北京强雷暴的地闪活动与雷达回波和降水的关系

对2000-2001年发生在北京地区的8次天气过程进行了闪电与降水特征的统计分析，并针对两类典型暴雨和冰雹天气进行了详细的雷达、闪电特征分析。结果表明：降雨和降雹天气的地闪特性具有明显差异。降雹天气的正闪比例较大，特别在降雹前正闪频数增加剧烈。闪电通常发生在45dBZ以上的回波区，比目前“闪电在中纬度通常发生在30～45dBZ”等其他一些研究结果偏高。     

两次雷暴的地闪及降水宏微观特征

用地闪及TRMM卫星等资料,分析四川两次长生命期雷暴的地闪及降水的宏微观特征。结果表明:在"副高边缘效应"及高空槽的影响下,两次雷暴均主要发生于夜间的川西高原以东地区,且主要以多单体系统及单体的形式出现。宏观上,雷暴系统或单体中心区地闪频数峰值提前或同步于降水量峰值出现;而于雷暴系统或单体边缘区地闪频数峰值则易滞后于降水量峰值。雷暴微物理结构上看,两次过程中的双单体或单体雷暴基本可等效为双极性电荷结构,负地闪放电主要源于雷暴系统中较低的云水及可降水强中心区域,而正地闪放电则源于较高的云冰强中心的边缘处。雷暴中正、负地闪的比率分别与云冰及云水区域距离地面的位置有着直接的联系。     

我国地闪活动和降水关系的区域差异

利用我国部分地区2005年的地闪定位资料和气象台站雨量观测资料,由南向北选取我国四个不同气候带区域(区域1～4),分析了这些区域的地闪活动与降水的相关关系。结果表明,由南向北及气候特征由潮湿趋于干旱的区域的地闪活动和降水相关性增强。闪电活动与有闪电降水(即对应闪电的降水)日变化的线性相关系数在由南向北的区域分别为0.56、0.46、0.56、0.80,旬变化的线性相关系数分别为0.73、0.86、0.89、0.92,月变化的线性相关系数分别为0.74、0.88、0.965、0.99;较干旱的区域3和区域4的地闪活动与所有降水的时间序列有较强的相关性,其线性相关系数日变化分别为0.31、0.41,旬变化分别为0.84,0.52,月变化分别为0.93、0.80;地闪与降水的空间线性关系相对复杂,但也表现出由南向北和气候趋于干旱对应关系增强的特征,区域4的闪电和降水相关性达到0.54。分析区域中较干旱地区的雷暴活动产生机制(主要受热力抬升作用)相比潮湿地区(既受热力抬升作用,又受大尺度系统相互作用)更为单一,这可能是干旱地区的闪电活动与降水有较好相关的重要原因。     

雷暴单体所产生降水的预报

在夏季,人们常遇到"雷声大雨点稀"、"只刮风不下雨"这样的天气.出现这种局地天气,绝大部分是雷暴单体造成的.所以,掌握雷暴单体结构、地面流场和降水特征,有助于对夏季局地天气的预报.     

甘肃中川地区雷暴的地闪特征

利用在甘肃中川地区一次雷暴过程的５站电场变化同步观测资料,对１９９６年８月１２日的４次地闪过程分析发现甘肃中川地区负地闪回击所中和的负电荷离地高度为２．７４～５．４１ｋｍ（对应环境温度为－２．０～－１５．０℃）,而正地闪回击所中和的正电荷离地高度低于２．０ｋｍ（对应环境温度为±５．０℃）。正地闪放电过程较负地闪中和的电荷量要大７倍左右。在雷暴初期及活跃期前期,地闪回击发生之前有持续１７０～３００ｍｓ的云内放电过程,它发生在云下部正电荷区和主负电荷区。与雷达回波的对比发现,负地闪发生在雷暴大于２０ｄＢｚ的强回波区或４０ｄＢｚ强回波边缘而正地闪却发生在相对较弱的回波区域。     

雷暴单体所产生降水的预报

在夏季 ,人们常遇到”雷声大雨点稀”、”只刮风不下雨”这样的天气。出现这种局地天气 ,绝大部分是雷暴单体造成的。所以 ,掌握雷暴单体结构、地面流场和降水特征 ,有助于对夏季局地天气的预报。1　雷暴单体的结构及地面流场雷暴单体自西向东移动时 ,云体前部是上升区 ,对应地面为低压辐合运动区 ;云体中后部是下沉运动区 ,对应地面为高压辐散运动区。由于局地雷暴为中小尺度 ,不考虑地转偏向力的影响 ,因而空气水平运动方向基本和气压梯度力一致 ,在云体前部 ,由四周向低压中心辐合 ,在云体后部 ,有小高压中心向外辐散。云体前部的小低压 …     

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。     

地闪与对流性天气系统中降水关系的分析

利用１９９７年夏季在中国科学院兰州高原大气物理所平凉雷电与暴雹实验站设置的３站闪电定位系统所取得的地闪资料与雷达、降水及探空等资料进行了对比分析,发现地闪与对流性天气中的降水有较好的相关性,这种相关性用来对一般性对流天气中降水进行估测是可行的。通过非线性回归近似拟合得到平均雨强与对应时段内的地闪数回归方程为Ｒ＝１．６９２ｌｎＦ－０．２７３,相关系数ｒ为０．８６４１。同时地闪频数与层结最大不稳定能量一样能够指示对流性天气的发生和发展。     

四川盆地地闪与对流性降水和雷达回波的关系

利用ADTD型闪电观测资料、SWAN拼图资料及成都CINRAD/SC多普勒天气雷达数据,对2009—2011年12次区域性大暴雨过程中的100个地闪、强降水个例和雷达回波的特征及时间关系进行了统计分析。结果表明:负地闪频数和降水强度随时间的变化较一致,有单峰、多峰的特征;负地闪频数越高,出现强降水的可能性越大;持续性强降水开始之前6~30min,83%的事件伴随有负地闪频数突增并持续性增长的现象,56%的事件有负地闪频数峰值出现,地闪频数突增对持续性强降水的开始有较好的指示意义;负地闪频数峰值出现之后的6~30min,67%的事件有出现降水量峰值,负地闪频数峰值的出现可预示雨强峰值的迅速到来;此外,在强回波移动方向的前方常伴有弱的负地闪活动,负地闪活动主要集中在35dBZ以上的强回波区,且移向与强回波的移动方向较一致。     

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。     

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、8.8μs和111.0μs,几何平均值为3.7 ms、35.6ms、36.5 ms、7.4μs和98.2μs;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、11.5μs和297.3μs,几何平均值为3.0 ms、57.8 ms、60.0 ms、10.0μs和217.9μs。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。     

河南省强雷暴地闪活动与雷达回波的关系探析

利用ADTD雷电定位显示监测系统资料和郑州714CD多普勒雷达回波资料,对河南省2004--2006年8次雷雨大风伴局地冰雹和强暴雨两类强雷暴天气的地闪和雷达回波的特征及关系进行了分析,从观测事实出发,分析了河南8次强雷暴地闪活动与雷达回波的关系。结果表明:大风冰雹类回波强度为50～60 dBz,暴雨回波强度一般为40～55 dBz。暴雨地闪频数明显多于大风冰雹类;大风冰雹类天气以正闪为主,正闪比例在50%以上,暴雨正闪比例在6%以下;最大正、负闪强度可以出现在强雷暴过程的开始、持续、结束时段。块状单体回波出现或出现前,地闪已经出现,移动过程中的强回波带,少量地闪出现在强回波移动方向的前方20～30 km内,此地闪能很好地预示强回波未来移动方向;对于暴雨类天气,地闪不能很好预示降水的开始,地闪频数的增加预示强暴雨进入持续阶段,地闪减弱比暴雨回波减弱有明显的提前量。雷雨大风冰雹和暴雨持续阶段其正闪密集区和负闪密集区都同40 dBz的强回波区有很好的对应关系。雷雨大风持续阶段地闪数频数突增,整个时段地闪频次具有单峰特征;暴雨整个时段地闪频次具有双峰或多峰值特点以及高频数地闪持续性特点;1小时地闪频数强暴雨远大于雷雨大风冰雹类。暴雨类0℃、-10℃、-20℃层高度及云顶高度一般高于大风冰雹类,△H_(-10～0℃),△H_(-20～0℃),△H_((?)～0℃)三层高度差也大于大风冰雹类。     

甘肃中川地区雷暴地闪特征的初步分析

本文分析了1987年6月28日甘肃中川地区一次雷暴过程中地面4个测站的电场资料,并定量估算了4个地闪的8个回击所中和的电荷量及其高度。负地闪回击所中和的电荷离地高度为4km左右(对应的环境温度为-11.2℃),而正地闪回击所中和的电荷离地高度为2km左右(环境温度+4.9℃)。负地闪大多发生在云闪后的电场恢复阶段,且在开始时往往具有持续几百毫秒的云内放电过程。其激发过程可能是首先在云底部正电荷区产生向上传输的持续正流光,导致云中部负电荷向下移动,并引发向下传输的负先导,最终导致地闪回击的发生。     

广东地闪时空特征及与降水关系分析

利用2016—2020年粤港澳闪电定位数据和广东86个国家地面观测站逐小时降水资料,分析了广东地闪频次和地闪强度的时空分布特征,以及地闪与降水量、强降水频次之间的相关关系。结果表明：(1)广东逐月地闪频次与降水变化均呈双峰型分布,峰值在6和8月,两者相关系数达到0.95。日变化中,地闪频次高值集中在12:00—20:00,占比为61.4%;地闪频次与逐时雨量均为单峰型,峰值出现在15:00,两者相关系数0.90。(2)地闪密度大值区以广州为中心向四周递减,中心值达到33次/(km²·年)以上;地闪强度分布与地闪密度相反,地闪密度大的地区,其平均地闪强度小。(3)全省大部分地区地闪密度与降水量、强降水频次相关性强,而在粤东及粤北地区相关性较差。相较于降水量,地闪密度大值区与强降水频次的相关性更好;而地闪强度与降水量的相关性,比其与强降水频次相关性要更好。     

华中地区不同地形下的雷暴地闪特征分析

利用湖北省2013-2018年6-8月ADTD闪电探测数据对该地区的闪电活动进行特征分析后发现,地闪密度和日变化特征与地形密切相关,其中,闪电密度高值区出现在海拔500～1500m的中尺度山脉向平原的过渡地带以及山脉之间的平原(河谷)地区;山区的地闪集中在午后至傍晚时段,具有明显的单峰特征,平原的地闪日变化相对平缓,虽...     

两次雷暴过程的地闪及回波特征

利用闪电定位系统、多普勒天气雷达、探空和降雨量资料,对南通地区2009年两次雷暴过程的地闪、降雨量和雷达特征进行了详细分析。结果表明:闪电主要集中在较强回波区域,40dBz及以上回波区域地闪尤为密集,但也有部分地闪尤其是正闪,发生在强回波边缘或回波弱的地方;40dBz回波高度突破-10℃温度层结高度的时间提前于第1次地闪,与地闪频数的变化一致性高;雷暴云发展过程中40dBz及以上雷达回波面积和地闪频数跳变较为一致,但出现连续降水时回波面积虽大,地闪频数反而减少;逐时降雨量和观测站周围20km范围内的地闪频数与时均40dBz及以上回波面积的相关性非常好。     

雷暴持续时间与地闪活动的预报方法研究

根据2007—2008年6—8月湖南地区地闪定位、天气背景及探空资料,利用天气学分型及数理统计等方法,对湖南夏季雷暴的天气背景、持续时间以及雷暴过程中地闪的活动进行分析,定义的地闪频数指数(Icgf)可以较好地区分地闪活动等级;利用逐步回归方法分别得到了雷暴持续时间及地闪频数指数的预报方程,且均通过的信度检验,并进一步提出了各地闪活动等级预报的诊断指标。     

云南两次中尺度对流雷暴系统演变和地闪特征

在利用NCEP/NCAR再分析资料诊断分析2010年9月21—23日中尺度对流雷暴系统形成的环流背景基础上,通过云南省闪电定位系统地闪监测资料和FY-2E卫星云图资料的同步叠加, 分析两个中尺度雷暴系统的演变和地闪特征。结果表明:台风凡亚比 (1011) 西行减弱的热带低压为中尺度对流雷暴系统提供有利的暖湿和抬升动力环流背景,促使中尺度弧状对流云带、中尺度雷暴云团和中尺度对流复合体生成和发展。雷暴云团结构和地闪活动空间分布不均匀并随时间变化,且正、负地闪频数与云顶亮温 (TBB) 相关,当TBB降低和等值线密度变大,雷暴云团发展,低TBB中心偏于云团的前部云区,负地闪频数剧增;当TBB达最低值时,雷暴云团成熟,负地闪频数达峰值,正地闪出现;当TBB升高且等值线密度变小时,雷暴云团减弱,低TBB中心靠近云团中心,负地闪频数迅速减小,正地闪频数达到峰值;密集的负地闪出现在雷暴云团前部大的TBB梯度区和TBB不大于-56℃的低值中心附近,正地闪分散在TBB不大于-56℃的低值中心附近,偏于负地闪区域后部发生。     

一次全省性强雷暴天气的地闪特征

2009年6月26日浙江出现全省范围的雷暴天气,此次过程中出现的地闪频数是自2006年闪电定位系统建立以来出现最多的一次。利用闪电定位实测资料、加密雨量站雨量实况以及多普勒天气雷达产品,对这一过程的地闪特征进行了分析。结果表明:此次地闪以负地闪为主,负地闪广泛分布于25～55dBz雷电回波区域内,而正闪多出现在25～35dBz回波中;地闪多出现在回波发展和前进的一侧,且密集分布在回波的梯度最大处,强回波中心处地闪较少出现;在回波开始减弱到中心强度为35dBz左右的区域没有地闪发生。地闪频数与全省过程累积降水量有很好的相关性,地闪的出现及其频数的增加意味着影响某地的强对流风暴正在发展或正向本地移来,对于单站来说雨强峰值滞后于地闪频数峰值半个小时以上,对于全省累积降水量则提前1～2h。因此地闪资料可以作为强对流天气的短时强降水预报的预警依据。     

基于大气层结和雷暴演变的闪电和降水关系

选取2006—2008年发生在北京及其周边地区的28次雷暴过程,基于大气不稳定度参数和雷达参量对雷暴过程进行分类,分析了不同分类条件下的总闪电活动 (SAFIR3000三维闪电定位系统观测) 和对流降水 (雷达反演) 的关系。结果表明:整体而言,总闪对应降水量的平均值为1.92×107 kg·fl-1。依据对流有效位能和抬升指数对雷暴进行分类的分析表明,较强的不稳定状态对应了较小的总闪对应降水量,同时总闪频次和对流降水量的相关性更好。基于雷达特征参数的分类分析表明,总闪对应降水量在对流运动较弱情况下最小,其次是对流运动较强的情况下,而对流运动适中时最大。