强雷暴天气的闪电和雷达回波特征个例分析

利用粤港澳闪电定位系统、广州多普勒天气雷达和自动气象站等资料,分析了2017年6月2日发生在广州市中北部的一次强雷暴天气过程的地闪变化特征及闪电与雷达回波特征的关系.(1)本次强雷暴天气是华南一起典型的以西南急流和切变线为环流背景的强对流天气过程.在整个雷暴生命史中以负地闪为主,占69.3％;正闪在雷暴发展的初始和结束...     

决策树方法在一次历史异常雷电活动中的预报能力检验

利用ncep1°×1°再分析资料和四川闪电定位仪监测网的监测资料,基于四川雷电潜势预报决策树的三类预报因子,针对2008年9月22～25日四川盆地西北部连续性雷电活动过程,重点分析了连续性雷电活动的环流背景和主要天气影响系统、热力结构特征、动力结构特征,检验了基于决策树方法筛选出的雷电潜势预报因子对连续性雷电活动的预报能力.结果表明：1）“9·23”连续性雷暴天气过程存在对流性雷暴以及副高和地面冷空气共同作用下形成的雷暴时段.雷暴区内始终存在着高能不稳定的热力条件,具有“对流层中低层正涡度、对流层高层负涡度”的典型雷暴动力结构.2）雷电潜势预报决策树的三大类预报因子能较好地预报本次雷电活动.     

2007年6-7月江西雷电灾害综合分析

针对2007年6—7月江西雷电灾害特别严重的事实,从闪电定位资料、天气形势背景、对流不稳定指数,以及多普勒雷达回波特征等方面进行了相关对比分析。结果表明,异常频繁的闪电和较高的闪电密度,是造成江西2007年雷击人员伤亡重于往年、重于其他省份的重要因素。雷击死亡人数与闪电次数和闪电密度相关性较好,当闪电密度≥2.0次/km2时,发生雷击伤亡的可能性明显增加。副高位置不稳定、短波槽移动频繁以及不稳定指数偏强,是江西雷电频繁发生的天气背景条件。当雷达组合反射率强度>54 dBz、回波顶高>12 km、垂直积分液态含水量>40 kg/m2时,江西易产生强雷电。     

揭阳市雷电闪电密度地理分布特征分析

;利用闪电定位资料和气象台站记录的雷暴日资料,对揭阳市闪电密度地理特征进行了分析.研究表明,揭阳市的雷暴频繁高发期主要集中在5～9月,7、8月份尤其显著;闪电密度较大的地区主要在普宁市洪阳地区、大砰地区、揭东县五房地区和揭西县大北山地区,揭阳市区主要在渔湖半岛和仙桥紫峰山区,惠来县闪电密度相对较小,不过雷电流强度较大;雷电流强度大部分在60KA以下.闪电的分布规律与当地环境有很大的关系.     

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。     

基于高分辨率中尺度气象模式的实际雷暴过程的数值模拟试验

雷暴数值预报的实际应用离我们还有多远？本文对此进行了尝试, 即利用一个复杂的高分辨率中尺度气象模式驱动一个三维雷电模式, 在只采用常规气象观测资料的条件下, 对北京的一次实际雷暴过程进行模拟试验, 分析了雷暴云的宏观动力、 微物理过程及电结构的时空变化特征以及其可能的相互作用机制。结果表明: 利用高分辨中尺度模式预报出的三维气象场作为雷电模式的初始场, 完全可以不需添加虚假的扰动来触发雷暴云的发展, 高分辨中尺度模式的预报场本身所包含的水平非均匀、 垂直强非静力性及较强的对流不稳定信息足够促发雷暴云的剧烈发展; 用较为真实的三维气象场作为初始场模拟产生的电场分布特征与云微物理分布特征及环境气象要素的分布结构非常协调, 得到的雷暴云的电荷结构特征以及电结构随时间的演变特征更为复杂, 更真实的体现了实际雷暴云本身发展的复杂性, 同时, 模式能够模拟出合理的云闪及正负云地闪, 且模拟的闪电频数随时间发展演变趋势基本与观测实况基本吻合, 从而表现了对雷电天气潜在的预报能力。本次模拟的北京雷暴云在发展过程中, 水物质霰的最大质量比、 最大正电场强度及闪电频数随模拟时间的演变发展趋势非常相似。     

A PRELIMINARY STUDY ON THUNDERSTORM FORECAST WITH LS-SVM METHOD

The LS-SVM(Least squares support vector machine) method is presented to set up a model to forecast the occurrence of thunderstorms in the Nanjing area by combining NCEP FNL Operational Global Analysis data on 1.0°×1.0° grids and cloud-to-ground lightning data observed with a lightning location system in Jiangsu province during 2007-2008.A dataset with 642 samples,including 195 thunderstorm samples and 447 non-thunderstorm samples,are randomly divided into two groups,one(having 386 samples) for modeling and the rest for independent verification.The predictors are atmospheric instability parameters which can be obtained from the NCEP data and the predictand is the occurrence of thunderstorms observed by the lightning location system.Preliminary applications to the independent samples for a 6-hour forecast of thunderstorm events show that the prediction correction rate of this model is 78.26%,false alarm rate is 21.74%,and forecasting technical score is 0.61,all better than those from either linear regression or artificial neural network.     

A comparison of lightning activity and convective indices over some monsoon-prone areas of China

Using 10-year lightning localization data observed by the TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) Lightning Imaging Sensor (LIS), the relationship between lightning activity and a series of convective indices was investigated over nine monsoon-prone areas of China in which high-impact weather (HIW) events are frequently observed.Two methods were used to verify and reconstruct LIS lightning data. First, LIS lightning flash data were verified by both surface thunderstorm reports and ground-based lightning detection data. Seasonal, monthly, and 5-day distributions of LIS observed lightning activity agree well with the surface reports and ground-based lightning observations. Second, due to LIS's low sampling frequency, a data reconstruction and compensation scheme for LIS lightning observations was designed using both LIS lightning seasonal diurnal cycles and surface thunderstorm reports. After data reconstruction, five lightning products were derived: daily mean and maximum LIS flash rate, daily mean and maximum LIS lightning cell rate, and number of lightning days per five day period.Then, a series of convective indices describing convection conditions were derived from radiosonde data according to atmospheric instability and convective potential analysis. Correlation analysis for each study region was done between 10-year lightning derived products and corresponding convective indices by 5-day periods. The correlation analysis results show that higher lightning flash rate and lightning probability are associated with more unstable air and smaller vertical wind shear in a nearly saturated lower layer in most of the study regions. But the correlation varies from region to region. The best correlation between lightning activity and convective indices was found in eastern and southern China, whereas the correlation is lowest in some inland or basin topography regions in which topographic effects are more significant. Moreover, ambient moisture plays a much more important role in the convective development of thunderstorms in southern China than other regions. Thunderstorm development mechanism differences among regions were also discussed.Based on the close relationship between lightning activity and convective indices, some regression equations for forecasting 5-day mean or maximum LIS lightning flash rate and lightning area (a thunderstorm cell) rate, and 5-day lightning days for the study regions were developed using convective indices as predictors. The verifications show that the convective index-based lightning forecast methods can provide a reasonable lightning outlook including probability and lightning flash rate forecasts for a 5-day period.     

四川盆地一次极端大风天气过程成因及预报着眼点分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星云图、多普勒雷达产品、闪电定位资料、自动气象站资料等,分析了2015年4月4日傍晚到夜间发生在四川盆地的极端大风天气过程。分析指出:本次雷暴大风过程是由冷锋对暖湿气团的强迫抬升及干冷空气进入暖湿区域触发形成.中空干层、大的温度直减率、高低空急流耦合区、低层温度脊附近是利于极端雷暴大风出现的潜势区域。该区域为雷暴形成提供了条件不稳定、水汽、动力抬升等有利环境条件。冷空气首先从盆地西北部中低层入侵,在低层切变线上触发生成了一系列雷暴单体,在最有利于对流发展的潜势区域迅速发展。潜势区域中线状回波北段的中尺度涡旋环流、前侧入流和后侧入流的相互作用形成单体弓形回波,该弓形回波具有比普通雷暴更高的反射率因子、垂直液态含水量.根据雷达回波演变特征推断,本次极端大风是由单体弓形回波带来的湿下击暴流所导致。弓形回波中高反射率因子的高度连续下降意味着下沉气流伴随降水粒子下降,干空气被夹卷进入下沉气流使得雨滴被迅速蒸发,大大加强了下沉气流强度,因而显著增加了大风强度。分析还指出:通过分析对流发展背景条件,确定最有利对流发展的潜势区域,关注该区域中回波的生成、形态特点、演变特征,可提前预警大风天气。     

“2007.08.13”汕头强雷暴天气雷达回波特征分析

根据2007年8月13日汕头强雷暴天气的雷达资料和闪电定位资料,利用统计和对比分析的方法,分析闪电活动与雷达回波之间存在的关系。结果表明:强回波面积与闪电次数具有显著相关关系,闪电活动相对于强回波面积的变化有10 min的提前量;闪电发生的位置变化与强回波的移动密切相关,而速度回波更清晰地反映和预示雷达回波的移动趋势。基本速度图中的辐合区也是闪电活动频繁的区域,雷暴发生前40 min,风廓线图中出现断裂的双干区,随后该双干区自上而下迅速遭到破坏。双干区的出现和破坏是雷暴天气产生的先兆特征。     

1956—2019年昌北国际机场高影响天气变化特征

基于1956—2019年参证气象站记录的雷暴、闪电、暴雨、高温、低温、雾和霾等气候资料,利用常规气候统计及Morlet小波方法对影响昌北机场安全运营的高影响天气事件演变及周期变化规律进行统计分析。结果表明:1)雷暴多出现于春夏季,年均雷暴日数为49.8 d,呈波动下降趋势。2)春夏季闪电高发,且夏季机场附近存在较明显的闪电集中区域,闪电高频时段为13—20时,最高峰为15时。3)年均暴雨、大暴雨日数分别为5.0 d和0.8 d,呈缓慢增长趋势,暴雨集中在4—8月,大暴雨集中在4、6月,二者均在6月份最多。4)夏季高温日数呈缓慢增加趋势,7月份最多,8月份次之;冬季低温日数呈明显下降趋势,1月份最多,12月份次之。5)年均霾日数大于雾日数,霾多发于秋冬季,雾集中在冬春季,均于12月最常发生。6)冰雹、积雪、结冰、冻雨、沙尘、龙卷风等破坏性天气发生频次较小,但不应忽视此类天气的防范工作。7)暴雨、低温及高温日数均存在准2 a的周期变化。     

强雷电天气过程闪电定位资料分析及预警服务

利用ADTD雷电定位显示监测系统资料和常规天气预报资料及驻马店多普勒雷达回波资料,对2013年7月20日信阳地区强雷暴天气的地闪和雷达回波的特征及相互关系进行了分析,结果表明闪电密集区移动方向的前沿位置与30dBz雷达回波区位置重叠,闪电密集区的移动可以准确地反映出对流云团的移动趋势。闪电密集区消失早于雷达回波区消散,地闪强度减小趋势比雷达回波减弱有30到60min的提前量。正地闪的出现,预示对流云团发展;正地闪消失,预示对流云团进入消亡阶段。利用闪电定位资料分析预测闪电落区和时效性比单一使用雷达回波资料更准确。闪电密集区的移动可以准确地反映出对流云团的移动趋势,因此可以将30或60min闪电分布图引入对流性天气的跟踪监测和预警预报业务中。     

南京地区一次冬季雷暴过程的雷达回波特征分析

为研究雷暴发展过程中的雷达回波特征,利用S波段双偏振多普勒天气雷达对南京地区的雷暴进行了观测研究,利用雷达回波资料、地面大气电场数据、闪电定位数据及探空资料对比分析了2014年一次冬季雷暴过程与夏季雷暴的雷暴回波特征差异。分析结果表明:冬季雷暴的对流发展高度明显低于夏季雷暴,持续时间短,水平尺度小,有较大比例的正闪;影响冬季雷暴与夏季雷暴的成雷对流高度差异的主要因素是环境温度差异,冬季雷暴在较低的高度上,具有较低的环境温度,更有利于雷暴起电;对流单体中,霰粒子的存在是雷暴的一项重要特征。     

FY-4A白天对流风暴和闪电产品在华北强雷暴天气分析中的应用

我国第二代静止气象卫星FY-4A观测能力较之前有明显提升,在天气特别是对流性天气监测和预测中具有较强的应用潜力。利用FY-4A气象卫星多通道扫描辐射成像仪(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)和闪电成像仪(Lightning Mapping Imager,LMI)数据开展研究,分析了反演产品在强雷暴天气中的应用。研究表明,扫描辐射成像仪多通道组合白天对流风暴红-绿-蓝（red-green-blue,RGB）合成产品可以突出具有强上升气流的对流性雷暴云,较单通道及多通道可见光合成产品具有监测优势;闪电成像仪产品较地面闪电探测闪电产品能够探测到更多的闪电,对新生对流和较弱对流产生的闪电监测具有优势;在华北和黄淮一次强雷暴天气过程中,白天对流风暴RGB合成产品能够监测云系发展的过程,卫星监测闪电活动频数和冰雹活动一致性较好。     

成都地区一次雷暴过程地面电场演变特征

本文根据2010年9月17日成都地区一次强雷暴过程中大气电场仪和闪电定位资料,分析雷暴起始、发展、消亡阶段地面电场演变特征,通过对比地闪监测网资料发现地面电场仪能够准确反映闪电活动规律。将地面电场仪与闪电定位资料相结合,可大大提高雷电预警的准确性,同时实现面向重点区域的雷电短临预警,该预警模式具有时效性高、准确率高等特点,同时也能够有效弥补现有雷电预警方法的不足。同时为四川省强对流天气系统的演变和分类检测和临近预报提供参考。      

湛江市东海岛一次强雷暴天气过程分析

利用广东省闪电探测系统资料、卫星云图资料、探空资料及雷击点附近的风廓线雷达、多要素自动站等资料,对发生在湛江市东海岛气象综合探测基地内的一次强雷暴天气过程进行综合分析。结果表明：该次强雷暴天气发生在受高空槽和弱冷空气共同影响的天气过程中,雷击电流强度一54．46366kA,雷电流上升陡度28．66508kA／μs。雷击点在低涡云团内,雷击点雷达回波强度超过45dBZ,风向从底层向上随时间顺转,雷击发生前后雷击点附近的降雨量、风向风速、本站气压和能见度等气象要素产生了明显的突变。发生雷击的当日是处在大气层结由不稳定转变为稳定的过渡时段,弱冷空气、强降水和雷暴的共同作用消耗了大气中的能量和水汽,使大气层结回复到相对稳定状态。     

闪电定位资料应用于雷暴天气监测与诊断的个例分析

以厦门１９９６年初雷天气的多普勒雷达探测为例，分析了闪电定位对探测初生雷暴，识别雷雨和降雨回波，判断雷暴降水库，移动，变化所起的作用。     

雷暴云宏观特性对其电过程影响的数值模拟研究

利用一维雷暴云起电放电模式,初步模拟了STEPS(夏季雷暴降水与闪电研究计划)一次雷暴个例的一些基本电学特性。模拟的电荷结构为:雷暴云上部为正电荷,下部为负电荷,即符合典型雷暴云的偶极性电场分布特征,放电层电场随时间变化规律呈锯齿状分布。在此基础上,对云底高度和温度垂直递减率进行了敏感性试验,研究这两种因子对雷暴电过程的影响。结果表明:当云底高度降低时,放电高度升高,闪电频数增加,首次放电时间随之提前,即放电过程变强。温度垂直递减率增大,闪电频数降低,首次放电时间随之延后,正负电荷的分布范围减小。     

A Case Study of Cloud-to-Ground Lightning Activities in Hailstorms under Cold Eddy Synoptic Situation

There were three hailstorms in Shandong Province,caused by a same northeast cold eddy situation on 1 June 2002.Cloud-to-ground (CG) flashes occurring in the weather event were observed by Shandong Lightning Detection Network (SLDN),which consists of 10 sensors covering all over Shandong Province.The temporal and spatial distributions of CG lightning are investigated for the three hailstorms by using the data from SLDN,Doppler radar and satellite.The results show that different thunderstorms present different lightning features even if under the same synoptic situation.The percentage of positive CG lightning is very high during the period of hail falling.CG flashes mainly occurred in the region with a cloud top brightness temperature lower than -50°C.Negative CG flashes usually clustered in the lower temperature region and tended to occur in the region with maximum temperature gradient,while the positive ones usually spread discretely.Negative CG flashes usually occurred in intense echo regions with reflectivity greater than 50 dBz,while the positive CG flashes often occurred in weak and stable echo regions (10-30 dBz) or cloud anvils,although they can be observed in strong convective regions sometimes.Almost all hail falling took place in the stage with active positive flashes,and the peak positive flash rate is a little prior to the hail events.The thunderstorm could lead to disastrous weather when positive CG lightning activities occur in cluster.Severe thunderstorms sometimes present a low flash rate at its vigorous stage,which is probably caused by the"mechanism of chargeregion lift"through investigating the reflectivity evolution.Combined with the total lightning (intracloud and CG) data obtained by LIS onboard TRMM,the phenomenon of high ratio of intracloud flash to CG flash in severe hailstorm has been discussed.The competition of the same charge sources between different lightning types can also be helpful for explaining the cause of low CG lightning activities in severe storms.     

2019年呼和浩特一次强雷暴天气过程综合分析

利用NCEP再分析资料、雷达、卫星资料以及闪电定位资料对2019年7月27日呼和浩特市一次强雷暴天气过程进行了综合分析.结果表明:此次雷暴过程主要受贝加尔湖低压中心和蒙古高原高空槽东移影响;雷暴发生前,K指数和CAPE等不稳定参数均超过阈值,大气层结呈现上干冷下暖湿的不稳定形势,并且垂直方向上低空辐合、高空辐散的结构与...