基于闪电定位数据的地闪密度修订

利用湖北省闪电定位系统(Lightning Location System,LLS)资料,用网格地闪密度数据表征地闪的空间分布,测站距离因子表征探测站布局,对2015年地闪空间分布特征进行分析,结果表明,其密度与因子之间存在负相关,其中雷电流幅值5~30kA的密度分量与因子之间存在显著性相关,大于30kA的密度分量与因子相关不显著。同时发现探测站布局对地闪空间分布的疏密程度有一定的影响,因此有必要对密度进行修订,以消除测站布局的影响。运用线性回归方法及其残差理论,建立了网格地闪密度的修订模型和相对探测效率的统计模型。验证了密度分段修订和不分段修订结果的一致性。通过对理论探测效率和相对探测效率的对比分析,论证了地闪密度修订方法和相对探测效率统计方法的可行性。     

雷电定位系统与人工观测雷暴日数统计比较

为了利用雷电定位系统 (lightning location system,LLS) 资料统计人工观测雷暴日数,采用湖北省2007—2012年LLS监测资料,选取25个气象站为圆心,统计其不同监测半径 (r) 圆区域内LLS监测的雷电日数,并与人工观测雷暴日数进行比较。结果表明:r≤7 km时,LLS监测平均年雷电日数小于人工观测平均年雷暴日数;r≥8 km时, LLS监测平均年雷电日数大于人工观测平均年雷暴日数;r=22 km圆区域内年平均雷电日数可替代最大年雷暴日数。根据r=7 km,r=8 km圆区域内LLS监测的年雷电日数、年平均地闪密度资料,分别采用直接替代法、地闪密度法和该文提出的二元法计算年雷暴日数,结果显示:二元法效果最好。二元法计算的2007—2012年25个站平均年雷暴日数与人工观测相等,平均差异为7.4%;二元法计算的2013年年雷暴日数与人工观测相差0.8 d,平均差异为12.3%。     

广西VLF/LF和ADTD闪电定位系统对比分析

利用广西2016-2019年VLF/LF和ADTD两套闪电定位系统的地闪资料进行对比分析,并利用典型雷灾事故数据进行评估。结果表明,两套系统的监测结果均以负地闪为主,VLF/LF探测效率约是ADTD的2.6倍,尤其是正地闪以及弱地闪探测效率明显提高,VLF/LF地闪平均雷电流幅值较ADTD偏小且两者差异较大;在地闪频次及雷电流幅值的年变化和日变化上,两套系统的监测结果较为一致,月变化差异较大;在空间分布上,两套系统的地闪密度分布较为一致,雷电流幅值分布差异较大;雷灾事故评估表明VLF/LF定位的准确性和可靠性优于ADTD。     

星地多源闪电资料在新疆地区的应用分析

根据2019年7月20日新疆大部分区域出现局部强对流天气过程,利用ADTD、LLS、WWLLN、风云四号卫星闪电成像仪组产品LMIG、大气电场多源闪电观测资料,对比分析这5种资料在新疆地区的应用情况。结果表明:LLS地闪探测效率最高,LMIG和WWLLN地闪探测效率较低;ADTD、LLS、WWLLN三者定位结果在时间和空间上对应基本一致,仅探测效率有所差别。新疆地区部分LMIG数据存在时间和空间上的偏差,使用前需要利用相关资料进行数据检验。卫星全天空、实时监测,可以弥补新疆南部(简称南疆)地面观测站覆盖不到的区域,两者可互为补充。     

江苏苏南地区高速公路闪电时空分布特征研究

利用江苏省闪电监测定位系统探测2007—2013年地闪观测资料和2013年云闪观测资料,研究了苏南地区高速公路沿线地闪和云闪的时空分布特征。研究表明:1)苏南地区高速公路的年、月地闪频次具有西部多于东部的分布特征,其中扬溧高速最多;6—8月是地闪出现的高峰期,且西部地区出现峰值时间(7月)早于东部地区(8月);但日地闪频次的峰值出现时间东部(13～16 h)要略早于西部地区(14～18 h)。2)地闪强度(峰值电流)主要集中在20～50 kA,总体趋势是东部大于西部;高速公路地闪强度高值区主要集中在宁镇丘陵以及太湖、长江沿线附近,其中南京绕城高速、扬溧高速镇江段、宁杭高速南京段、沿江高速无锡段、沪宁高速等都是地闪密度较高路段。3)云闪集中发生在5—9月,西部地区云闪频次波动明显,总体呈双峰型月变化分布特征;东部地区云闪频次相对集中,呈单峰型月变化分布特征;西部地区出现云闪日高频次的时间(13～18 h)要早于东部地区(17～18 h)。     

三维地闪监测数据分析与校验

选取福建省2015年三维系统地闪资料,采用同期雷电定位系统(ADTD)资料对其时空分布特征进行分析,利用雷电流峰值记录仪数据对2套系统地闪探测效率和定位误差校验,同时结合IEEE工作组和电力行业推荐的概率公式对三维系统地闪雷电流分布特征进行分析。结果表明:(1)2套系统监测到全省地闪密度空间分布趋势比较一致,在三明西南部地区及福州西部零星地区,三维系统地闪密度更低。(2)2套系统地闪频次年变化和日变化均呈单峰变化特征,但年变化中的10—12月,以及日变化中的09:00—12:00,三维系统监测到地闪频次更少。(3)三维系统地闪回击探测效率为40%,平均定位误差为2.75km。(4)在0~50kA区间,相比于负极性地闪,三维系统正极性地闪雷电流幅值分布更加集中,在26~84kA区间三维地闪雷电流幅值相比于IEEE推荐值和规程推荐值偏大。     

两套闪电定位系统对揭阳市雷电监测结果的对比分析

利用广东省电力部门和气象部门两套闪电定位系统对揭阳市雷电监测结果进行对比分析,地闪频数逐日对比的一致性比较好,但从地闪总数、地闪空间分布、雷暴日数、雷电流极值和极性,两套资料都存在较大的差异.造成这种差异的原因主要是:两套闪电定位系统布点的不同、地闪采集阈值的不同和处理软件的不同等.     

上海市两套闪电定位系统探测能力对比分析

为综合评价上海市两套闪电定位系统(Vaisala和Earth Network Total Lightning System)对上海及周边地区地闪的探测能力,利用2015 2016年两套闪电定位系统数据,从地闪数据量、雷电强度、时空分布、空间匹配度和定位精度等多个方面展开对比。结果表明,在上海市范围内相同时间段内Vaisala探测到的地闪频次稳定大于Entls的,但在上海市区域外则相反。两套系统探测到地闪雷电流强度呈单峰分布,以10~20 k A区间内的雷电居多。从数据空间匹配度来看,上海北部地区及杭州湾南岸,Entls相对Vaisala地闪探测的匹配度达70%以上,在上海市范围内该匹配度降至20%左右。两套系统探测到的地闪定位误差大部分集中在5 km以内,且以0~2 km为主。雷暴过程中两套系统探测的地闪随时间变化趋势较为一致,且与雷达回波有一定的匹配度。因此,两套系统都能实现对上海及周边地区地闪的探测,但由于设备型号、探测技术和自身误差等方面的差异,数据量上有差异,需要长时间积累数据进行对比分析,才能更好地利用数据,为防雷减灾服务。     

基于LLS的清远地区雷电活动特征

利用1999—2013年清远气象观测站资料、闪电定位系统(LLS)地闪数据,采用相关分析、线性趋势等多种统计方法,分析清远地区的雷电活动特征。分析表明:近15年清远地区地闪以负地闪为主;地闪数年际变化呈线性增加趋势;地闪月分布集中出现在4—9月份,占地闪总数的96.98%;地闪时分布总体呈单峰特征,一天中地闪频数峰值出现在15:00—17:00,占全天地闪频数的34.13%;年平均地闪密度13.52次·km-2·年-1,呈东南至西北递减;地闪电流集中在10~40 k A之间,占地闪总数72.01%。地闪数与雷暴日数之间正相关特征显著。     

湖泊与陆地雷电参数分布特征及其对比分析

根据湖北省雷电定位系统（Lightning Location System,LLS）2007年1月1日至2016年12月31日监测资料,采用数理统计方法,对湖泊和陆地区域的地闪频次、极性、地闪密度、雷电流幅值和波头陡度等雷电参数分布特征进行了对比研究。结果表明：湖泊与陆地的雷电参数时间变化趋势基本一致。近10 a闪电频次呈明显减少趋势,正地闪比例呈上升趋势;陆地比湖泊区域的闪电频次多,春夏季湖泊和陆地闪电频次差异明显,其中,夏季陆地闪电频次比湖泊多21.1%;湖泊和陆地闪电频次日变化大致呈单峰型,13-18时陆地闪电频次比湖泊多39.7%。湖泊地闪密度比陆地小,湖泊和陆地平均地闪密度分别为2.96次·（km^-2·a^-1）和3.47次·（km^-2·a^-1）。湖泊的平均雷电流幅值较陆地大;湖泊和陆地的平均雷电流波头陡度变化不大,相差一般在1 kA·（μs）^-1以下。     

广州地区雷暴过程云-地闪特征及其环境条件

应用雷电定位系统和高空观测资料并结合雷达回波资料, 对广州地区雷暴过程云-地闪特征进行分析, 并就有、无云-地闪出现的两组不同对流天气过程的环境条件进行了比较研究。结果表明:广州地区的雷暴过程以负的云-地闪为主, 负云-地闪所占比例在90%以上。云-地闪发生频率与雷暴系统强度演变有直接联系, 对于同一系统来说, 随着系统回波强度的增强, 云-地闪发生的频率也增高。但不同系统中, 云-地闪发生频率有很大不同, 回波强(弱)的对流系统并不意味着云-地闪发生的频率就高(低)。有云-地闪记录的对流天气过程具有更大的垂直切变、更高的相对风暴螺旋度以及更多的对流抑制能量, 云-地闪现象更易于出现在更加有组织和更强的对流系统中。研究还发现广州及周边城市区域对雷暴系统回波强度及云-地闪现象可能有影响, 两个典型个例分析表明, 雷暴系统移经城市区域时回波强度减弱, 云-地闪发生频率减小, 雷暴移过城市区域后, 强度可重新加强, 云-地闪发生频率增大。     

浙江省地闪特征及致灾危险性分析

基于2007—2018年浙江省ADTD闪电监测资料,分析该区域地闪时空分布特征,进而选用地闪密度和强度作为致灾要素,进行致灾危险性评估。结果表明:落雷日数和正地闪比例的年际变化均呈增长趋势,全年地闪集中发生于6—9月的12:00—20:00。春季正地闪比例高,地闪多发于傍晚和夜间;夏季日地闪落雷面积广、密度极值高,午后雷暴占主导地位。地闪密度相对高值区随季节演变而自西向东移动,年平均地闪密度总体呈浙中多南北少的特征。雷电流幅值主要分布于15～45kA,地闪强度平均值在舟山最高(44.49kA),台州最低(32.69kA),地闪密度和强度的空间分布特征各异。致灾危险性极高等级在浙东沿海一带和杭州—绍兴交界呈片状分布,另在温州西北部、浙中和浙西地区呈絮状分布,致灾危险性与历史雷灾个数、人员伤亡总数的空间分布总体一致。     

地面电场资料在雷电预警技术中的应用

论述利用地面电场仪的探测资料对雷电预警预报的技术方法，以大气电场测量为基础，利用地面电场仪的组网，实现自动、连续、实时监测雷雨云中强雷电活动中心在地面产生的电场强度、极性以及闪电数等，提供监测范围内雷暴强电荷活动中心的发生发展演变特征和整个雷暴过程中雷电活动位置和发展信息。同时结合闪电定位系统的观测，为雷电的监测和预报提供更充分的信息。     

塔克拉玛干沙漠腹地雷电活动特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地的塔中气象站1996-2010年地面观测资料对该地区的雷暴和闪电特征进行了分析。结果表明:塔中地区年平均雷暴日数为9.3d,年平均闪电日数为2.7d。塔中地区4月开始出现雷暴和闪电,7月达到最高值,10月至翌年3月之间无雷暴和闪电发生,塔中地区雷暴平均初日为6月1日,平均终日为8月5日。塔中地区雷暴多出现在午后至凌晨,并以30min以内的短时雷暴为主,雷暴出现的最多方位是W和N。     

2007—2017年浙江省雷暴路径时空特征分析

基于浙江省ADTD二维闪电定位系统监测的近11 a（2007—2017）地闪数据,采用密度极大值快速搜索聚类算法和Kalman滤波算法实现对雷暴的识别及其路径的追踪,并探讨大范围雷暴过程的时空分布特征。结果表明：该方法能够有效对浙江省各类雷暴的识别追踪,共筛选出261条雷暴过程的路径,其存在明显的年变化和年际变化,年路径数与年地闪频次存在较好的对应关系,月分布上路径数呈双峰分布,峰值分别在初春和夏季,其中春季雷暴路径移动时长高于其他季节。88.51%的雷暴自西向东移动,且偏北方向多于偏南方向,各移动方向上雷暴路径数的月分布存在差异性,春季雷暴移动的方向相比夏季较为集中,夏季雷暴各月最为主导的移动方向各不相同;雷暴的移动速度主要集中在50 km/h左右,自西-东和西南-东北方向移动的雷暴速度快于其他方向;空间分布上,主要存在两个移动通道,一是沿金衢盆地、绍兴和宁波方向的区域,其次是天目山脉以北的湖州嘉兴平原一带;从地形特征来看,路径主要发生在丘陵地带,平原及山地相对偏少,且地势越高路径越少。     

青藏高原那曲地区地闪与雷达参量关系

基于2014—2015年5—9月西藏那曲地区多普勒天气雷达数据,结合地闪观测数据,识别雷暴单体样本,统计分析了地闪位置附近的雷达回波分布特征,并研究了高原雷暴的雷达参量与地闪频次的相关关系。结果表明:那曲地区地闪发生位置附近的雷达最大反射率因子呈正态分布,峰值分布区间集中于34~41 dBZ。发生地闪位置附近的20 dBZ回波顶主要集中于11~15 km高度,30 dBZ回波顶高分布的峰值区间则为8.5~12 km。分析表明:表征局地雷暴对流发展强度的雷达参量与地闪频次之间一对一的相关关系较差,但相关性随地闪频次增加而增强。基于雷达参量分段统计得到的对应分段平均地闪频次与雷达参量之间表现出较强相关关系,体现了宏观上闪电活动强度与雷暴发展强度之间的正向关系。其中,基于原始数值进行区间划分的强回波（组合反射率因子不小于30 dBZ）面积与平均地闪频次的线性相关系数达0.75,基于对数数值区间划分的7~11 km累积可降冰含量的对数值和地闪频次的线性相关系数达0.95。文中对比了多个雷达参量和地闪频次线性拟合与幂函数拟合结果,整体上幂函数拟合略好于线性拟合。     

Analysis of the Winter Cloud-to-Ground Lightning Activity and Its Synoptic Background in China during 2010-20

Cloud-to-ground(CG)lightning data and the ECMWF ERA-Interim reanalysis dataset are analyzed to gain insight into the spatiotemporal distribution and synoptic background of winter-season CG flashes between December 2010 and February 2020 in China.We identify three Winter Lightning Frequent Areas(WLAs):the southwest side of the Yunnan-Guizhou Plateau(WLA1),the east side of the Yunnan-Guizhou Plateau(WLA2),and the Poyang Lake Plain(WLA3).The CG lightning flashes most frequently occur at local midnight and have a monthly peak in February.The CG lightning in WLA1 is mostly generated in non-frontal weather;however,the lightning in WLA2 and WLA3 mostly occurs in frontal systems.The frontal circulation situation is divided into four typical types:transversal trough after high pressure,low vortex,confrontational convergence,and asymptotic convergence.In all typical weather patterns,the lightning occurs downstream of a 500 hPa trough and is accompanied by a southwesterly low-level jet.The convective parameters of winter thunderstorms differ greatly from those of summer thunderstorms.The maximum convective available potential energy(MCAPE)and K-index(KI)are more useful metrics than convective available potential energy(CAPE)and Showalter index(SI)during winter.This study further deepens the understanding of the distribution characteristics of winter CG lightning in China,which motivates further research to improve the ability of winter thunderstorm prediction.     

北京地区雷暴过程闪电与地面降水的相关关系

该文选取北京地区2006年夏季的18次雷暴过程,利用SAFIR3000三维闪电定位系统观测到的总闪数据,分析了闪电与雷达反演的对流活动区降水量和对流活动区面积的相关关系,结果表明:北京地区的雷暴活动中,单个闪电所表征的降水量的范围在0.86×10~7～6.57×10~7kg/fl之间,平均值为2.65×10~7kg/fl;闪电活动与对流活动区降水量的线性相关关系显著,相关系数达到0.826;闪电活动与对流活动区面积也具有显著的线性关系,相关性系数达到0.846。文中给出了基于6 min闪电频次估算6 min对流降水量以及对流活动区面积的拟合方程。分析还发现,总闪活动与降水的关系要明显好于地闪,总闪信息的应用极大提高了分析结果的质量和可信性,分析结果对于利用闪电信息估测降水具有参考意义。     

不同下垫面雷暴雷达回波特征与地闪的关系

利用闪电定位资料和雷达资料,研究了宁波市城区、山区和海陆三种地区增强型雷暴的闪电活动特征,结果表明：城区增强型雷暴的≥50 dBz组合反射率面积和≥9 km、≥10 km回波顶高的回波面积,以及山区增强型雷暴的≥45 dBz组合反射率面积和≥12 km的回波顶高的回波面积,这些指标与每6 min地闪次数都有很好的相关性;而海陆增强型雷暴的≥10 km回波顶高的回波面积与每6 min地闪次数的线性关系明显,相关系数高达0.916;3种增强型雷暴对地闪密度分布的影响各有不同,城区增强型雷暴会产生更多的地闪。