鲁中南一次暴雨过程的特征和成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6h的再分析资料、GPS可降雨资料和地闪定位资料,对2013年7月4—5日山东中南部出现的暴雨到大暴雨天气过程的不同阶段特征和成因进行了分析,结果表明:本次暴雨过程是冷暖切变线所引发,暴雨的水汽源于南海;低空急流的强弱和水汽通量的大小呈正相关;暖切变线暴雨的雨强、影响范围和持续时间明显大于冷切变线暴雨;冷、暖切变线GPS可降雨量表现不同,前者短时间内增幅大,地面强降雨在峰值出现1h后发生,对地面降雨变化反映较敏感,后者强降雨出现前8h可降雨量快速上升,可降雨量峰值对应地面降雨大值,对地面降雨变化反映不敏感;冷切变线对流性更强,地闪频次为暖切变线降雨的2倍,正地闪频次为暖切变线降雨的1/2,负地闪频次为暖切变线降雨的2倍;降雨云团正、负地闪活跃程度呈反相位关系,正、负地闪的变化能很好地反映强降雨的变化;冷、暖切变线动力结构不同,前者物理量场从低层到高层向北倾斜,后者则为垂直分布;冷切变线上升运动区较暖切变线深厚。     

基于MODIS数据的地表覆盖种类与地闪分布特征关系研究

利用2008—2013年MODIS 3级数据土地覆盖类型产品MCD12Q1及重庆市ADTD闪电定位资料,以重庆市内106°~107°E,29°~30°N范围的矩形区域为研究区域,结合频次、强度、时段、地貌等要素对局地内的地表覆盖种类与地闪分布关系进行了研究,结果表明:研究区内地闪分布在各地表覆盖种类上差异显著,在水域、农田、城镇上的闪电密度都高于平均值;地闪中轻中度闪电、强闪电的分布在同一地表覆盖种类上的差异明显,强闪电更易产生于水域、林地种类上;同一地表覆盖种类上地闪分布与季节的关系不明显;地闪活动在某些地表覆盖种类上的昼夜分布具有明显差异;植被覆盖面上的地闪分布与地貌条件关系密切,同一类覆盖面上的强闪电比例与海拔高度呈正相关关系。     

华南飑线系统对流与层云区闪电起始和通道位置处的云微物理特征

利用广州S波段双偏振雷达观测数据和低频电场探测阵列三维闪电定位数据, 分析了2017年5月4日和5月8日华南地区两次飑线过程中闪电起始和通道位置处的雷达偏振参量和降水粒子特征。两次飑线中约80%的闪电起始和通道(统称闪电放电)定位于对流区。对流区闪电放电位置处的雷达反射率(Z_H)要比层云区平均大4~5 dBZ, 其它偏振参量的平均值较为接近。闪电放电位置处的Z_H中值随高度增加而减小, 但差分反射率(Z_DR)、差分传播相移率(K_DP)和共极化相关系数(CC)在-10 ℃层以上随高度变化不大; -10 ℃层以下, 对流区闪电放电位置对应Z_DR和K_DP随高度下降明显增大。闪电起始位置的平均Z_H比闪电通道位置处的平均Z_H大1~2 dBZ, 但前者在对流区内对应Z_H分布峰值区间为25~30 dBZ, 弱于后者的30~35 dBZ; 同时, 它们的对比关系在-20 ℃层上下不同。对流区内闪电放电位置处的主导性粒子是霰和冰晶, 它们的区域占比接近。在层云区内, 闪电放电位置主要是干雪和冰晶, 干雪区域的占比显著大于冰晶。      

强雷暴天气的闪电和雷达回波特征个例分析

利用粤港澳闪电定位系统、广州多普勒天气雷达和自动气象站等资料, 分析了2017年6月2日发生在广州市中北部的一次强雷暴天气过程的地闪变化特征及闪电与雷达回波特征的关系。(1)本次强雷暴天气是华南一起典型的以西南急流和切变线为环流背景的强对流天气过程。在整个雷暴生命史中以负地闪为主, 占69.3%;正闪在雷暴发展的初始和结束阶段占比较大。(2)闪电频数分布与强雷达回波区域存在着较好的对应关系, 闪电活动位置稍有提前, 地闪频数峰值的时间比雷达回波峰值时间平均提前了11.1 min。(3)回波顶高是产生闪电的先决条件, 闪电较多分布在回波顶高9~15 km范围内, 地闪频数峰值落后于回波顶高峰值12~18 min。      

新型闪电电场变化测量仪的研究与初步应用

闪电电场变化测量系统是目前用于闪电物理研究以及闪电定位的重要手段之一, 提高测量系统的探测性能, 对于推动闪电物理以及闪电定位的研究具有重要作用。根据电磁感应原理, 研制出探测带宽为10 Hz~5 MHz的新型闪电电场变化测量仪。并进行了实验, 标定了测量仪输出信号与电场变化信号在频域上的数值关系。利用三套测量仪系统对南京多个强雷暴过程展开同步探测, 利用获取的数据反演了负地闪电场波形。对探测到的58次负地闪波形特征进行统计, 与国内外统计结果进行对比分析, 发现各个地区的负地闪预击穿过程和首次回击电场波形特征存在较大差异。      

湖北省山区与平原雷电分布及其参数特征

为进一步了解山区与平原雷电参数分布特征及其差异,为山区和平原地区雷电防护工程设计和雷击风险评估提供参考,根据湖北省ADTD地闪定位系统2006年12月至2016年12月监测的资料,采用数理统计方法,对山区和平原地区的地闪频次、极性、雷电流幅值和波头陡度等参数分布特征进行了对比研究。结果表明:①山区地闪密度略高于平原地区,平原正地闪百分比稍高于山区,近10年的正地闪百分比呈上升趋势。②正地闪平均强度山区比平原大1.16kA,负地闪平均强度山区比平原小3.67kA,平原总地闪平均强度比山区大3.46kA。③总地闪小雷电流幅值(I≤30kA)概率山区比平原大8.9%,大雷电流幅值(I100kA)概率平原比山区大0.6%。④山区正地闪平均陡度分别比负、总地闪平均陡度大2.44kA/μs和2.31kA/μs,平原正、负、总地闪平均陡度分别比山区大3.41kA/μs、5.77kA/μs和5.64kA/μs。可以得出,山区小雷电流绕击率大于平原,正地闪雷电感应的危害大于负地闪和总地闪;平原地区大雷电流反击率比山区大,雷电感应的危害大于山区。     

卫星地面站雷电直击效应防护设计探讨

卫星地面站雷电防护工程通常采用接闪杆作为天线主体的雷电直击效应防护措施,接闪杆的高度不仅影响其保护范围,而且影响其截闪概率。通过计算年预计雷击次数对截闪概率进行量化分析,结果表明,截闪概率近似与接闪杆高度平方成正比,采用过高的接闪杆将增大地面站遭受雷击电磁脉冲损坏的风险。为优化接闪杆设计,定义了保护体积的概念,并利用折线法与滚球法分别计算了三维立体空间内的保护范围。结果表明:接闪杆的保护范围与高度呈现非线性相关,当接闪杆超过一定高度(折线法超过30m,滚球法超过0.8倍滚球半径)后,对保护范围的影响十分有限;当接闪杆高度低于0.4倍滚球半径时,滚球法保护范围较大,反之则折线法保护范围较大。对接闪杆接闪瞬间周边的磁场强度分析结果表明,无屏蔽环境下地面站电子系统与接闪杆的常规距离远小于两者的理论安全距离,实际工程中难以通过增大接闪杆与卫星地面站的间距消除雷击电磁脉冲危害。为降低这一风险,卫星地面站直击雷防护应优先采用天线自带接闪杆的方式,条件不具备时也应尽量避免采用单支高大接闪杆,可选取适当的计算方法,采用多支较低接闪杆共同防护的方案。     

不同定义的湿位涡分析及在台风中的诊断

本文对不同定义的湿位涡做了理论分析,并利用1522号台风“彩虹”的数值模拟结果对各种湿位涡进行了诊断。主要结论有:经典湿位涡、广义湿位涡和改进湿位涡的差异主要是由不同定义的位温造成的,相当位温、广义位温和修改位温的构成均是在位温基础上添加一显含水汽的附加量;经典湿位涡、广义湿位涡和改进湿位涡的构成均能分为干、湿分量两部分,其干分量表达式相同,都与Ertel干位涡的定义一样,水物质相变潜热的影响隐含在位温中;不同定义湿位涡的本质差异表现在不同的湿分量上,湿分量的表达式中显含了水物质的作用。对台风的诊断分析发现,改进湿位涡分布与Ertel干位涡非常相似,呈现中空分布的位涡塔结构,大值区对应眼墙内侧,改进湿位涡湿分量与经典湿位涡的湿分量分布相似,只是湿分量的绝对值更小,这反映了改进湿位涡既能保持干位涡的分布特征,其分布和演变可反映台风的结构和演变,又能合理地体现水汽分布的影响,所以在台风诊断中有更广泛的应用前景。经典湿位涡在低层表现为负值,这与水汽梯度的分布关系很大,但与垂直速度、潜热加热大值区等都没有很好的匹配关系,用其分析台风结构和演变具有一定局限性;广义湿位涡其形式较复杂,仅在近饱和区域才能发挥其诊断优势。     

基于雷电监测资料的南充市雷电灾害风险区划研究

选取闪电密度、雷暴日、经济损失风险、生命损失风险等作为各县(市、区)雷电灾害易损性评估指标;并在此基础上,建立雷电灾害评估体系,对各县(市、区)的雷灾易损性进行了综合评价,进行区划分析。基于南充市雷电监测数据和人文经济指标而制作的全市雷电灾害风险区划,可以为全市雷电灾害防御提供科学依据,能有效降低因雷电灾害带来的生命财产损失和社会影响,提高灾害天气预报、预警能力,提升气象防灾减灾能力。基于南充市雷电监测数据而统计出的闪电密度、雷暴日数更具客观性。     

A Review of Atmospheric Electricity Research in China from 2011 to 2018

Atmospheric electricity research has been conducted actively in China, having profited from the development and application of high temporal and spatial resolution lightning detection and location technologies. This paper reviews the scientific advances made in the field of atmospheric electricity in China from 2011 to 2018, covering the following five aspects:(1)lightning detection and location techniques;(2) discharge processes and parameters associated with rocket-triggered lightning;(3) physical processes in natural lightning and attachment to the ground;(4) lightning activities and charge structure in different thunderstorms; and(5) effects of thunderstorms on the upper atmosphere. In addition, some outstanding questions for future research are outlined.