正地闪和负地闪预击穿脉冲序列的统计分析与对比

2009～2010年夏季,在大兴安岭林区利用闪电快、慢电场变化测量仪组成的网络对自然闪电进行了多站同步观测。本文选取2010年夏季3次过境雷暴过程中具有4站以上同步的资料,同时对表现出明显预击穿过程的37次正地闪和56次负地闪的预击穿脉冲序列进行了统计分析。统计的主要参数包括：脉冲序列的总持续时间（Total Duration）,脉冲序列和首次回击之间的时间间隔（PB-RS Separation）,预击穿过程到首次回击的时间间隔（Pre-RS Interval）,单个脉冲持续时间（Individual Pulse Duration）,相邻脉冲时间间隔（Interpulse Interval）等。对于负地闪,相应参数的算术平均值为4.1 ms、55.4 ms、56.0 ms、8.8 μs和111.0 μs,几何平均值为3.7 ms、35.6 ms、36.5 ms、7.4 μs和98.2 μs;对于正地闪,相应参数的算术平均值为4.5 ms、75.6 ms、77.3 ms、11.5 μs和297.3 μs,几何平均值为3.0 ms、57.8 ms、60.0 ms、10.0 μs和217.9 μs。对比发现,正地闪预击穿脉冲序列相对负地闪预击穿脉冲序列持续时间更长,和首次回击的时间间隔更大,其单个脉冲更宽,在整个序列中排列更稀疏。计算了正、负地闪最大预击穿脉冲幅值和首次回击幅值的比值（PB/RS,PB代表最大预击穿脉冲幅值,RS代表首次回击幅值）,通过和其他研究结果的对比,发现负地闪有PB/RS随纬度增大而增大的趋势,而正地闪没有。另外,检验了首次回击前地闪电场波形与BIL模型（Breakdown Intermediate Leader, BIL）的符合情况,发现只有很小比例的电场波形符合BIL模型。     

东亚地区闪电产生Nox的时空分布特征

利用NASA提供的2.5°×2.5°卫星闪电格点资料(1995-2002年), 并根据纬度区分云闪和地闪后, 对东亚地区(75°～155°E, 0°～55°N)闪电产生NOX的时空分布进行分析, 结果表明 闪电产生的NOX在东亚地区的年总产量平均值为2.30 Tg, 自南向北存在7个极值中心, 它们分别集中于南部、中部和北部极值群内, 三个极值群的最大值分别为16.4, 12.7和5.46 Bg/grid/yr.与该地区NOX的非闪电排放源相比较, 闪电产生NOX的分布范围大, 年产量约为非闪电源年排放总量的23.闪电产生NOX的量在夏季最大, 其区域性特征很明显.地球表面特性的差异造成了闪电产生的NOX在经度分布上存在较大的不平衡性.在气候冷暖交替月份的中低纬度地区闪电产生NOX的增加对强雷暴活动年闪电产生NOX的贡献最为明显.     

闪电的光辐射能分布特征

对TRMM卫星上装载的闪电成像仪(LIS)所获取的闪电光辐射能进行了分析,发现在不同地区和不同的空间、时间尺度上闪电光辐射能都很好地遵循对数正态分布。文中利用了一个国际上公认的一维雷暴云起电和放电模式,对闪电放电中和的电荷量进行了数值模拟。蒙特卡罗算法表明,闪电放电所中和的电荷量也遵循对数正态分布,云中的软雹浓度、破碎系数、温度递减率、放电的电场阈值等参量的综合作用可以对其进行较好的解释,而其中任意一种参量的单独作用则不然。     

北京地区闪电活动与气溶胶浓度的关系研究

基于2015—2017年北京闪电定位网(BLNET)总闪资料与35个自动空气质量监测站PM2.5数据,分析了北京地区(39.5°N—41.0°N,115.0°E—117.5°E)夏季(6—8月)闪电活动与PM2.5的时空分布特征,同时针对117次雷暴天气,探讨了气溶胶浓度变化对闪电活动的可能影响.结果表明:PM2.5浓度及总闪密度均呈现自西北向东南升高的空间分布特征.闪电峰值在污染背景下出现的时间(19∶00LT)晚于清洁背景下(15∶00LT)约4h,且总闪百分比(～20%)可达清洁背景下(～9%)的两倍.对雷暴前1～4h的PM2.5浓度与时间窗(12∶00—22∶00LT)内总闪数目的中位数进行相关分析,发现PM2.5浓度低于130μg·m-3时,PM2.5与总闪数存在明显正相关,此时气溶胶可能通过影响云微物理过程进而影响雷暴的对流发展,增强闪电活动;PM2.5大于150μg·m-3时,总闪数随PM2.5浓度的增加呈减少趋势,可能的原因是高气溶胶浓度下地面太阳辐射显著下降,对流活动受到抑制,导致闪电活动减少.当PM2.5浓度在130～150μg·m-3时,两者关系不明显.     

基于TRMM卫星多传感器资料揭示的亚洲季风区雷暴时空分布特征

利用16年（1998-2013）的热带降水测量任务卫星（TRMM）降水雷达和闪电成像仪等多传感器观测资料，分析了亚洲季风区内雷暴和强雷暴的空间分布、季节变化及日变化等气候特征.文中取闪电数大于1的雷达降水特征为雷暴，并将闪电频数在前10%的雷暴定义为强雷暴.结果表明：雷暴活动主要集中在陆地及近海区域，陆地与海洋上的雷暴密度之比约为4.4：1，强雷暴密度之比约为7.4：1.0-10°N纬度带内雷暴数占总雷暴的比例最大（占总数的31.7%），而强雷暴则在20°N-30°N区间最为活跃（34.5%）.雷暴与闪电密度的空间分布在低纬度区域（0-30°N）较为一致，但在中纬度地区（30°N-36°N）呈现出不同的分布特征，即从西部的青藏高原向东部的江淮流域，雷暴密度逐渐减少但闪电密度逐渐增加；而强雷暴与闪电密度的空间分布基本一致.受亚洲夏季风活动影响，低纬度地区强雷暴更容易发生在春季，强中心位于喜马拉雅山南麓东端，次中心位于中南半岛，而中纬度地区在夏季最为活跃，强中心和次中心则分别位于喜马拉雅山南麓西端和中国江淮流域.陆地上雷暴主要集中在午后至傍晚，少数区域受局地环流和气象条件的影响夜雷暴活动频繁，而海洋上雷暴更易发生在午夜至清晨.     

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。     

亚洲季风区深对流系统的区域分布和日变化特征

利用TRMM卫星12年的观测资料,分析了亚洲季风区20dBZ回波顶高大于14km的深对流系统的分布特征,结合NCEP再分析资料对深对流系统的空间分布特征成因进行了探讨,并对不同地形条件下的深对流系统进行了对比研究.结果表明,深对流系统主要发生在陆地上,夏季风爆发前,深对流系统主要分布在20°N以南;季风爆发后,深对流系统的分布向中纬度地区发展并以青藏高原南麓地区最活跃.青藏高原上的深对流系统的发生频数较中国中东部高,但水平尺度小,对流强度较弱,而中国中东部地区的深对流系统虽然发生频数较低但对流强,且闪电频数大.洋面上的深对流系统表现为最小红外亮温小（对应云顶高）,40dBZ回波最大面积比陆地上大但出现高度较低,闪电频数少.陆地上的深对流系统主要集中发生在午后至午夜,青藏高原上的深对流更加集中的发生在午后至傍晚,海洋上发生在凌晨至日出前的深对流系统较其他时段多,但日变化幅度不大,热带海洋性大陆深对流的日变化与大陆上类似.     

区域闪电活动对地面相对湿度的响应

全球闪电活动表现出明显的地域差异，温度和湿度是造成这种差异的基本气象因素.本文利用美国全球水资源和气候中心提供的1995～2002年全球闪电资料和NCEP气象再分析资料，研究了区域闪电密度对地面相对湿度(RH)的响应.发现在平均相对湿度RH<72%的经度带里闪电密度与RH呈正相关.而在RH>73%的经度带里，闪电密度与RH呈负相关；在RH>74%的赤道地区闪电活动与RH呈负相关, 而在RH<72%的中高纬地区闪电密度与RH呈正相关.得到结论：当地面相对湿度过大时，相对湿度的增加不利于闪电活动的发生；而当相对湿度较小时，相对湿度的增加有利于闪电活动的发生.地面相对湿度的临界值域约为72%～74%.此结论在不同经、纬度的几个典型区域均得到了验证，并探讨了过大的相对湿度抑制闪电活动发生的可能原因.     

一次冷涡天气系统中雹暴过程的地闪特征分析

利用地面雷电定位系统、多普勒雷达和卫星观测资料,对2002年6月1日山东地区冷涡天气系统下的3个雹暴过程的地闪特征进行了详细分析,结果表明,在同样的天气条件下,产生冰雹的3个强雷暴在不同的发展阶段表现出明显不同的地闪分布特征。通过云图和地闪资料的综合分析发现,地闪主要出现在云顶亮温低于-50℃的云区内,其中负地闪分布比较集中,且偏向云顶亮温水平梯度大的一边,而正地闪则分布比较分散。地闪主要发生在大于40 dBz的区域内,负地闪通常簇集在强回波区(大于50 dBz)或邻近区域,有时密集的正地闪也出现在强回波区或临近区域,但稀疏的正地闪通常发生在强回波外围10-30 dBz的范围内,属于稳定性降水区。结合地面降雹观测资料发现降雹发生在正地闪比较活跃的阶段,正地闪频数峰值略微超前降雹时刻。比较密集的正地闪发生,通常预示着强对流天气(如冰雹、大风等)的发生。强雷暴在发展旺盛阶段通常表现的低地闪频数,可能是由“电荷抬升机制”造成的。     

青海地区闪电回击通道的温度特性

用无狭缝摄谱仪获得了青海高原地区云对地闪电回击过程的光谱,在谱线辨认和光谱特征分析的基础上,根据光谱线相对强度和跃迁参数值,用多谱线法,对回击通道不同高度处的温度进行了定量分析。结果表明,通道温度与闪电放电的强度密切相关,一般情况下,闪电放电过程越强,对应的通道温度越高;对通道不同高度处的数据分析发现,同一回击的通道温度随高度的增加略呈减小趋势。