北京地区闪电活动及其与强对流天气的关系

利用单站闪电定位系统Ｍ－ＬＤＡＲＳ监测１９９５～１９９７年夏季北京地区的闪电话动,分析结果表明,闪电频数的日变化与强对流天气发生有一定对应关系,不同类型的天气过程,如冰雹,暴雨发生时,闪电中地闪和云闪的比例有明显的差异,其中地闪中正,负闪和云闪中正,负闪的比例呈现一定的规律性。     

山西省两套闪电定位系统地闪监测结果对比

利用山西省ADTD与VLF三维闪电定位系统2017年探测的地闪资料和雷灾记录,对地闪的时空分布特征及电流强度进行对比分析。结果表明:三维定位系统对山西地闪的探测效率高于ADTD系统,探测的闪电数是ADTD系统的2倍,且对雷电灾害的定位精度高于ADTD系统;两套系统地闪的日变化(正地闪除外)、月分布特征及峰值时间基本一致;三维系统的闪电密度3.0 fl·km~(-2)·a~(-1)以上高值区域较ADTD系统显著增加,0.3 fl·km~(-2)·a~(-1)以下极小值范围大幅度减少。     

北京一次大雹天气过程的闪电活动特征分析

由于受闪电监测系统限制,已有研究多局限于强对流天气的地闪(cloud-to-ground lightning,CG)活动特征。本文利用VLF/LF三维闪电监测定位资料,结合雷达观测等资料对北京地区一次典型大雹天气过程的全闪活动特征进行了分析。结果表明:降雹发生前,闪电活动主要分布在对流系统的后部,闪电数较少,且以负地闪活动为主;降雹期间,闪电频数显著增加,云闪(intracloud lightning,IC)及正地闪活动明显加强,该阶段闪电活动主要集中在对流系统强回波中心及其前部雷达反射率因子梯度较大的区域;降雹结束之后,强回波中心基本移出北京,北京范围内的闪电频数明显减少。正闪比例在降雹发生前逐渐增大,在降雹期间稳定维持在较大值,降雹结束后迅速减小;云闪比(云闪频数/总闪频数)表现为降雹发生前和降雹结束后逐渐增大趋势,在降雹期间基本维持稳定少变。闪电的电流强度主要集中在5—50 kA之间,20 kA以下的低雷电流强度的云闪和地闪多发生在降雹期间及降雹结束后,而20 kA以上的高雷电流强度的云闪和地闪在降雹发生前占有很大比例,小于5 kA的云闪在大雹发生期间所占比例明显高于地闪。降雹发生前及降雹结束后云闪发生高度在2-6 km,降雹期间有所抬升,约为2-8km。闪电频数峰值超前于降水峰值5-20 min。     

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。      

粤港澳大湾区两套闪电定位系统地闪探测性能的对比分析

根据2014—2018年粤港澳闪电定位系统(GHMLLS)和广东电网地闪定位系统(GDLLS)两套闪电定位系统的观测资料, 对粤港澳大湾区范围内二者的地闪探测性能进行评估和对比, 结果表明, 在粤港澳大湾区, 对于地闪回击记录, 从各月份记录和空间密度的分布上来看, GDLLS的探测数都多于GHMLLS, 二者的比值为1.24;两套系统总回击、负回击、正回击的月分布和日变化特征基本一致; 两系统地闪回击的匹配记录在大湾区大部分区域内的偏差量都在1.5 km内; 对于匹配后的负、正回击电流峰值, 二者有较强的相关性, 相关系数分别为0.99和0.98, GDLLS的负、正回击电流峰值分别为GHMLLS的1.47倍和1.45倍。      

2008年山东地区闪电活动特征分析

利用2008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;闪电平均强度约为11.45kA,正闪的平均强度为25.09kA,是负闪平均强度的2.24倍;闪电活动的总体分布特征为南多北少,山地多半岛少,闪电活动主要集中在鲁东南、鲁中山区和鲁西南部分地区,山东地区平均闪电密度为1.63次·km-2·a-1;平均雷暴日数为16.76天.     

基于地闪数据的雷电流幅值累积频率公式探讨

利用2007年和2008年浙江省气象部门闪电定位系统的地闪监测数据,应用Matlab数学软件中的曲线拟合工具箱,以最小二乘法原理对IEEE推荐公式和我国规程推荐公式进行最优化拟合,得出前者拟合效果优于后者的结论。通过分析IEEE推荐公式计算结果与实际值之间的相对误差,发现正闪雷电流幅值累积频率在(1kA,270kA)范围内相对误差绝对值较小,最大不超过10%;而负闪雷电流幅值累积频率在(-1kA,-300kA)范围内相对误差绝对值较大,最大值约为38%。针对上述情况,利用数学软件拟合出负闪(-1kA,-300kA)相对误差曲线的近似函数,修正了原累积频率公式,大幅度减小了其相对误差。其适用范围也从原来的(2kA,200kA)放宽至正闪(1kA,270kA)、负闪(-1kA,-300kA)。     

LD-Ⅱ和ADTD型闪电定位资料的对比分析

为了更全面地了解LD-Ⅱ和ADTD型闪电定位资料的准确性,利用安徽省2010年3—9月两套闪电定位系统监测到的资料,对比分析安徽省雷电活动规律,结果表明:两套资料在地闪总数、地闪时间变化、地闪空间分布、雷电流极性和强度等方面都存在较大的差异,LD-Ⅱ型闪电定位系统积累的资料时间较长,但ADTD型闪电定位系统在地闪空间分布、雷电流极性和强度的探测方面准确度更高.与雷灾资料对比发现,ADTD型闪电定位仪监测到的闪电记录距离受灾点较近、误差较小.     

粤港澳闪电定位系统对高建筑物雷电的探测

基于2016—2017年广州高建筑物雷电观测站获取的资料对粤港澳闪电定位系统(简称定位系统)的性能进行评估,并根据2014—2018年定位系统历史资料对广州高建筑物区域的雷电活动特征进行初步分析,结果表明:定位系统对闪电的探测效率为93%(214/229),对回击的探测效率为93%(449/481),对下行闪电首次回击、继后回击及上行闪电回击的定位误差的平均值(中值)分别为361 m(188 m)、252 m(167 m)和294 m(173 m);当接地点高度低于200 m(不低于200 m)时,定位系统对下行负极性闪电首次和继后回击的云闪/地闪识别正确率分别为99%(80%)和93%(35%),有83%的上行负地闪回击被定位系统误判为云闪,广州高建筑物区域内绝大部分负云闪定位记录实际是高建筑物地闪;对定位系统得到的孤立高建筑物闪电密度中心进行分析后发现,广州塔(600 m)闪电密度中心200 m半径范围内年均回击次数约为中信广场(390 m)和广发证券大厦(308 m)的5倍,推测广州塔闪电的主要类型为上行闪电,而中信广场和广发证券大厦则为下行闪电。     

2009—2012年中国闪电分布特征分析

运用全国雷电监测定位系统ADTD获取的2009年1月至2012年12月云地闪电资料,对我国闪电的时空分布特征进行统计分析。结果表明:地闪中负地闪占闪电总数的94%以上,正地闪占5%左右,我国闪电主要发生在5 9月,7、8月是闪电高发期,同雨带的推进有较好的对应关系。随着季风的推进,闪电从南向北,从东向西逐渐增多。闪电在夏季达最大,春秋季次之,冬季最小;闪电频次日变化主要呈单峰分布,全国闪电多发时段在16 17时,同强对流天气多发时段相对应。闪电总体分布南部比北部多,东部沿海比西部内陆多;闪电密度分布呈明显的地域性差异,其中华南地区、中东部地区以及四川盆地为我国闪电密度高值区;闪电白天主要发生在江浙以及广东沿海一带,夜间则主要发生在云贵、川渝内陆地区。午后至傍晚(14—20时)闪电最活跃,上午(08—14时)最不活跃。三个闪电高发区的闪电峰值所在月份不同,华南地区主要在6月,四川盆地主要在7月,而中东部地区则在8月出现最大值。春季闪电最活跃的区域是华南,这和该区域的前汛期降水密切相关。正负闪电强度主要集中在10~40kA,累计概率在60%以上的正、负地闪电强度分别小于60 kA和35 kA;累计概率在90%以上的正、负地闪强度分别小于140 kA和65 kA,闪电强度的低值区主要分布负闪,而正闪主要分布在闪电强度的大值区。     

北京城区相继多次降雹的一次强雷暴的闪电特征

受东北冷涡和低层暖湿气流影响,2016年6月10日北京午后爆发了相继5次降冰雹的一次强雷暴天气过程。利用国家“973”项目“雷电重大灾害天气系统的动力—微物理—电过程和成灾机理（雷暴973）”2016年夏季协同观测期间获得的闪电全闪三维定位和多普勒天气雷达等资料,详细分析了此次雹暴的闪电活动和雷达回波特征。此次雹暴过程包括三个孤立的单体相继发展、并合,所分析的4次降雹过程中,总闪电频数在降雹期间都有明显增多,最高可达179 flashes min?1。云闪占全部闪电的80%以上,其中3次降雹前出现正地闪突增,其比例升高,占全部地闪的比例最高达58%。降雹时雷达回波>45 dBZ的面积增大,顶高超过13 km。整个雹暴过程,闪电辐射源主要分布在6～10 km的高度区域,与强回波具有一致性。所分析的4次降雹过程均出现明显的总闪频数跃增,并通过2σ阈值检验,其中3次提前时间为8～18 min,说明总闪频数对于降雹过程有一定的预警能力。     

Evaluation of LPATS data using VHF interferometric observations of lightning flashes during the Eulinox experiment

During the Eulinox (European Lightning Nitrogen Oxides Project) campaign, two lightning sensors were available: a Lightning Position and Tracking System (LPATS), and the ONERA VHF interferometric (ITF) mapper. We looked for the typical VHF signature of positive and negative cloud-to-ground flashes in ITF records in order to separate intra-cloud (IC) flashes from cloud-to-ground (CG) flashes during five periods from 2 days. Then we used this set of data to check the efficiency of the South Germany LPATS. We concluded that this LPATS detected nearly all the negative CG flashes, but one-fourth of LPATS negative strokes are in fact IC flashes. The ratio of misinterpretation is much smaller (15%) for multi-stroke negative CG flashes. The LPATS recorded 62% of the positive strokes, but only 43% with the right polarity, and only 25% of LPATS positive strokes actually belonged to a positive CG flash. This reliability ratio is 100% if we consider only high-intensity LPATS strokes.     

雷暴云内电荷水平分布形式对闪电放电的影响

为了定量探究雷暴云内电荷水平分布形式对闪电类型和先导传播行为的影响,建立了典型雷暴云电荷结构模型,引入控制电荷水平分布的参数,利用改进的随机放电参数化方案,开展二维高分辨率模拟试验。结果表明:主正电荷区电荷水平分布不均匀且向中心聚集时,产生的闪电类型多为正地闪和正极性云闪,随着电荷水平分布趋于均匀,闪电类型转变为负地闪;主负电荷区电荷水平分布趋于均匀时,闪电类型由负地闪向正极性云闪再向正地闪转变;闪电先导传播特征有较大差异,电荷分布密集不均匀时,先导被束缚在电荷高密度中心,主要在电荷区内发展,当电荷分布单一均匀时,先导能穿出电荷区并水平延伸十几至二十多千米。分析两个电荷区之间的电位分布发现,电荷区电荷水平分布趋于均匀时,位势线向电荷密度中心集中,整个位势阱水平延展,闪电触发点的初始电位值有较大差异,有利于闪电类型和先导传播行为的改变。     

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。     

Study of the total lightning activity in a hailstorm

A thunderstorm that developed over northeastern Spain on 16 June 2006 is analyzed. This severe thunderstorm produced hailstones as large as 40 mm and had a lifetime of 3 h and 30 min. Radar cross-sections show strong vertical development with cloud echo tops reaching an altitude of 13 km. The specific characteristics of the lightning activity of this storm were: (i) a large amount (81%) of negative cloud-to-ground (−CG) flashes with very low peak currents (< 10 kA in absolute value), (ii) a very large proportion of intra-cloud (IC) flashes with an IC/CG ratio reaching about 400, (iii) a large number of “short” IC flashes (with only 1-VHF source according to SAFIR detection), (iv) a large increase of the −CG flash rate and of the CG proportion near the end of the storm. The rate of −CG flashes with a low peak current were observed to evolve similarly to the rates of IC flashes. Most of them have been assumed to be IC flashes misclassified by the Spanish Lightning Detection Network (SLDN). They have been filtered as it is usually done for misclassified +CG flashes. After this filtering, CG flash rates remained very low (< 1 min^− 1) with +CG flashes sometimes dominant. All the particular lightning activity characteristics similar to those observed in the Severe Thunderstorm Electrification and Precipitation Study (STEPS) campaigns support the hypothesis that this thunderstorm could have had an inverted-polarity or complex charge structure. The maximum IC flash rate (67 min^− 1) peaked 24 min before the presence of reflectivity higher than 60 dBZ. The IC activity abruptly decreased during the period when reflectivity was dramatically increasing. The time of maximum reflectivity observed by radar was consistent with the times of reported hail at the ground.     

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。     

基于ADTD资料的浙江地区多回击地闪特征分析

利用2007—2018年浙江省ADTD闪电定位资料,分析了该地区多回击地闪分布及相关参数特征。结果表明:浙江省多回击地闪占总地闪的26.74%,其中正闪以单回击地闪为主;正、负闪平均回击数分别为1.04次和1.65次,最大回击数分别为5次和21次。回击数和地闪数存在较为一致的年际变化,正、负多回击地闪日变化分别呈多峰和单峰分布。正、负多回击地闪电流强度算术平均值分别为72.06kA和-36.89kA,回击平均强度随回击数的增加而下降,约40%的地闪过程中至少有1次继后回击强度比首次回击强;首次回击和继后回击的强度分布呈对数正态分布,集中在15～45kA之间。正、负地闪回击间隔时间算术平均值分别为125.47ms和138.14ms,几何平均值分别为56.73ms和98.95ms,回击间隔时间呈对数正态分布,平均回击间隔时间随回击数的增大而减小。多回击地闪继后回击与首次回击之间距离与回击数呈准正态分布,集中在距离为1km范围内。     

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。