闪电起始过程时空特征的宽带干涉仪三维观测

闪电的起始位置和起始阶段发展速度是闪电研究中的重要问题。2010年夏季,使用架设在广州市从化区的两套甚高频 (VHF) 宽带干涉仪对闪电的起始阶段放电过程进行三维定位观测。对观测数据给出的地闪和云闪的起始高度分布特征以及起始阶段击穿过程的时空发展特征进行统计和对比分析,结果表明:闪电的起始高度分布呈双峰值特征,分别在5.0 km和8.8 km有两个明显的分布峰值,符合雷暴云三极性总体电荷结构的描述。对起始阶段闪电放电发展速度的计算表明,云闪和地闪在起始阶段的前15 ms内的平均发展速度均在104~105 m·s-1量级之间;多数云闪、地闪起始阶段前15 ms内的平均发展速度表现出减速趋势,但云闪个例中起始阶段前10 ms存在减速趋势的比例更高,且其中在前15 ms一直保持减速趋势个例所占比例也大于地闪。云闪和地闪的起始阶段放电过程的发展方向有向上、向下和水平发展3种情形,可用于指示闪电始发位置的环境电场方向。     

华北飑线系统中地闪活动与雷达回波顶高的关系及预警指标

选取代表华北地区经常出现的三类飑线系统--拖曳层状型(TS)、先导层状型(LS)、平行层状型(PS)的3次强雷暴过程为研究对象,利用天津塘沽多普勒雷达资料、京津冀ADTD型地闪监测网资料和北京探空资料,在对资料进行全面质量控制的基础上,运用粗网格化分析方法,分别以飑线系统整体和飑线系统上局部的强回波块为研究对象,探讨6分钟内地闪频数与雷达回波顶高的关系,找寻雷电预警指标.结果表明:3次过程中,出现在云顶达到8～12km 对流云塔中的地闪频数分别为85.8%、78.9%和80.5%;无论是在飑线系统整体,还是飑线系统上强回波块中,6分钟内地闪频数与对流云回波顶高高于11km或12km的回波面积有正相关关系;而且在飑线系统内的地闪活跃区,回波顶高高于11km的回波面积对地闪活动激烈程度具有预警意义.     

闪电电磁辐射中的爆发式窄脉冲序列分析

分析了发生于闪电放电过程中一类特殊放电现象\_\_爆发式窄脉冲序列。结果表明, 在30 min内测得的69例闪电放电过程中, 全部存在此类爆发式窄脉冲序列。针对6例典型闪电中包含的190例爆发式窄脉冲序列进行了详细分析, 发现窄脉冲典型宽度约为1 μs, 典型脉冲间隔4~8 μs。根据脉冲时间间隔变化和极性转换将其划分为正常型、 反向型、 对称型和反转型。负地闪和云闪产生的爆发式窄脉冲序列特征无明显差别, 而正地闪中的爆发式窄脉冲序列极性反转较为频繁。分析认为, 不同类型的RBPs可能对应流光等击穿过程在不同极性小电荷区间行进的过程。     

一次特大暴雨过程三维和二维系统闪电特征对比分析

利用三维(ADTD-2C)和二维(ADTD)闪电定位系统资料,对比分析了湖北省一次特大暴雨过程中两套系统闪电活动特征,得出以下结论:(1)本次过程中地闪多于云闪,二者均以负极性为主.(2)三维系统正地闪在地闪中的占比低于正云闪在云闪中的占比,高于二维系统正地闪在地闪中的占比.(3)三维系统雷电流幅值集中分布在0～30 ...     

基于光学资料的广州塔附近下行地闪特征

利用2009—2014年广州高建筑物雷电观测站的光学观测资料,结合雷声和电磁场变化波形,对广州塔（高度为600 m）西北部60°扇形区域3 km范围内的119次下行地闪分布特征进行统计分析,结果表明:43.7%（52/119）的地闪发生在区域内4个最高的建筑物上;除了直接击中广州塔的20次地闪（16.8%）,距离广州塔附近0~1 km的区域未观测到地闪,观测到的距广州塔最近的地闪离广州塔约1.2 km;距广州塔1~2 km的区域共观测到35次地闪（29.4%）,其中每个高度低于300 m的建筑物被击中的次数不超过1次;距离广州塔2~3 km区域共观测到64次地闪（53.8%）,其中有些高度低于300 m的建筑物被地闪击中1次以上,最多达5次。广州塔对附近区域下行地闪的吸引作用使其附近1 km左右范围内未观测到地闪,且1~3 km范围内随距离增加下行地闪密度（扣除击中其他高度不低于300 m的建筑物的地闪）有逐渐增加趋势,说明高建筑物对下行地闪的吸引作用随着距离的增加而逐渐减弱。     

Fine-resolution simulation of cloud-to-ground lightning and thundercloud charge transfer

2-D 12.5 m-resolution simulations of cloud-to-ground (CG) lightning discharge processes have been performed using an improved stochastic lightning model for different types of cloud charge distributions, such as dipole, tripole, bi-dipole and multi-layer charge structures produced from the numerical simulation of thundercloud electrification. The modelling produced the fine branched channel structure of CG lightning and the results illustrate the relations between CG lightning channel propagation and cloud charge distribution. The simulated features of CG lightning are associated with the observed results. The simulation studies are essential in our understanding of complex charge transfer processes caused by CG lightning discharges in thunderclouds. The induced charges of opposite polarity are deposited or embedded in the local volumes where the bidirectional leaders passed during a CG lightning discharge. Although the embedding affects charge structure only in a pair of significant positive and negative charge regions closest to the ground, the electric field strength acutely weakens and electrostatic energy in thunderclouds is significantly consumed when the discharge terminates. In addition to simulating the upward and downward breakdown of the initial leader to ground and the ensuing return stroke (RS), the simulation assumes that current continues to flow in the channel to ground and determines the upward breakdown until the end of the discharge. For the subsequent discharge sub-process, the upward leader channel tends to transfer the charges with the same polarity as the RS, while the downward leader channel favors transfer of opposite charge to ground. In the sub-processes of a few CG flash simulations, the magnitude of the opposite charges from the downward leader exceeds that of charges with the same polarity from the upward leader so that the net charges transferred to the ground have a reversed polarity to the RS. The simulation presents similar features of CG lightning as those observed in realistic bipolar CG lightning.     

雷暴云电结构与闪电关系初探

利用雷暴云偶极性电结构理论,结合卫星和雷达资料分析了不同荷电结构下地面电场。结果表明:当正电荷中心高度越高、负电荷中心高度越低,形成的地面负电场越大,越有利于地闪的形成;负地闪发生后或云砧下方,地面电场成正极性,易引发正地闪;地闪分布与雷达回波、卫星云图中雷暴云位置基本一致,结合雷达和卫星资料可初步判断正/负地闪发生位置。     

一次暖云强降水主导的对流单体闪电活动特征

利用中国气象局雷电野外科学试验基地(CMA_FEBLS)三维闪电观测数据,结合广州双偏振雷达观测数据,分析了2017年5月7日广东一次暖云强降水对流单体的闪电活动及其与云降水结构的关系。该单体在4 h内产生1250个闪电,地闪比例约24%。绝大多数闪电出现在4~12 km高度,对应温度层为0℃至-40℃;闪电放电活动的峰值高度出现在8.5 km,对应环境温度约-19℃。分析的强降水单体宏观上呈现上正、中负、下正的三极性电荷结构,中部负电荷核心区约为-8℃至-15℃。在闪电活动区域中,由干雪粒子主导区域占比约82%,霰粒子主导区域占比约11%,且大部分与闪电活动关联的霰粒子主要位于4~8 km高度。总闪频数与30 dBZ雷达回波顶高、-20℃温度层上大于20 dBZ的回波体积具有较好的相关性。闪电活动的平均位置高度与20 dBZ雷达回波顶高和-20℃温度层上大于30 dBZ的回波体积具有较好的相关关系。闪电活动与最大降水强度之间具有较好的时序对应关系,单个闪电表征降水量的值为107 kg/fl量级。     

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。     

浙江省雷击跳闸数据与闪电定位数据统计分析

利用浙江省电力部门雷击跳闸数据、浙江省气象局闪电定位数据,统计分析了2007—2011年电力雷击跳闸事故与地闪数据之间的时空分布特点、雷击跳闸事故与地闪参数及距离之间的关系。结果表明:电力雷击跳闸事故与地闪数据的日分布和月分布均为单峰结构,相关系数分别为0.9905和0.9881;空间分布虽有一定对应,但并非显著相关;导致110kV、220kV及500kV输电线路雷击跳闸的地闪强度主要集中在90kA以下,并且500kV输电线路雷击跳闸对应的电流强度相对较小;地闪与雷击跳闸事故杆塔距离、地闪与雷击跳闸杆塔对应输电线路的距离均主要集中在2km以下。     

一次中尺度对流系统的电场演变特征

综合雷达、卫星、电场、闪电定位仪等资料,分析了2009年6月5日经过南京地区的中尺度对流系统(MCS)的地闪、电场演变过程及特征。本次过程中,MCS的发展阶段正地闪占主导地位,成熟阶段负地闪占主要地位,消亡阶段层状云区的正地闪相对较频繁。将该过程电场划分为4个阶段,重点对MCS对流区的电场进行了演变过程和特征分析,并用准正态分布模式模拟了MCS的对流区电场。结果表明,准正态分布模式能够更细微地反映电场变化,模拟得到的电场和实际观测相符。     

雷暴云内电荷水平分布形式对闪电放电的影响

为了定量探究雷暴云内电荷水平分布形式对闪电类型和先导传播行为的影响,建立了典型雷暴云电荷结构模型,引入控制电荷水平分布的参数,利用改进的随机放电参数化方案,开展二维高分辨率模拟试验。结果表明:主正电荷区电荷水平分布不均匀且向中心聚集时,产生的闪电类型多为正地闪和正极性云闪,随着电荷水平分布趋于均匀,闪电类型转变为负地闪;主负电荷区电荷水平分布趋于均匀时,闪电类型由负地闪向正极性云闪再向正地闪转变;闪电先导传播特征有较大差异,电荷分布密集不均匀时,先导被束缚在电荷高密度中心,主要在电荷区内发展,当电荷分布单一均匀时,先导能穿出电荷区并水平延伸十几至二十多千米。分析两个电荷区之间的电位分布发现,电荷区电荷水平分布趋于均匀时,位势线向电荷密度中心集中,整个位势阱水平延展,闪电触发点的初始电位值有较大差异,有利于闪电类型和先导传播行为的改变。     

“0811”暴雨过程中MCC与一般暴雨云团的对比分析

利用T639 1°×1°分析场、FY-2红外云图、红外辐射亮温(TBB)、闪电定位和气柱水汽总量等资料,对2010年8月11日发生在山西南部暴雨过程(即"0811"暴雨过程)中的中尺度对流复合体(MCC)和其北部的一般暴雨云团进行了对比分析,结果表明,(1)山西北部暴雨带主要由6个β中尺度对流云团生成、发展及合并造成;山西南部区域性暴雨则由MCC的生成、发展、东移所引发。(2)山西北部的暴雨云团在850hPa暖切变线南部生成和发展,并在地面切变线附近合并;山西南部的MCC由3个β中尺度对流云团发生、发展及合并形成,该对流云团在700hPa次天气尺度切变线上触发生成;MCC发展、成熟阶段,α中尺度云团沿925hPa暖切变线东移;减弱阶段,随西太平洋副热带高压的南退而南压。(3)在西太平洋副热带高压西进北抬的背景下,同一次暴雨过程中,MCC发生在5 880gpm边缘弱的斜压环境中,高层则出现在高压北侧的反气旋环流中;一般暴雨云团发生在5 840gpm边缘较强的斜压环境中,高层则出现在急流入口区的右侧。(4)MCC作为大型的中尺度对流系统,不但对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多,而且在垂直方向上,要求湿层、高能舌及暖温结构更深厚。(5)山西南部MCC影响区和5 880gpm线边缘为负地闪覆盖区,正地闪主要出现在其北部一般暴雨云团影响区和5 840gpm线附近。与MCC相比,一般暴雨云团影响下,局地闪电开始及闪电峰值的出现较降水的开始及降水峰值的出现有更多的提前量。(6)山西北部暴雨云团出现在气柱水汽总量梯度的大值区及水汽锋上;山西南部MCC则出现在水汽锋南侧气柱水汽总量的大值区。气柱水汽总量对"0811"暴雨过程有36h的提前量,对暴雨的落区有很好的指示意义。     

冰雹过程中闪电演变和雷达回波特征的综合分析

应用闪电定位网的资料和多普勒雷达资料,分析西北地区的降雹过程,详细讨论了2004年5月15日发生在兰州皋兰的一次降雹雷雨云的闪电演变、雷达回波特征和云特定参数之间的相互关系,对此雷雨云的闪电机制和电结构进行了分析推断。在皋兰产生降雹的个例分析表明,云中液态水含量是否出现高值区,是识别降雹开始的重要因子。在雷雨云移动路径上,总闪和云闪为线状分布,地闪集中分布在降雹区,云闪最多,地闪中绝大多数为负闪。综合计算降雹时段云参数分析表明,云中降水率和含水量对产生闪电相对敏感,推断这次雷雨云的电结构可能属于上正下负的偶极子型。     

Evolution of the Total Lightning Activity in a Leading-Line and Trailing Stratiform Mesoscale Convective System over Beijing

Data from the Beijing SAFIR 3000 lightning detection system and Doppler radar provided some insights into the three-dimensional lightning structure and evolution of a leading-line and trailing-stratiform (LLTS) mesoscale convective system (MCS) over Beijing on 31 July 2007. Most of the lightning in the LLTS-MCS was intracloud (IC) lightning, while the mean ratio of positive cloud-to-ground (+CG) lightning to -CG lightning was 1:4, which was higher than the average value from previous studies. The majority of CG lightning occurred in the convective region of the radar echo, particularly at the leading edge of the front. Little IC lightning and little +CG lightning occurred in the stratiform region. The distribution of the CG lightning indicated that the storm had a tilted dipole structure given the wind shear or the tripole charge structure. During the storm’s development, most of the IC lightning occurred at an altitude of ～9.5 km; the lightning rate reached its maximum at 10.5 km, the altitude of IC lightning in the mature stage of the storm. When the thunderstorm began to dissipate, the altitude of the IC lightning decreased gradually. The spatial distribution of lightning was well correlated with the rainfall on the ground, although the peak value of rainfall appeared 75 min later than the peak lightning rate.     

中国东北地区红色精灵的母体雷暴分析

红色精灵是发生在雷暴云上空的一种瞬态发光事件（Transient Luminous Events,TLEs）,它们由地闪回击或与连续电流共同作用产生,这表明了对流层和低电离层之间的直接耦合关系。中国大陆的红色精灵观测研究主要在华北地区开展,为了进一步研究中国中高纬度地区的红色精灵现象,并揭示其与母体雷暴之间的相关性,故2017年夏季在吉林辽源开展了观测实验。本文介绍了利用低光度相机在东北地区捕捉到的26例红色精灵事件,并结合闪电定位、天气雷达等同步观测数据,对红色精灵及其母体雷暴特征进行了分析。结果表明,在26例红色精灵事件中,有17次（约2/3）产生于一次尺度较大的中尺度对流系统（Mesoscale Convective System,MCS）,其余（约1/3）的红色精灵事件分别由三次尺度相对较小的中尺度对流系统诱发产生。红色精灵母体闪电均位于对流核心边缘区域,中尺度对流系统对流区后无大面积层状云降水区。此外,吉林辽源及安徽合肥同步记录的电磁场脉冲信号表明上述红色精灵事件均由正地闪回击产生。     

Investigating Lightning Characteristics through a Supercell Storm by Comprehensive Coordinated Observations over North China

Electrical characteristics of an isolated supercell storm observed on 13 June 2014 over Beijing were investigated using lightning data obtained from the Beijing Lightning Network, radar reflectivity, and hydrometeor retrievals during the 6-h lifetime. Positive cloud-to-ground(+CG) lightning took a high percentage of CG lightning. Before and during a hail event,+CG lightning was more frequent than negative cloud-to-ground(-CG) lightning, except that +CG lightning took a high percentage at the beg...     

北京地区闪电特征初探

对信息产业部第22所研制的XDD03A雷电探测系统获取的2000～2003年北京地区云-地闪电资料进行了闪电的日变化、月变化、闪电的强度、闪电密度、极性等方面的分析,研究了北京地区的闪电分布特征。结果表明：云地闪中负闪占大多数;正闪的平均强度大于负闪;闪电的发生有明显的日变化,呈双锋双谷形式;最多闪电日数出现在7月和8月,几乎每天都出现闪电,而闪电次数最多则出现于8月份。北京地区闪电分布主要集中于4个区域,闪电的空间分布与地形及下垫面的性质有关。     

基于闪电定位数据的鲁西南地区雷电灾害易损度区划

为了明确不同县区雷电灾害风险的高低,防御和减轻雷电灾害,利用鲁西南地区闪电定位资料、土壤电阻率数据、经济社会数据,选取地闪密度、强雷电流分布、土壤电阻率、人口密度、单位面积GDP为影响因子,采用层次分析法和加权综合评价法,建立雷电灾害易损度区划模型,以县区为单位,将该地区雷电灾害易损度区划为5个等级,绘制区划图,并利用历史雷灾频次对区划结论进行检验。结果表明:地闪密度高值区位于曹县和东明,这两个县区的雷电灾害易损度最高;郓城和牡丹区的强雷电流分布密度大,易损度次高;巨野和定陶的易损度居中;鄄城的地闪密度最小,成武的土壤电阻率和人口密度较低,两者划为易损度次低区;单县由于强雷电流分布密度最低,划为易损度低风险区。易损度和历史雷灾数据正相关,且相关性较好,密切程度较高,回归显著。     

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。