山东半岛一次强飑线过程地闪与雷达回波关系的研究

利用山东省气象局地闪定位资料和青岛多普勒雷达资料,分析了2007年7月31日发生在山东半岛一次强飑线过程的地闪活动演变特征以及地闪活动与雷达回波特征的关系.结果表明,此次过程中地闪异常活跃,最大频数达到1 212 fl· (10 min)-1,但正地闪仅有15次.在飑线系统快速发展阶段,地闪频数出现了两次“跃增”现象,地闪频数随时间的增加呈“阶梯状”发展特征.地闪主要集中发生在6 km高度上雷达回波≥35 dBZ的区域,地闪频数与45 dBZ以上强回波面积的相关系数达到0.89,但也有少量地闪零星分布在弱回波区域.地闪频数与45 dBZ回波顶高的相关性要好于与35dBZ和50 dBZ回波顶高的关系,二者之间的相关系数为0.71.为了定量分析对流强度与地闪频数之间的关系,定义了8个对流强度指数,其中0℃层以上所有强回波的反射率因子值之和与0℃层以上所有强回波的反射率因子值与所在高度的乘积之和以及地闪频数的关系非常稳定.对比分析不同强度的对流系统,发现不同雷暴天气过程中的对流强度与地闪频数的关系明显不同,即对流越强,相应的对流强度与地闪频数的相关关系也越好.另外,在飑线系统的发展演变过程中,地闪频数与0℃层以上和7～11 km高度的冰相降水含量也存在着非常密切的关系,相关系数均在0.8以上.     

深圳一次强飑线过程的闪电频数与天气雷达回波关系分析

利用深圳市气象局的闪电定位网资料、多普勒雷达资料和常规天气资料,分析了深圳地区2012年4月一次强飑线过程的地闪变化特征以及闪电活动与雷达回波特征的相关性。结果表明,在整个飑线过程中随着时间的推移,正地闪占地闪总数的比例虽然有所增大,但负地闪仍然占绝对优势,正、负地闪主要发生在30 dBZ以上的强回波区,地闪分布与雷达回波强度表现出很好的对应关系;在-10 ℃、-15 ℃和-20 ℃三个高度层上,雷达回波强度的每一次跳跃变化都对应着地闪频数的跃增,且地闪频数跃增的时间与回波强度跃增时间一致,其中-20 ℃层高度上回波强度与地闪频数相关性最好;在飑线过程不同阶段,雷达回波强度的概率密度分布等特征量可以反映闪电频数在相应时期的变化;另外,强回波面积与闪电活动也有较好的相关性,其中-5 ℃层高度上超过40 dBZ的雷达反射率面积与地闪频数的相关系数为0.90,其对数拟合优度R2为0.798,各温度层上相关系数最高项的线性拟合效果均好于对数拟合。      

广东一次强飑线过程的地闪变化特征分析

利用广东的地闪定位资料、天气雷达资料、卫星资料以及探空资料,对2014年3月31日广东的一次飑线过程的地闪活动进行分析。重点分析飑线过程地闪活动变化特征以及地闪活动与同期气象观测资料的关系。分析表明:飑线发展初期,地闪活动快速增加;在旺盛阶段,地闪频数维持较高水平;减弱阶段,地闪活动明显减少,在整个飑线发展过程中,负地闪活动占主导地位,正地闪比峰值落后于地闪频数峰值约在1 h出现;飑线过程单位面积内92.8%的地闪活动发生在组合反射率>40 dBz的回波区,其中组合反射率>60 dBz的回波区地闪活动最为活跃;飑线旺盛阶段,在雷达图上表现出明显“弓形回波”、速度模糊以及明显的速度辐合等强对流天气特征;TBB亮温≤220 K区域与闪电活动的密集区域有很好的对应关系;地闪活动活跃期:温度露点差垂直分布呈现明显的不稳定层结特性,在湿度垂直分布主要表现出“上干下湿”型和“湿层深厚”型两个阶段,飑线的旺盛发展阶段中低空有强的垂直风切变。     

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。     

飑线系统中的闪电活动与雷达回波特征的相关性研究

基于北京宽频带闪电网（Beijing Broadband Lightning Network,简称BLNet）获得的全闪三维定位和多普勒天气雷达等资料,详细分析了2015～2017年北京暖季7次强飑线过程的闪电活动与雷达回波强度之间的关系。结果表明,闪电主要发生于前部线状对流云区内且集中分布在30 dBZ以上的强回波区域,少部分的闪电分布在后部的层状云区域内。从闪电辐射源三维分布结构可以发现,闪电活动大部分处在6～11 km的高度范围。将能够同时反映强回波深度和面积的0～?30°C温度区域内大于30 dBZ雷达回波体积（V_30dBZ）作为强回波指标,并与闪电活动进行统计分析发现,整体上在7次飑线过程中,总闪频数和V_30dBZ存在较好的相关性,其中5次过程的闪电频数峰值同时或提前于V_30dBZ的峰值出现,二者的时滞相关系数超过0.61,提前时间为0～96 min。另外两次过程中闪电峰值落后于V_30dBZ峰值,落后时间分别为30 min和60 min。研究结果不仅对认识闪电与对流活动的关系有重要的科学意义,也可为闪电资料在数值模式中的同化应用提供科学依据。     

多普勒天气雷达与雷电预警关系研究

选取湖南省长沙站的多普勒雷达资料,根据闪电定位仪数据对发生闪电和未发生闪电的雷暴单体的雷达回波资料进行对比分析验证,给出雷达回波顶高和VIL的雷电预警指标,并结合雷暴单体的速度场信息,提前0-30 min做出雷电预警,对该地区的雷电预警提供一定的技术支持。     

一种雷达回波飑线智能识别的方法

提出一种雷达回波图像中飑线特征自动识别的方法。以多普勒天气雷达探测资料为主要数据源,对雷达探测到的基本反射率的空间分布和强度进行分析,通过数值预处理、高通滤波、二值化降噪、图像特征提取、目标物的中轴线提取,以及飑线形态分析等一系列步骤,实现对雷达飑线特征的智能识别。克服了回波高值区域不连通、碎块化对飑线自动识别造成的困难。通过4次强对流天气个例检验,飑线自动识别的准确率达到75%左右,尤其对呈现直线或劣弧状,且边界清晰的高值回波区,具有更高的识别成功率。该方法将以往需要由气象专业人员主观分析、判读雷达回波图像的工作自动化、客观化,可提高飑线识别、强对流天气预警相关业务的准确性和时效性。     

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。     

一次飑线转向和强度演变的雷达回波分析

利用单站雷达回波资料,揭露出飑线的走向和强度演变的客观事实和详细过程,结合其他气象资料和当地的地形条件,对其演变的机制进行了较深入的探讨,最后提出了对强对流天气监测和短时预报有用的结论。     

一次强飑线过程多尺度回波系统特征分析

采用自动气象站观测资料、MICAPS天气图、江西二维和三维雷电数据和江西WebGIS雷达拼图等多源资料,分析了2021年5月10—11日江西强飑线天气过程的回波系统特征。结果表明,当江西处于500 hPa槽前、100 hPa出流区、850 hPa切变线和西南急流和925 hPa西南倒槽之中,有利于出现冰雹、雷暴大风、强雷电等天气;一次飑线过程有若干个不同尺度回波系统过程,中尺度对流回波系统、局地热对流雷暴回波、雷暴回波群、A飑线回波带、辐合线雷暴回波带、B飑线回波带等多尺度回波系统;直径d≤2 cm的冰雹发生在组合反射率(Composite Reflectivity,CR)回波强度超过60 dBZ并且强回波面积超过100 km~2的回波中,当CR强度超过65 dBZ并且强回波面积超过300 km~2时,容易出现d≥5 cm的大冰雹。     

利用TRMM卫星资料对河南一次强飑线过程的闪电活动分析

选取一次飑线过程的3次TRMM卫星同步轨道观测数据,分析了飑线中闪电与雷达回波的关系,结果表明：81％的闪电发生在7km高度雷达回波大于35dBz的像素附近。闪电绝大部分发生在对流降水区,占总闪电数的94％。发生闪电的对流单体其7km最大雷达反射率一般大于35dBz,6km与9km最大雷达反射率因子之差在15dBz以下,其数量占到总数的85．7％。对流单体雷达反射率中值廓线能够较好地表示单体闪电频数。     

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。     

辽宁省一次强对流天气的地闪特征

利用闪电定位系统、多普勒雷达和加密自动站资料对辽宁一次冷涡天气中暴雨、冰雹过程的地闪变化特征进行分析。结果表明,暴雨和冰雹过程均出现了地闪密集区,冰雹过程中正地闪占总地闪比例高于暴雨过程;暴雨过程以负地闪为主,主要分布在45 dBz以上的强回波区内,和暴雨持续时间相当,负地闪最密集区位于风暴的核心部位。负地闪频数比强回波面积提前30至70分钟到达峰值,对于短时暴雨预报预警具有一定意义。冰雹过程中,负地闪集中在雹云前部,正地闪位于雹云核心部位,与降雹区一致,正、负地闪发生区域分离。正地闪提前降雹30分钟左右发生,总地闪、正地闪频数在降雹前明显增加;降雹出现在总地闪、正地闪频数和强回波面积达到峰值及从峰值迅速下降时间段内;雹云减弱消散阶段总地闪次数减少但正闪增加。     

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。     

北京地区雷暴的雷达回波特征与闪电活动的相关关系

基于雷达资料以及SFAIR 3000闪电定位资料分析了北京地区14次雷暴过程,研究了闪电活动与雷暴的雷达回波反射率体积的相关性。结果表明：反射率体积与总闪频次有着较好的相关性,其中-15℃层以上超过30 dBz的反射率体积与总闪频次的相关系数为0.89,其指数拟合优度为0.83。北京地区雷暴的单个闪电表征回波体积（VPF）在闪电活动开始时期有较高的水平,但在闪电活动结束时期较小。VPF还可作为闪电活动消亡的指示因子。     

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.     

江西省地闪特征及其与雷达特征量关系研究

利用2013—2020年3—9月江西省多普勒天气雷达和地闪观测资料,对地闪分布特征及其与雷达主要特征量之间的关系进行统计分析。结果表明：江西省地闪频数从东北到西南逐渐减小,其北部鄱阳湖平原为地闪频数高值区;地闪频数具有明显的季节变化和日变化特征,总地闪频数在16:00达到一天的峰值;地闪频数与低层（3km）雷达回波强度的关系可用对数拟合方程来描述,地闪频数与低层雷达回波面积的变化趋势正相关,回波越强相关性越强,但二者存在位相差,地闪增加先于回波面积增加的情况约占57%～60%,大多数情况下可在18min内发现两者均有增加;箱线图特征显示,随着回波强度增大,地闪发生时的回波伸展高度相应减小,而回波厚度略增大,从而得出不同强度回波的地闪发生格点周围10km半径范围的雷达回波特征。     

浙江省两套闪电定位系统地闪数据对比

针对2009—2013年浙江省气象部门和电力部门闪电定位系统 (lightning location system, LLS) 监测的地闪 (cloud-to-ground lightning, CG lightning) 数据,从时空分布及探测效率等方面对两者进行对比。结果表明:电力部门LLS监测的年平均地闪频次稳定大于气象部门LLS监测的年平均地闪频次。从空间分布看,沿海平原和金衢盆地等平原地带,两者的地闪密度相近;在杭州和衢州交界地区,气象部门LLS监测的地闪密度稳定大于电力的地闪密度;在其他地区 (如浙西北、浙中南部和浙南等大部分地区),电力部门LLS监测的地闪密度稳定大于气象部门LLS监测的地闪密度。利用雷暴日数对两者的探测能力对比可知,气象部门LLS对一些较弱雷暴天气过程中的地闪有漏测可能。利用雷击跳闸记录对比分析,电力部门LLS逐年探测效率稳定高于气象部门LLS的探测效率,两者相差约6%。     

云南中部一次飑天气过程的雷达回波特征

利用地面资料和雷达回波，分析了2002年9月8日云南中部一次飑天气的发生、发展和演变情况，得出低纬高原飑天气出现时天气和要素变化为：雷暴最先出现，随后湿度急升，气温直线下降。在这突变过程中出现大风、大雨和冰雹，气压出现跳跃。飑线水平尺度长不到100km，宽仅10km，生消史两个小时左右。其雷达回波有前期征兆，发生演变过程，有一定特征。