两次对流过程雷电预报的误差分析

2014年6月17日和6月19日午后鄂西山地先后发生了两次对流过程,雷达回波出现了40 dBZ以上的对流特征,最强回波中心超过60 dBZ,全闪定位系统监测仅零星云闪,没有出现地闪。利用雷达、闪电、逐分钟地面观测等资料,对两次对流过程雷电预报的误差进行了分析,总结两种不同起电机制的对流概念模型。分析表明:(1)两次对流过程是在不同环流形势下发生的,午后热力条件是对流产生的直接影响因子,地面风场和温度场引起的中尺度扰动特征明显,动力和水汽条件偏弱。(2)对流尺度较小,呈直立状且结构松散,对流内部上升气流和环境场垂直风切变偏弱,-20℃高度以上≥40 dBZ回波所占比例较小,起电条件弱,这种类型的对流不利于电荷累积产生闪电。(3)在雷电预报过程中,雷达反射率强的对流并不意味着闪电发生概率大,判断对流过程中是否出现闪电,除考虑环境条件外,强的反射率必须超过0℃层等温线且持续时间较长、回波形态结构是否倾斜以及≥40 dBZ回波在-20℃高度以上的比例和维持时间是决定能否产生闪电的重要预警预报因子。     

基于对流尺度集合预报方法对一次暴雨过程预报的分析

对流尺度集合预报(Convection-allowing Ensemble Prediction,CAEP)是提高强对流天气预报能力的重要手段,构造合理的初始扰动是CAEP的关键问题。本文开展基于观测扰动初值法(Perturbed-observation,PO)的CAEP在内蒙古地区的试验,并以动力降尺度(Downscaling,DOWN)方法作为对比,分析PO方法在内蒙古地区CAEP的预报效果,以期为内蒙古地区CAEP的构建提供技术参考。结果表明：(1) PO方法构造的初始扰动能引入内蒙古地区观测资料从而减少背景场的不确定性,且扰动具有充分的增长能力。(2) 与DOWN方法相比,PO方法可以显著减少CAEP的短时预报误差,高空和地面要素的RMSE分别减小4%~43%和3%~9%,集合离散度略有减少。高空要素的CRPS评分最大可减少约53%,地面要素的CRPS评分平均减少6%,整体提高了对流尺度集合预报质量。(3) PO方法能够提高短时降水的预报能力,0.1 mm、4 mm和13 mm 3个量级的TS评分分别提升了0.015、0.003和0.001 5。且降水个例表明,PO方法对降水的落区和量级预报更准确。

     

一次锋前对流性暴雨的分析与预报

应用多普勒雷达强度场以及累积雨量、雨强等雷达二次产品对2003年7月13日15时43分发生在新疆昌吉市附近的局地性暴雨进行了分析.分析指出,暴雨51%的雨量由锋前对流风暴单体形成,有35%的雨量为锋面云系前部的对流云产生.对对流风暴单体的形成条件和移动的短时预报方法进行了探讨.     

一次TS型线状对流不同阶段LMI闪电特征分析

本文以2019年一次尾随层状（TS）型线状对流为研究个例，利用FY-4A闪电成像仪（LMI）资料、雷达组合反射率因子资料、地基闪电定位资料（ADTD）、FY-4A云顶亮温资料（TBB）和其他常规观测资料，对比分析了LMI闪电数据在TS型线状对流3个不同演变阶段的数据可靠性及观测特征。结果表明：TS型线状对流不同演变阶段的LMI闪电观测具有一定的时空连续性，LMI闪电分布与ADTD闪电分布的区域总体较为一致，但数量多于ADTD闪电数量，并多位于TBB≤240K的对流云中，LMI闪电数据可信度较高；对流发展阶段，LMI闪电观测大部位于TS型线状对流移动方向的前方，位置超前于前导对流线，对未来0-1小时内对流发展具有提前指示意义；对流成熟阶段，LMI闪电观测与前导对流线位置较为一致，对线状对流发展具有监测意义；对流减弱阶段，LMI闪电一部分位于减弱的前导对流线中，另一部分位于其后侧尾随的积层混合云中。最后，给出了本次TS型线状对流不同演变阶段LMI闪电观测特征示意图，为LMI闪电产品在对流天气监测预警中的应用提供一定参考。     

毕节地区雷电监测、预报、预警方法研究

利用闪电定位监测系统、天气雷达系统、地面气象站构成雷电监测网络,结合气象卫星资料、高空探测资料和天气影响系统进行综合分析,进一步了解、掌握雷电发生发展物理过程和雷电形成机制,做出雷暴天气潜势、短时和临近预报、达到对雷暴等强对流灾害性天气的监测和预警。     

基于多对流参数的武汉地区雷电活动预报方法研究

利用2011—2013年6—8月291个样本武汉站的探空资料计算了20种与雷电活动有关的对流参数,经统计分析后发现多个对流参数与雷电活动具有显著的相关性;选取与雷电相关性较好的对流参数作为预报因子,并用多元线性回归方法建立雷电潜势预报方程,方程通过了α=0.05的显著性水平检验;使用2014年6—8月的观测数据进行预报效果检验,结果表明:雷电预报的命中率POD为82.6%,虚假报警率FAR为23.3%,临界成功指数CSI为63.3%。由此可见,该方法的建立对武汉市雷电天气的预报和预警具有参考价值和指示意义。     

雷电预警预报和科研工作

为提高雷电防护的科技含量,进一步提升防雷技术水平,山东省雷电防护技术中心高度重视雷电预警预报和雷电防护科研工作。山东省气象部门于2006年7月建成了由13个闪电定位仪组成的覆盖全省的闪电监测定位系统,可以实时获得闪电发生的时间、位置、极性、强度、雷电流陡度等参数。     

基于闪电定位和雷达资料的邵阳地区雷电预报预警研究

选取2018年夏季邵阳地区的17个雷暴单体和9个非雷暴单体,分析了单体30 dBz、35 dBz和40 dBz回波顶高及0℃、-10℃和-20℃层超过30 dBz、35 dBz和40 dBz的回波面积与闪电发生的关系,利用40 dBz回波顶高、-10℃层以上超过40 dBz的回波面积及其与单体总面积的百分比对该地区闪电...     

基于对流尺度集合模拟的长江中下游暖区对流过程的可预报性研究

弱天气尺度强迫背景下的暖区暴雨发生发展机制复杂且难以准确预报。为深入探讨长江中下游暖区对流过程的实际和内在可预报性,本文通过同化模式模拟的探空、雷达等仿真资料的集合资料同化,构建了基于WRF-EnSRF的对流尺度集合预报系统,针对2013年7月21日一次典型暖区对流过程进行了初值扰动集合试验。试验结果表明,不同成员降水预报的发生时间和落区存在两个有显著差异的分岔时段,其一在对流触发阶段,源于扰动风场与地形的相互作用;其二在发展阶段,源于初值扰动导致对流系统强度出现差异,对流强（弱）,冷池出流强（弱）,导致降水落区偏南（北）。进一步的可预报性定量分析可见,由于初值的扰动,在分岔时段,模式的实际可预报性受到严重限制,表现为集合成员降水场的差异和扰动的偏差能量均快速增大。同时,在减小扰动振幅的“等同孪生子”对比试验中,扰动偏差能量随时间变化的曲线在对流触发阶段表现出的非线性特征表明,内在可预报性在这一分岔时段也显著受限。由以上结果可进一步得出结论：由于初值扰动导致分岔时段模式的实际可预报性受限时,准确的初值可有效改进预报效果。而当系统受到由混沌非线性动力学所导致的内在可预报性限制时,改善初值...     

中尺度对流复合体的降水特征和预报

利用增强红外卫星云图和逐时雨量预测资料，分析了中国大陆上中尺度对流复合体（MCC）的降水强度、范围与MCC云区的亮度温度值、不同亮温区云面积、云区面积随时间的变化率之间的关系。指出在MCC生成－云发展到最强盛阶段之前，降水呈逐渐增加的趋势，最大降水出现在－53℃、云面积达到最大之前1小时左右和MCC中心最冷云顶面积达到最大的时候。出现在长江流域和华南地区的MCC系统降水特征有显著的差异。最后根据MCC云系演变规律提出了MCC的降水预报思路。     

A radar-based verification of precipitation forecast for local convective storms

Local flash flood storms with a rapid hydrological response are a real challenge for quantitative precipitation forecasting (QPF). It is relevant to assess space domains, to which the QPF approaches are applicable. In this paper an attempt is made to evaluate the forecasting capability of a high-resolution numerical weather prediction (NWP) model by means of area-related QPF verification. The results presented concern two local convective events, which occurred in the Czech Republic (CR) on 13 and 15 July 2002 and caused local flash floods. We used the LM COSMO model (Lokall Model of the COSMO consortium) adapted to the horizontal resolution of 2.8 km over a model domain covering the CR. The 18 h forecast of convective precipitation was verified by using radar rainfall totals adjusted to the measured rain gauge data. The grid point-related root mean square error (RMSE) value was calculated over a square around the grid point under the assumption that rainfall values were randomly distributed within the square. The forecast accuracy was characterized by the mean RMSE over the whole verification domain. We attempt to show a dependence of both the RMSE field and the mean RMSE on the square size. The importance of a suitable merger between the radar and rain gauge datasets is demonstrated by a comparison between the verification results obtained with and without the gauge adjustment. The application of verification procedure demonstrates uncertainties in the precipitation forecasts. The model was integrated with initial conditions shifted by 0.5° distances. The four verifications, corresponding to the shifts in the four directions, show differences in the resulting QPF, which depend on the size of verification area and on the direction of the shift.     

云南4次热带系统影响强对流风暴卫星云图和地闪特征

利用NCEP再分析气象资料及FY-2E卫星云图、地闪、地面自动站和气象灾情等资料对热带系统影响下的4类强对流风暴卫星云图特征和地闪演变规律进行分析。结果表明:西移北抬的赤道辐合带、副高、热带低压等热带系统外围偏东、西南和东北气流为强对流风暴发生发展提供有利环流背景及充足水汽和较高的对流有效位能,800 hPa中尺度辐合线及风随高度顺转和高层反气旋低层气旋的垂直流场结构为强对流风暴提供动力条件;在高能高湿环境条件下,由于辐合抬升作用,对流单体生成、不断长大、有规律排列、相互合并发展成不同大小和形状的单单体风暴、多单体风暴、飑线、MCC,结构密实和不均匀,伴随激烈地闪的同时产生冰雹大风和短时强降水等强对流天气;4种类型强对流风暴云顶亮温与总、负、正闪频数随时间演变规律基本一致,正、负地闪活跃程度能表征强对流风暴发展演变状况,与云顶亮温之间存在较好的相关关系,总(负)地闪频数演变趋势与云顶亮温演变趋势相反。     

故宫博物院雷电灾害及雷电活动特征分析

统计分析故宫自建成594年(1420—2014年)以来的雷电灾害事故资料及2005—2014年故宫及周边区域内闪电定位资料,结果显示:有记录的雷击灾害次数51起,雷电灾害都发生在5—9月,主要在6—8月,其中8月最多;雷电灾害发生在故宫南部建筑的次数多于北部,中轴线上的多于两侧,太和殿被雷击次数最多;遭雷击次数最多的部位是古建顶部的吻兽;雷击损害以直接雷击最多.故宫及周边1 km区域内的雷电主要发生在4—10月,主要分布在6—8月,其中8月最多;雷电发生的日变化明显,主要在下午和前半夜,占全天的63.95%;雷电流强度30~40 kA的闪电占总闪电数23.26%,比例最大,总体呈正态分布.雷电活动和雷电灾害在时间分布上整体较为一致.     

我国雷电灾害及相关因素分析

利用常规气象观测资料、ERA-Interim 0.5°×0.5°再分析资料、Himawari-8气象卫星数据、安庆多普勒天气雷达资料和安徽省ADTD闪电定位系统数据,对2017年8月19日安徽中部地区一次雷暴天气过程的大气环流背景和闪电特征进行了分析,并针对这次雷暴天气过程中发生的一次雷电灾害进行了细致分析。结果表明：（1）此次雷暴天气过程发生在500hPa副热带高压北部边缘及高空前倾槽前,对流层中低层黄淮气旋切变、低空急流及中尺度地面辐合线为这次过程的重要影响系统,强对流天气发生在大气不稳定层结条件下。（2）雷暴过程生命周期约为4 h,影响范围覆盖合肥及周边地区。雷暴过程以负地闪为主,正负地闪比例为1：25。（3）负地闪集中发生在雷暴的成熟期,正地闪在成熟和消散期出现较多。78.2%的地闪集中发生在40~55 dBz的雷达强回波区,正负地闪的位置分布差异较大,在雷暴成熟期负地闪集中区域与强回波中心区域较为吻合,而正地闪多分布于强回波边缘和弱回波区。（4）此次雷电灾害发生在MCS南侧边缘,由一个新生发展的γ中尺度对流单体所致,灾害发生在该单体的成熟阶段。灾害附近区域地闪密度约为1次·km^-2,雷电灾害主要因人员躲避不及所致,这表明雷电灾害的发生不仅与致灾因子（雷电）有关,还与承灾体的暴露度、脆弱性和雷电防护水平有关。

     

北京地区大气电场的特征及雷电预警中的订正分析

摘要：利用北京市气象局4个大气电场仪2009年春季、夏季和秋季的监测资料,分析了本地区大气电场各季节日变化、晴天和雷暴天气下的变化特征,分析结果表明：北京地区全年大气电场具有“双峰双谷”的日变化特征,峰值出现在07～09时和20～23时,谷值出现在04～06时和15～17时,全年大气电场的平均值为0.31 kV/m;全年晴天大气电场的日变化规律要比年平均更为明显,其电场值要比全年日平均值大40%左右;雷电的发生与电场仪的快变抖动之间存在着很好的对应关系。根据大气电场的变化特征和所对应的雷暴过程对大气电场的雷电预警阈值进行了订正,研制出新的三级雷电警报阈值分别为2.84 kV/m、5.58kV/m、8.29kV/m,并对警报阈值进行可靠性检验,即将新的三级警报阈值的准确率和电场仪默认的警报阈值的准确率进行比较分析;分析结果指出,夏季三个级别警报阈值的准确率分别为67.4%、78.4%和90.6%,一级警报阈值的准确率提高了约25%,二级和三级警报阈值的准确率提高了5%-20%。最后,结合闪电定位资料和北京城八区局地电场监测网分析了2009年6月16日一次雷云经过本市的放电过程,为在其他气象探测资料（雷达、探空、闪电定位等）无法提供的或者通信电力无法保障的地区使用电场仪预警雷电的发生提供参考。     

一次夏季雷暴天气过程中闪电活动特征分析

利用探空资料、多普勒天气雷达和闪电定位仪数据,分析了2009年7月30日发生在南京地区一次雷暴天气过程的雷达及闪电数据时空演变特征。结果表明：对流有效位能Ecap比起K指数（IK）等对于对流潜势预报具有更明显的指示作用,0 ℃层和-10 ℃层高度的降低有利于雷暴云的雷电活动;整个过程以负闪为主导,闪电强度越大,闪电频数也越高,每次闪电峰值后,都对应一次谷值;闪电数据与多普勒天气雷达回波叠加后分析发现,回波的生消演变对应着闪电频数和强度的生消演变,负闪主要落在强回波中心区域,正闪零星分布于回波强度梯度较大的区域;雷达径向速度图像特征变化更能揭示闪电发生发展的机制,逆风区对应雷暴中心区域,不仅是强降水的中心区也是闪电的中心区,对逆风区的识别监测能够更好的指导雷暴预警报工作;利用雷达数据计算的云底动能施力参量,能够很好的描述支持闪电起电的热动力特征,云底动能施力对雷电增长的贡献有一段持续传输过程,该参量峰值比频闪峰值和强度峰值都约有0.5 h的提前量。     

2013年湖南首场致灾性强对流天气过程成因分析

应用湖南多部雷达和探空资料、中小尺度自动气象站资料、南岳高山站逐时观测资料及LAPS局地分析资料,对2013年3月19日湖南首场致灾性强对流天气过程的成因进行综合分析,并探讨强冰雹和雷暴大风预警着眼点及其可预警性。结果表明:强对流发生前,近地面晴空辐射增温、对流不稳定层结、强的垂直风切变、强温度梯度直减率以及近地层较好的水汽条件为强对流风暴发生发展提供了良好的潜势条件;中低层冷平流、地面中尺度辐合线、能量锋和露点锋以及近地面层弱辐散、中低层强辐合、高层强辐散的动力耦合结构是强对流发生的有利天气背景,中低层冷空气是这次强对流过程的触发机制;强对流风暴的前期以超级单体风暴和多单体风暴为主,超级单体风暴东移北上过程中与湖南西部不断新生的对流回波结合后发展成飑线,飑线维持、发展过程中出现"弓形"回波、中层径向辐合(MARC)、低层辐散、速度大值区等特征;在短临预警服务中,中低层明显的钩状回波结构、持续偏高的反射率因子和垂直积分液态水含量(VIL)值为靖州强冰雹预警的发布提供了有效依据,而低仰角距离地面1 km内的径向速度大值区(大于20 m.s-1)则为道县雷暴大风预警提供重要参考。     

故宫博物院“6·23”雷击事件分析

2011年6月23日故宫博物院锡庆门、箭亭等5个场所遭雷击.利用该日常规天气资料、卫星资料、雷达资料、大气电场资料、闪电定位资料,分析了该次雷击事件的天气背景和雷击时段大气电场、闪电分布的相关特征;根据雷击现场调查,分析了故宫遭雷击的具体原因和防雷薄弱环节,针对存在的问题给出了整改建议;提出了采取小范围雷电监测预警措施,进行故宫精细化雷电监测预警,改善故宫防雷现状.相关结论可以为文物古建场所的雷电监测预警以及防雷措施的选择提供参考.     

贵州中西部冰雹云闪电活动特征及对降雹指示作用研究

利用VLF/LF三维闪电监测资料、CINRAD/CD雷达资料和地面降雹观测资料,对贵州中西部冰雹云闪电特征进行分析。结果表明：高原台地威宁平均POP和Z值均高于斜坡过渡带区域,两者平均POP值均高于贵州10a（2006—2015）平均POP统计特征值。斜坡过渡区域内总闪峰值平均为22次/（5 min）,威宁总闪峰值平均为13次/（5 min）。斜坡过渡带区域2σLFCR闪电跳跃信号和闪电频次峰值提前量平均为20 min和 13 min,威宁2σLFCR闪电跳跃信号和闪电频次峰值提前量平均为33.7 min和29 min。2σLFCR闪电跳跃信号指示降雹优于闪电频次峰值信号,在实际中可以综合利用闪电2σLFCR跳跃信号与峰值信号识别降雹。     

2016—2019年湖北省气象预警信号的时空分布特征与发布原则

研究气象预警信号发布的时空特征与发布原则,对监测极端灾害性天气和发布预警信号有一定的指示意义.对湖北省2016—2019年期间发布的气象预警信号运用分类统计法按信号类别、等级、发布时间、发布区域进行统计分析,发现暴雨、大风、雷电、大雾、高温为主要的预警信号,预警落区主要分布在鄂东南、鄂西南,预警发生时间主要集中在夏季的7—8月.在此基础上,提出了湖北省气象预警信号的发布原则.