江苏地区夏季雷暴的雷达回波特征研究

为提高江苏省地区雷暴监测预警能力,利用S波段双偏振多普勒天气雷达雷暴探测回波资料和闪电定位资料对江苏省2014年7—8月的夏季雷暴进行特征研究,研究了雷暴反射率核心区域的演变特征、不同温度层反射率因子与地闪频数随时间的相关性问题和雷暴发展过程云内粒子的演变特征。研究结果表明：在雷暴成熟之前,雷暴的反射率因子核心区域的强度、高度和云顶高度不断增加,以及对流发展旺盛,当雷暴成熟之后,雷暴的强反射率因子核心的强度和对应高度就会不断降低,雷暴将趋于消散;雷暴能够发生闪电的主要特征是40 dBZ回波顶高度要高于0℃温度层高度;雷暴中闪电的产生和霰粒子有着密切的联系,尤其是湿霰粒子。     

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。     

Analysis of a Mesoscale Convective System that Produced a Single Sprite

Sprites are brief optical emissions occurring above thunderstorms. Features of sprites and their parent thunderstorms and lightning activities have been studied by many researchers. Here, we report a single sprite recorded over a mesoscale convective system during its life cycle in Northeast China. The results show that the sprite might have been a dancing one,with a 20 km horizontal displacement from its parent cloud-to-ground flash(CG) and a 38 ms time delay; all the sprite elements occurred during the continuing current process of the parent flash. The peak current of the parent CG was the largest during the almost one-hour time window containing the sprite, and the absolute values of all the negative flashes were smaller than 100 k A during the same time period and did not produce sprite. The sprite did not occur during the time period in which the maximum area of the thunderstorm reached. The occurrence of sprite corresponded well with the decay of the thunderstorm convection, and no significant relationship between the occurrence of sprite and the increase in the 30–35 d BZ and 35–40 d BZ interval was found. The large wind gradient in the 8–12 km region of the thunderstorm may have played an important role in the sprite production.     

春季与夏季两次雷暴大气结构及地闪特征对比

利用NCEP再分析资料、探空资料、闪电定位资料和南京、常州多普勒雷达资料,通过对比分析南京2012年2月22日春季雷暴和2011年8月10日夏季雷暴两次过程,研究不同季节影响雷暴发生的大气结构以及强弱雷暴地闪特征的差异。结果表明:风矢位温(V-3θ)图揭示的大气动力热力水汽特征能够为雷暴的潜势预报提供先兆信息。两者相较而言,春季雷暴的动力抬升作用明显;夏季雷暴主要由热对流引起,对流层上层的动力抽吸作用不明显。春季弱雷暴正地闪在总地闪中所占比例较高。无论春季弱雷暴还是夏季强雷暴,地闪落点与辐合区对应关系明显,且地闪的落点也与雷达反射率因子有较好的对应关系:地闪主要分布在强回波区(大于40 d Bz)及其外围区域。但在较强雷暴云的发展阶段,地闪多发生在风暴体伸展方向的一侧,具有引导雷达回波移动的作用,夏季强雷暴地闪簇集在垂直风切变区域。     

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。     

环境场条件对雷暴传播运动影响实例分析

通过对一个明显后向传播雷暴和一个无明显传播特征雷暴的环境场进行对比,分析环境场条件对雷暴传播运动的影响。结果表明：二者高空均受冷涡后部西北气流控制,有中空急流,低层受暖温度脊影响,气温较高,傍晚前后受短波槽影响,在鲁西北地区产生对流天气;后向传播雷暴的环境场水汽条件较好,大气斜压特征明显,近地面层高温高湿,θse锋区位于对流层中层,中层干空气与低层冷空气入侵,二者共同作用是雷暴的产生机制;无明显传播特征雷暴的环境场水汽条件较差,θse锋区位于850 hPa以下,对流层低层干冷空气与暖湿空气交绥是雷暴的产生机制;雷暴易发生在水汽通量散度中心北侧梯度较大的区域,主回波后部大气为不稳定层结且具有辐合中心、相对湿度较大的特征,这是产生新对流单体的关键;若雷暴区有湿平流,雷暴的下游方向有水汽辐合中心,且辐合中心具有斜压特征,有利于雷暴新生,反之,则不利于雷暴新生。     

雷暴天气过程中降水结构与闪电活动特征个例研究

为深入分析四川雷暴天气过程中降水和闪电活动特征,运用统计与对比方法,对四川东南部一次雷暴过程中闪电活动及降水结构之间的特征进行研究。结果表明,强降水易发生在低层辐合,高层辐散的流场中,局部地区最大降水强度发生在2~5km高度。降水开始1h后,地闪频数达到最高,地闪主要以负地闪为主,正地闪不活跃。对闪电活动与亮温分布关系知,闪电活动主要发生在低于220K降水云内,闪电活动发生的区域与降水落区一致。对总闪与地闪的分布知,负地闪主要分布在总闪的外围。通过对四川雷暴过程的研究,对雷暴预报有一定的指导意义。     

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。     

北京地区雷暴大风预报研究

利用NCEP1°×1°分析场资料,对北京地区2000—2005年夏季和2006年5—6月出现的30个雷暴大风日对流有效位能(CAPE)、对流抑制能量(CIN)、大气可降水量(PWAT)、垂直速度(ω)、相对湿度(RH)和抬升指数(LI)等物理量平均场进行了研究。结果表明,在雷暴大风发生之前,CAPE有一个明显增大的过程,与之相对应,CIN有一个减少的过程。垂直速度和相对湿度垂直-时间剖面图显示,在雷暴大风发生前,对流层低层一般为上升运动,来自大气中、上层的干冷空气及其伴随的下沉气流有利于不稳定层结的增强;雷暴大风发生当日的20时,大尺度环境场为较强的上升运动控制,上升运动可达到对流层顶高度附近,与之配合,大气中层(600hPa左右)存在一相对湿度为70%的高值区,其中55%的相对湿度高度可伸展到300hPa,大气可降水量达到最大值,抬升指数最小;从22时左右开始,随着不稳定层结的破坏,500hPa以下逐渐转为下沉气流控制。通过与2004—2005年5—8月期间46个普通雷暴日和非雷暴日平均场对比分析还发现,大气可降水量对雷暴大风和普通雷暴有很好的指示意义,即普通雷暴要求大气中含有较高的可降水量,而雷暴大风则较低。认真分析不同类型雷暴大风多普勒雷达回波特征,尤其是多普勒速度图像是做好雷暴大风临近预报的关键。     

夏季雷州半岛强降水雨滴谱个例分析及降水与闪电相关性统计分析

利用2007年8月在雷州半岛观测雷暴获得的雨滴谱和地闪资料,重点分析了8月6日遂溪、湛江一次雷暴云降水个例的雨滴谱特征,对闪电特征与降水的相关性进行了统计分析。结果表明,遂溪站的雨滴谱谱型多为双峰或多峰型,而湛江站的雨滴谱谱型多呈单峰型分布;平均雨滴谱符合Gamma分布;雨强I10mm/h时发生地闪的频率较高,且发生地闪频率随着距测站的距离减少而增加;随着雨强的增大发生正地闪的概率明显增加;降水过程中的闪电频率和距离校准后闪电电流强度的相关性表明,地闪发生的距离越近,频率越高对应雨滴谱谱宽越宽和降水强度越大。     

襄阳一次强雷暴过程的雷达回波与地闪特征分析

利用湖北省闪电定位仪、新一代天气雷达资料并结合常规气象观测等资料,对2011年7月24日下午出现在湖北襄阳的一次强雷暴天气过程进行了分析。该过程的两个强风暴分别产生了冰雹和雷雨大风（后期强降水）,重点分析了两个强风暴系统生命期雷达回波和闪电（地闪）特征。结果表明：产生冰雹的强风暴是一个孤立的超级单体,降雹发生在超级单体成熟阶段;产生雷雨大风和强降水的强风暴是一个弓状回波,雷雨大风发生在弓状回波顶部,强降水回波成片状且移速较慢;两个风暴的地闪演变特征及闪电在风暴生命史各阶段分布的位置不同。     

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。     

TRMM卫星与机载雷达在降雨反演中的数据对比个例研究

热带降水测量卫星（TRMM）上搭载的测雨雷达是第一部能够提供三维降水信息的星载雷达,机载雷达也能够对降雨进行实时观测。由于机载和星载雷达观测有很多共同点,所以选择机载、星载雷达数据进行对比。1998年8月26日NOAA/P3飞机对Bonnie飓风进行了一次观测飞行,与此同时TRMM卫星也同步扫过该区域,因此利用对Bonnie飓风的机、星观测数据对应点数值对比、差值对比、平均值对比等,对Bonnie飓风做了进一步分析。对比结果一致,印证了TRMM数据的可靠性,同时进一步验证了双束立体雷达算法的联合算法的可靠性。     

Analysis of the Initial Stage Intracloud Lightning Using the Pulse Location Technique Based on the Fast Electric Field Change

Academy of Sciences,Beijing 100029 2 Lanzhou University,Lanzhou 730000 3 Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000 4 Nanjing University of Information Science＆Technology,Nanjing 210044
Using both fast and slow electric field change sensors and field mill,multi-station observations on lightning flashes over China inland plateau areas were conducted during the summer of 2004.All of the stations were synchronized by GPS with a time-resolution of±50 ns.Using the different time of arrival（DTOA）and based on the fast electric field change sensor,a lightning radiation location technique was developed.Radiation pulses in the initial stages of five intracloud（IC）lightning discharges which occurred on 20 August were analyzed.The results indicate that the technique developed could effectively locate the lightning radiation sources.Furthermore,the lightning discharges were compared with the Doppler radar data.The results show that the radiation sources were well associated with the storm development.When the storm was at the mature stage with an echo top of about 10.9 km,the radiation sources ranged from 5.2 to 8.3 km above mean sea level;when the storm gradually became weaker,with echo top of about 7.9 km,the radiation sources ranged from 3.0 to 5.9 km.In particular,one of the IC lightning discharges ranged from 3.0 to 4.9 km during the dissipation stage of the storm.The results also indicate that the radiation sources were closely associated with the high reflectivity region（25–50 dBZ）of the storm,which,to some extent,demonstrates the reliability of the location results,thereby showing that multi-station observations of fast electric field change sensors could be a useful tool for monitoring the storm development.Location errors from radiation sources were also compared with the radar data and the results of a simple simulation.It was found that the errors were getting smaller when the radiation sources approached the center of the detection network, and vice versa.Compared with the limited experimental observations,the simulation results were found capable of effectively reflecting the location errors.     

拉萨春季一次雷暴天气过程分析

利用拉萨多普勒天气雷达、闪电定位仪、欧洲中心500hPa分析场及常规观测等资料,对2008年4月27-28日发生在拉萨的雷暴天气的环境条件和雷达回波特征进行了综合分析.结果表明:这次雷暴过程是在乌拉尔山冷空气南下,加剧了高原低涡切变辐合上升运动的发展,大气层结极不稳定的条件下产生的;雷达径向速度图和VAD风廓线均显示出非常明显的低层暖平流结构、低空急流及垂直风切变特征;γ中尺度气旋式涡旋扰动与环境垂直风切变的相互作用,导致雷暴云发展,回波顶增高,40dBz回波顶高伸展到7.0km左右;CAPE值、垂直风切变、γ中尺度气旋性扰动以及低层暖平流对拉萨雷暴天气预警、预报具有指示意义,给出了拉萨雷暴天气预报思路与着眼点.     

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。     

廊坊市雷暴气候特征及区划研究

利用廊坊市9个气象站1964—2011年的雷暴日资料,通过数理统计、线性趋势拟合和小波分析,研究了廊坊市近48 a来雷暴的时空分布特征和周期性特征,并结合信息扩散法,进行了不同雷暴日数下的概率区划.结果表明:廊坊市雷暴日的年际变化幅度较大,年均雷暴日数总体呈下降趋势,约每10 a减少2 d;廊坊市雷暴月、季变化呈明显的单峰型,雷暴主要发生在4—10月,其中夏季(6—8月)占全年的74.5%;中北部的雷暴日数明显多于南部地区;10a及以上周期在绝大部分地区具有全域性,而短周期3~5 a大多表现在20世纪90年代之前;随着雷暴日数的增大,雷暴发生高概率区逐渐北移,当雷暴日数异常偏大(>40 d)时,中部的部分地区也处于雷暴发生高概率区.     

天津地区雷暴大风天气雷达产品特征分析

应用2002-2007年天津共46次雷暴大风天气过程的新一代天气雷达资料,并结合灾情报告和地面自动气象站资料,根据雷达基本反射率回波特征,影响渤海西部雷暴大风的雷达回波形态有以下四种类型:弓状回波、阵风锋、带状回波和零散椭圆状回波,其中弓状回波对应的雷暴大风天气最为强烈,特别是弓状回波的前部和顶端突起部分;同时弓状回波主体维持时间与雷暴大风维持时间基本一致.另外,应用垂直积分液态水含量产品(VIL)进行了统计分析.结果表明:当VIL值达到或超过40 kg·m~(-2)时,随后VIL值的快速减小对于预警雷暴大风天气有指示意义,这种信息一般能够提前10分钟出现.此外,分析了雷暴大风的路径来源有四类:分别是北方路径有9次,西北路径占19次,西方路径14次和其他路径4次,其中北方路径带来的灾害相对严重.这些特征对预警渤海西部雷暴大风天气提供使用价值,同时也可提供其他地区参考使用.     

京津冀地区雷暴大风天气的统计分析

利用1960-2018年抚州市11个气象站雷暴资料和NCEP再分析资料,采用线性趋势、Mann-Kendall检验、小波分析等方法,分析了抚州市雷暴的时空分布特征及变化趋势,并分析了雷暴天气与气象要素的关系及其主要影响系统。结果表明：抚州市雷暴空间分布不均,东多西少,南多北少;年均雷暴日数有70.5 d,总体呈下降趋势,平均以-4.46 d·（10 a）^-1速度减少。雷暴主要发生在春、夏季,两季雷暴日数占全年雷暴总日数的86.6%,雷暴发生频次春季以4月最多,夏季以8月最多;雷暴发生时间存在明显的日变化,主要发生在13-20时。雷暴日数在1987年发生突变,存在3~6 a的短周期、13~15 a的年代际周期变化和21 a左右的低频振荡。抚州市雷暴的天气形势主要有锋面型、高空槽（切变线）型、副热带高压边缘型、东风波与台风倒槽型。

     

青藏高原地面Doppler雷达与TRMM星载雷达测云比较

利用 1998年青藏高原地面Doppler雷达资料和TRMMPR资料进行对比分析 ,分别从不同角度出发 ,分析了Doppler雷达和TRMMPR所测云区在回波结构和回波强度等方面的相同和差异之处 ,以及产生误差的必然和可能的原因