复杂地形下北京雷暴新生地点变化的加密观测研究

2008 年8 月14 日北京发生了雷暴群形式的局地暴雨,雷暴新生地点复杂多变,形成了多个γ 中尺度的强降水中心。本文利用近年来北京气象现代化建设取得的加密地面自动站、多普勒雷达、风廓线仪、微波辐射计等多种新型高时空分辨率观测资料及雷达四维变分同化系统（VDRAS）反演资料,通过精细分析地面（边界层）风场、温度场等的演变特征,讨论了雷暴新生地点变化的机制。结果表明:复杂地形与雷暴冷池出流作用相结合,主导了雷暴新生地点的变化,进而影响γ 中尺度强降水中心的变化;天气尺度高低空涡、槽的配合不一致,并且系统移动缓慢,以及对流层低层的弱的环境垂直风切变,是雷暴冷池结合复杂地形发挥雷暴新生地点主导作用的重要前提;复杂地形使得冷空气在一定范围内流动,在边界层产生碰撞和辐合,起到触发和增强对流作用,并使得对流风暴的形态和走向与地形呈现出紧密相关性;一定强度的冷池出流、边界层前期的暖湿空气和对流不稳定能量的积累,是冷池出流触发雷暴新生和演变的必要条件;北京周边地区的雷暴,通过其雷暴冷池出流沿着沟谷地形或向平原地区流动,与北京山谷或城区的边界层暖湿空气形成辐合抬升机制,触发雷暴新生。     

1959—2008年田阳雷暴气候统计特征

对田阳1959—2008年雷暴资料进行回归统计,采用气候倾向率,气候趋势系数进行雷暴特征分析。结果表明：近50 a田阳年雷暴日数呈增加趋势,初雷日期明显提前,终雷日期稍有后延。逐月平均雷暴分布与月平均气温、月降水量呈同相单峰形,8月雷暴出现高峰值,9月雷暴呈锐减。雷暴夏季多于春季,秋冬季少于春季,汛期4—9月雷暴占90%。雷暴活动日分布,14—20时出现频率最高,20—08时出现频率次之,08—14时出现频率最低。研究结果可为国民经济建设和防雷工程设计、雷击风险评估及雷电灾害防御与管理工作提供科学依据。     

青藏高原雷暴天气层结特征分析

青藏高原那曲地区夏季雷暴活动相当频繁,这种雷暴主要是受地形的影响,在地形的热力和动力作用下形成雷暴,但强度不大,最大反射率一般不超过4 0 dBz,相对云顶高度可伸展到1 0.0~13.0 km,强弱雷暴差别不大。雷暴持续时间大约为30 min左右,主要发生在13:00~19:00(北京时,下同)之间,峰值出现在16:00左右。此外,在晚上也有弱对流,最大反射率约为20 dBz。高原雷暴天气层结具有与平原雷暴完全不同的特征,一般为整层弱不稳定,高度可以伸展到100 hPa,整层不稳定能量不大,强雷暴CAPE值平均为782 J.kg-1,弱雷暴约为406 J.kg-1,分布较均匀,不出现能量特别大的不稳定层次。近地层相对湿度有“逆湿”现象,厚度约1~2 km,平均为60%~80%(雨季后)。无论是强雷暴天气还是弱雷暴天气都具有上述相似层结。这种层结可触发对流,发展高度很高,但强度不大,能量较小。这种特殊层结揭示了高原雷暴的特殊结构。雷暴的闪电频数可以表征雷暴发展强度,通常可以建立闪电频数与雷暴单一参量(云顶高度)之间的统计关系式,从而可以利用测量闪电频数来预报雷暴的强弱,但上述关系对于高原雷暴并不适用,必须建立闪电频数与多参量之间的综合关系。     

雷雨天气对徐州地震台体应变的影响

雷雨季节是地震仪器损坏和资料受干扰的高发期,该时期常常有强降雨并伴有雷暴现象,而雷暴对地震资料的影响容易被忽视。通过对徐州地震台雷暴日的气压、体应变分钟值观测数据的分析,发现雷暴天气引起的气压变化会对体应变的观测数据产生干扰。     

On the generation of charge layers in MCS stratiform regions

We suggest a quantitative one-dimensional model treating the formation of charge layers near the 0 °C isotherm in stratiform regions of mesoscale convective systems. A number of factors principal for the field generation have been taken into account: both non-inductive and inductive melting charging, light ions, a complicated profile of the vertical air velocity near the 0 °С isotherm, the boundary conditions proper for the horizontally extended systems in the global electric circuit. Non-inductive collisional charging near the 0 °C isotherm was not considered. It was found that both non-inductive and inductive melting mechanisms can contribute; the inductive melting charging of ice aggregates was found more preferable, while the contribution of non-inductive mechanisms might be significant depending on particular conditions. The role of light ions in the formation of the positive charge layer near the 0 °C isotherm may be important. If the advection from the convective region ensures charge inflow to the upper charged layers, the melting charging mechanisms are able to explain an observable electric field structure in the whole stratiform region. It is important that the mutual position of the zero point on the vertical air velocity profile and the point of maximum melting-charge-transfer determines the fine structure of the electric field in the vicinity of the 0 °C isotherm.     

C.T.R. Wilson versus G.C. Simpson: Fifty years of controversy in atmospheric electricity

Two British scientists, G.C. Simpson and C.T.R. Wilson, held contrasting views on the electrical polarity of thunderclouds for nearly half of the 20th century. Simpson's perspective was dominated by the measured charge on rain, by the breaking drop theory for the charging of raindrops, and later, by the branching behavior of lightning flashes. Wilson's view was dominated by his work on the field changes accompanying lightning, by his knowledge of the corona current from the ground beneath electrified clouds, and ultimately by his unifying global circuit hypothesis, requiring a source current to maintain a negatively charged Earth against dissipation. Simpson's observed tripole structure of thunderclouds provided partial resolution to the controversy, but the main positive dipole supported Wilson's view, which survives today.     

A modelling study of the effect of ice particle sizes and relative velocity on ice crystal/graupel collisional charge transfer

The effect of ice particle sizes and relative velocity on the sign of charge transfer during graupel/ice crystal interactions in thunderstorms is considered based on the concept of the Relative Growth Rate Hypothesis that the ice surface growing faster by water vapour diffusion charges positively. Diffusional growth rates of ice crystals and riming graupel particles are calculated for various particle sizes and velocities, and the sign of charging during crystal/graupel collisions is determined. The study reveals that larger graupel charges more negatively, while larger ice crystals, or higher relative velocity, lead to increased positive graupel charging.     

西北区东部一次雷暴天气过程的诊断分析

利用实况观测资料对出现在陕西地区2006年8月14日的一次雷暴过程进行诊断分析,结果表明:(1)此次雷暴过程的发生与500 hPa短波槽的东移发展以及副热带高压迅速南退有密切关系,同时对流层低层鞍型风场的存在有利于强对流云的发生发展;(2)雷暴过程前干暖盖的存在和维持有利于不稳定能量的聚积同时也抑制了水汽的垂直输送,不稳定层结的存在为雷暴的发展提供了重要机制.(3)动力学诊断分析显示,强PV中心的东移发展与此次雷暴过程密切相关,高空的强辐散和低空的强辐合是此次雷暴过程非常重要的动力学机制;(4)临近预报可分析临近站点温、压、湿风的垂直层结特征,参考上游站点的天气演变,密切监视雷达探测到的雷暴对流系统的移向、移速以及强度的变化做出合理预报.     

低纬高原雷暴的气候特征分析

利用云南113个观测站1971—2005年雷暴观测资料,通过数理统计、小波分析和EOF分析,研究了云南雷暴的气候变化特征。结果表明:云南年雷暴日数较多,年际变化较大,年雷暴日数有减少的趋势,每10年雷暴日数减少12天;云南雷暴季节变化显著,由冬至夏,雷暴逐渐增多;由夏至冬,雷暴逐月减少。5~10月云南雷暴出现2个或3个雷暴中心且雷暴中心少动,雷暴主要活动区集中在25°N以南、103°E以西区域。10月~4月雷暴主要活动区位于25°N以南的区域,云南省雷暴基本呈现由南向北逐渐减少的特征。从小波分析的结果看,云南雷暴具有2,4,6年的短周期和8,11年的长周期振荡变化,其中以4年和11年振荡周期为主要特征。根据EOF分析,云南雷暴异常空间分布主要有以下几类:夏半年为全区一致型、东南—西北型、东北—西南型、纬向型、经向型;冬半年为全区域型、纬向型、东南—西北型、经向型和局部区域型。