periodicity, spatiotemporal patterns, and the distributions of the first and last days of the thunderstorms at different guarantee rates (GRs) using climate tendency rate, wavelet analysis, and GR for diagnosis. Results suggest that the inter-annual number of thunderstorm days (TSDs) exhibits a decreasing trend in this province. The trend is displayed mainly in the decreasing TSD number in summer and autumn except in spring, when the variation is not significant in the study period. In this province, the TSD number declines by ~2 days per 10 years. On an inter-annual basis, the pronounced positive departures of the number take place chiefly in the early 1960s, the late 1960s to the early-mid-1970s, the late 1980s, and the late 1990s compared with the negative anomalies dominant in the late 1970s to the mid-1980s, the mid-to-late-1990s, and the late 1990s to 2007. There are vast differences in the initial and ending days at diverse GRs in different areas of the province. At 50% GR, the earliest (last) days occur from mid-March to early April (early to late September) while at 80% GR, the initial (last) days are from late March to early May (early to late October). For the distribution of periods, the periods >8–10 years are relatively stable for the entire province. Based on 1951–2007 period analysis, the region north (south) of the Huaihe River experiences TSDs less (more) than normal days in recent years.     

南海台风边界层湍流小波分析

利用小波变换（WT）对香港天文台飞机观测台风“妮妲”（1604）资料进行分析,研究在不稳定、不均匀的台风边界层中湍流涡旋的垂直传输作用。在0.1~5 Hz惯性子区内横风和顺风分量功率谱密度能较好符合-5/3幂律。小波分析显示:横风的小波功率谱峰值集中在1 km之下,顺风分量的小波功率谱峰值集中在1~6 km之间;眼区动量通量的主要贡献尺度为2.3 km,眼区外主要贡献尺度在1~2 km,中低层为较小尺度（< 1.0 km）;湍流功能(TKE)的生成尺度主要集中在4 km之下。这项研究定量描述了南海北部台风边界层各个区域湍流结构的差异特征,讨论了对台风边界层通量参数化的可能影响。      

2010年冬季江西两次暴雨过程的环境场分析

利用自动气象站逐小时雨量资料、常规气象观测资料以及NCEP每6 h一次的1°×l°全球再分析资料,分析了2010年12月12日和15日江西2次大范围暴雨过程。结果表明,在＂拉尼娜＂的气候背景下,高空急流右后侧的强辐散区与中低层异常加强的西南气流辐合区耦合,形成冬季暴雨过程。在动力、水汽条件方面,冬季暴雨700 hPa高度层比850 hPa高度层表现明显,暴雨落区与700 hPa高度层的水汽辐合区一致。与江西汛期暴雨过程相比,涡度、散度、垂直速度量值较小,动力条件较弱,造成逐小时降雨强度不大;850 hPa高度层的比湿值仅为汛期值的50%,低层水汽条件差,但整层水汽输送与汛期暴雨相近;对流不稳定、对称不稳定为冬季强降雨、强降雪存储了不稳定能量。     

2010年冬季江西两次暴雨过程的环境场分析

利用自动气象站逐小时雨量资料、常规气象观测资料以及NCEP每6h一次的1°×1°全球再分析资料,分析了2010年12月12日和15日江西2次大范围暴雨过程.结果表明,在“拉尼娜”的气候背景下,高空急流右后侧的强辐散区与中低层异常加强的西南气流辐合区耦合,形成冬季暴雨过程.在动力、水汽条件方面,冬季暴雨700 hPa高度...     

低纬与中纬重力惯性波在非均匀场中发展和传播的比较分析

本文用WKBJ方法得到了低纬重力惯性波的方程组,讨论了它的发展和传播,并与中纬的重力惯性波作了比较,给出了低纬与中纬环境场对各自的重力惯性波影响的差异。     

东莞降水强度的演变及近年趋势分析

使用反映降水强度的各时段最大降水、各量级降水等气象观测资料,应用累积距平法、M-K法和YAMA法对东莞降水强度进行初步的气候诊断分析.分析表明:从1980年代起,东莞的降水强度在6小时以内时段呈多波动变化,9小时以上时段的趋势大体上振荡下降.20分钟、30分钟、3小时的最大降水量在1980年代初发生突变,1988-1997年为谷底,其后是增强的趋势.大量级(100 mm及以上)最大降水量显著增强、增多.5分钟、20分钟、45分钟、1.5小时和12小时时段的最大降水量出现了均值的突变,其中1.5小时的突变(2002年)较强,突变之后的均值较之前增大.大量级的降水日数均值未发生突变.近年东莞的6小时以内时段的降水强度是增大的,但这种趋势变化未达到显著程度,2小时内的降水强度在2004-2005年间是个转折点,可能是一个趋势突变点.