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。     

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。     

海南岛地闪活动的时空特征与海陆风关系

海陆风是触发海南岛春夏季节对流天气的主要因素,对海南岛闪电活动有很大影响。利用2007—2008年以及2013年海南省气象局地闪定位监测网资料、中尺度气象自动站逐时地面风向风速等数据,采用统计分析方法,研究海南岛地闪活动的时空分布特征及海陆风对其影响。结果表明:海南岛地闪主要发生在春夏季,大部分地区地闪主要发生在白天,特别是下午,而南部沿海和西部沿海地区的地闪在夜间较白天更为活跃。春夏季活跃的海陆风对海南岛地闪活动有很大影响,是导致海南岛地闪具有时间和空间分布特征的主要原因之一:在西北部内陆和东北部沿海地区,白天偏北海风与环境偏南风辐合,造成地闪活动多发生在白天;而在南部沿海地区,夜间偏北陆风常和环境偏南风辐合造成地闪在半夜和早晨更为活跃。     

广东汛期降水的时空分布特征

利用国家气候中心提供的1963～2002年广东地区23个台站的逐日降水量和NCEP／NCAR的再分析资料,分析了广东汛期降水主要时段（4～9月）的时空变化特征。结果表明：广东汛期降水量在近40年的时间里存在着微弱上升趋势,广东地区汛期降水存在较明显的年际变化特征;汛期降水量自南向北、由东到西北逐渐减少,并存在5个分区,即北部区、西南部区、中部区、西部区和东部区;广东地区全汛期和前、后汛期在EOF主要的模态变化上基本一致,而在其他模态的变化上与后汛期的变化更为接近。这是由于广东地区跨度大,地形对广东汛期降水空间分布的影响表现突出。     

北京与兰州地区的地闪特征

利用闪电定位系统(LLS)在兰州地区和北京地区探测到的共两万多个地闪资料,对两地的正、负地闪特征进行了对比。分析发现兰州地区的正闪比例是北京地区正闪比例的5倍多。北京地区的正闪平均强度近似为负闪的3倍,而兰州地区的正闪强度只有负闪的2.2倍。无论正闪还是负闪,两地的地闪强度均是稳定的正态分布,并且与雷暴本身的特征无关,从而可用DF强度来作雷暴临近的估计。两地的正、负地闪的回击数均按指数规律下降,不过北京地区的多次回击较兰州地区的多次回击要多。两地的闪电频数都在下午后期出现峰值,但北京地区的闪电频数最大值和最小值都较兰州地区早1小时出现。 通过试验找到了地闪定向仪显示数与闪电辐射电场和放电电流的关系,扩大了地闪定向仪的利用率。     

070729特大暴雨的地闪特征与降水相关分析

利用闪电定位每分钟的实测资料、加密雨量站每分钟的雨量资料,以及卫星云图资料,对2007年7月29-30日,山西南部产生的特大暴雨的地闪特征进行了综合分析。发现：地闪出现在500hPa的5840gpm与5880gpm之间、TBB≤-43℃的区域内;低空急流左侧3个经距、700hPa暖切变南侧2-3个纬距所围区域与TBB≤-63℃的区域或云团南部TBB水平梯度的大值区相叠合的区域是地闪的高频数区和密集区,该区域与暴雨落区有较好的对应关系;3个中-β尺度对流云团和1个MCC是导致特大暴雨产生的主要对流系统。分析结果表明：两个中尺度云团合并的时刻是闪电频次更高的时刻,两个中尺度云团合并的地点是闪电频次更高更密集、降水更强的区域;利用单站每分钟的地闪累积数以及与加密雨量站每分钟雨量的关系,可以识别中-γ尺度对流系统,遥测小尺度强降水,提前35-40分钟预测雨强峰值的到来;只有在有利的高低层系统配置下,局地地闪频数与雨强随时间的变化才有很好的相关性。     

上海及周边地区地闪活动特征及海陆差异

利用LS8000闪电定位系统2009—2011年的地闪观测资料对上海及周边地区(120~122.5°E,30~32°N)的地闪活动特征进行了研究。结果表明:分析区域内正地闪的比例约占8.5%,大电流地闪(电流绝对值大于50kA)的比例约为5.6%。地闪活动主要集中在6—9月,峰值出现在8月;日变化上,12:00—19:00闪电活动最为活跃,峰值出现在14:00,凌晨闪电活动最弱。从日变化上来说,正地闪和大电流地闪比例在地闪活动较强时段低于地闪活动较弱时段;在月分布上,在地闪活动最强的夏季,正地闪比例普遍在10%以下,在地闪活动较弱的春、秋、冬季,正地闪比例普遍在10%以上。以北纬31°为界,分析区域北部地闪密度基本在6~12次·km-2·a-1以上,南部基本在2.4~4.8次·km-2·a-1。同时陆地上的地闪密度要显著高于湖泊和海洋上的地闪密度,而海洋上的正地闪比例和大电流地闪比例要显著高于陆地。闪电空间分布的时间变化说明,下午地闪活动主要出现在陆地,而凌晨地闪主要出现在水体附近,其它时段则表现出过渡特征,这与下垫面的加热作用紧密相关。     

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。     

浙江省地闪特征及致灾危险性分析

基于2007-2018年浙江省ADTD闪电监测资料,分析该区域地闪时空分布特征,进而选用地闪密度和强度作为致灾要素,进行致灾危险性评估.结果表明:落雷日数和正地闪比例的年际变化均呈增长趋势,全年地闪集中发生于6-9月的12:00-20:00.春季正地闪比例高,地闪多发于傍晚和夜间;夏季日地闪落雷面积广、密度极值高,午后...     

成都地区地闪时空特征分析

利用XDD03A型闪电定位仪所取得的3年资料,初步研究了成都周边地区地闪特征。地闪中正地闪占绝大多数,其平均强度为6045 A,略高于负地闪的5974 A。地闪强度基本集中在12000 A以下。地闪活动具有明显的日变化,总体呈单峰单谷形式,地闪频次在60以上的峰值时段是18:00~24:00和01:00,频次在10以下的谷值时段是10:00~13:00,夜间闪电活动明显大于日间。正地闪频次日变化趋势和总地闪相同,负地闪频次日变化趋势除一些小波动外,和正地闪、总地闪相同。正负地闪频次的月变化趋势相同,6、7、8月闪电数较多,4、5、9、10月闪电数较少。通过统计分析,发现各月地闪频次和对应的各月降水量有较好的相关性。成都周边地区地闪活动密集,6、7、8月的地闪密度大大超过4、5、9、10月。     

山东地区冰雹云的闪电活动特征

利用山东电力部门提供的雷电定位资料,对10次冰雹过程的地闪活动特征进行了分析。通过分析发现,雹暴中正地闪占总地闪的比例平均为57.39％,远高于当地正地闪比例的气候特征值13.48％。地面降雹区基本出现在正地闪密集（活跃）区或邻近区域。在雹云快速发展阶段,地闪频数存在明显的“跃增”;在减弱消散阶段,地闪频数显著减少,但正地闪比例有所提高。负地闪频数峰值的出现通常提前于降雹0～20 min,正地闪频数峰值的出现一般滞后于降雹发生时间。整个降雹阶段对应于正地闪的活跃阶段。另外,结合对卫星观测的总闪电资料分析,发现冰雹云的云闪与地闪的比值远高于一般的雷雨过程,其云闪密度也远高于雷雨过程。以上这些特征对于冰雹的识别和对冰雹的超短时预报具有指示意义。     

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。     

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。     

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。     

The Characteristics of Cloud-to-Ground Lightning Activity with Severe Thunderstorm Wind in South and North China

The characteristics of cloud-to-ground（CG） lightning activity with severe thunderstorm wind（STW） in South and North China are analyzed using CG lightning data, radar data, and serious weather reports. The percentage of positive CG（PCG） flashes with STW in North China is larger than that in South China. STW takes place during the period when the total CG and PCG density is increasing fastest. STW also occurs close to the high-value center of CG and PCG density. In North China, the CG and PCG density in the grid of STW maximizes approximately 20 minutes after the STW occurs; while in South China, the PCG density and percentage of PCG in the grid of STW maximizes about 10 minutes before the occurrence of STW. The high-value centers of CG density and PCG density in North China move slightly faster than those in South China, which is opposite to the rate of increasing CG activity.     

Optical Observations on Propagation Characteristics of Leaders in Cloud-to-Ground Lightning Flashes

Using 2 high-speed cameras, we have recorded 14 negative cloud-to-ground (CG) lightning flashes, half of which are natural and the others are artificially triggered. The two-dimensional (2D) propagation speed of different type leaders and the luminosity of lightning channel are analyzed in detail. Bidirectional leader processes are observed during the initial processes of two altitude triggered negative lightning (ATNL)flashes. The analysis shows: the propagation speed of the upward positive leader (UPL) before the initiation of the downward negative leader (DNL) is at the order of 104-105 m s-1; the UPL can be intensified by the initiation and development of the DNL in the way that the luminosity is enhanced and the speed is sped up; after initiation, the DNL in one ATNL flash propagates downward three times intermittently with interval of about 1 ms, while that in the other ATNL flash propagates downward continuously with a speed at the order of 105 m s-1. In the five classical triggered negative lightning (CTNL) flashes, the propagation speeds of the UPLs vary between 0.35×105 and 7.71×105 m s-1, and the variations of their luminosities and speeds are quite complex during the development processes. Among the four observed natural negative lightning flashes occurred on the land, three have only one return stoke (RS) each and all of their DNLs have many branches with an average speed at the order of 105 m s-1; while the another one has 13 RSs.In the CG flash with 13 RSs, the DNL before the first RS has no obvious branch below 1.4 km above the ground, and its speed ranges from 2.2×105 to 2.3×105 m s-1 between the heights of 0.7 and 1.4 km and exceeds 3.9×106 m s-1 below 0.7 km; preceding the 4th RS, an attempted leader is observed with a speed ranging from 1.1×105 to 1.1×106 m s-1 between 0.8 and 1.5 km. As for the three observed natural negative lightning flashes occurred on the sea, each has only one RS, and each DNL preceding the RS has a few branches, two of which have an average propagation speed at the order of 105 m s-1, and the other of 106m s-1, respectively. All the DNLs contained in the observed natural negative lightning flashes, except the attempted leader, propagate with gradually increasing luminosity and increasing speed in whole.     

A Comparison of the Characteristics of Total and Cloud-to-Ground Lightning Activities in Hailstorms

The region of Beijing-Tianjin-Hebei is covered by two different lightning detection networks: SAFIR (Systeme d’Alerte Fondre par Interferometrie Radioelecctrique) for total lightning, including IntraCloud (IC) flashes and Cloud-to-Ground (CG) flashes, and the ADTD (ADvanced TOA and Direction system; TOA denotes time of arrival) network of China for CG lightning. Fourteen isolated hail-bearing thunderstorms in this region were examined in this study, using the data of SAFIR and ADTD. The peak of lightning frequency, for both total lightning and CG lightning, was often observed in advance of the occurrence of hailstones on the ground, with a trend of a rapid increase of lightning frequency before the hail was reported. The average lead times of the two types of lightning jump before hail events were obtained (total lightning: 32.2 min; CG: 25.4 min) through the 2σ lightning jump algorithm. Additionally, in hailstorms with a high ratio of positive CG flashes, the diameter of hail was larger and the duration of hail was longer; when negative CG flashes dominated, the diameter of hail was relatively small. The comparison of the characteristics of total lightning and CG flashes in hailstorms in this study is expected to serve as a supplementary tool for hail forecasting.     

兰州周边地闪分布特征

利用2000年和2002年设在兰州的闪电定位仪资料,分析了兰州周边地区地闪的日频次变化、强度谱分布和累计百分数、日均月变化、闪电密度、极性等特征,并与山东地区的分布做了比较。结果表明,兰州周边地区的云—地闪电中负闪占绝大多数,正闪的平均强度大于负闪,正负闪的比值在午后至次日凌晨大于其均值;总地闪和负闪的日变化呈典型的双峰变化,正闪的双峰特征不明显;兰州西南偏南的渭源和陇西县是闪电频发的中心地带,闪电空间分布中心与冰雹发生源地和影响区对应一致;闪电多发区与地形和气候背景有很大关系。     

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。