云南一次秋季雷暴过程的闪电特征及形成条件分析

利用NCEP/NCAR资料、雷达回波、卫星云图和闪电定位系统等新一代探测资料对2010年9月21-23日的云南雷暴过程进行了分析.结果表明,西移的热带低压“凡亚比”为这次雷暴云团发展提供了热带偏东风辐合及低层暖(300～302 K)、中层湿(相对湿度≥80％)等有利环流背景条件.中尺度雷暴云团负闪电占主导地位,发展阶段云顶亮温下降,均为负闪电,负闪电频数高达1 245次·(30min)-1;从成熟阶段到消散阶段,云顶亮温逐渐上升,负闪电逐渐减少,有少量的正闪电出现并逐渐增加.另外,雷暴云团结构和闪电空间分布不均匀,具有前部为主对流区而后部为云砧或高云的结构特征,云顶亮温前部较后部低且梯度大.密集负闪电主要出现在云顶亮温≤-60℃附近和前部大的云顶亮温梯度区,稀疏正闪电分散在密集负闪电后部和云团中部.多普勒天气雷达显示,雷暴云团前部云区表现为具有不均匀结构的中尺度带状回波,后部云区属于无回波区;密集负闪电主要出现在带状回波上强度≥40 dBz和顶高≥10 km的强回波区内及中尺度不均匀风场附近,且回波强度越强、顶高越高,负闪电越密集;发展后期稀疏的正闪电分散在强回波的后部边缘或者后部弱的对流回波和层状云回波上.     

利用雷达和卫星资料对一次强对流天气过程的云结构特征分析

利用FY-2D静止卫星、SWAN雷达产品和湖北随州CINRAD/SA雷达资料,结合局地分析预报系统LAPS、自动气象站资料和探空资料等,对2011年7月26日湖北随州一次强天气过程的云结构特征进行了综合分析.结果表明,对流云团的生长中心与雷达反射率因子大值区、云顶黑体亮温TBB低值区和陡变的温度梯度区相对应;云体的合并有助于对流云的发展和维持.单站雷达资料适用于局部回波的形态识别和动力场分析,在两次弓形同波过程个例中,第一次弓形回波产生了降雹,在发展强盛阶段,低层有弱回波区和较明显的人流缺口,出现速度模糊、风暴体倾斜的现象;而第二次则以强降水天气为主.与第二次相比,第一次弓形回波过程有更多、更快的能量聚集和更丰沛的垂直积分液态水含量,有利于冰雹的发生.FY-2D卫星反演的云顶温度和粒子有效半径之间的关系(T-Re)垂直分布显示,降雹的对流云中具有强烈的上升气流,使得粒子有效半径增长缓慢,晶化温度低,没有明显的碰并增长带和降水(雨胚增长)带.     

2022年春季湖北一次强对流天气过程雷达卫星闪电观测特征分析

利用卫星、雷达、闪电和NCEP再分析资料等,以湖北省2022年3月16日一次大范围强对流过程为研究个例,对西南涡移动过程中两个不同位置对流系统的观测特征进行了分析。结果表明:槽前西南涡东移是本次强对流的主要影响系统,东部的风雹天气主要出现在低涡及暖式切变线顶部,南部对流则是由低涡南部冷式切变线诱发。本个例中对流发展初期云顶亮温TBB逐渐下降到220 K以下,未来1 h TBB变率局部最大可达-30℃,大部分闪电紧贴着TBB≤220 K积云右侧和TBB变率大值区中心及边缘,对流系统右侧的闪电对于对流系统的发展移动有较好的指示意义;成熟期TBB≤210 K的积云面积达到最大,未来1 h TBB变率减小,密集闪电分布在积云云团中部且随着TBB低值区移动。雷达观测反射率因子垂直剖面呈右倾结构,对流发展阶段的右倾特征更为明显,闪电位于对流系统右前侧,和≥45 dBz的强回波基本吻合;≥45 dBz、≥50 dBz组合反射率面积,≥10 km、≥12 km回波顶高面积与对流发展演变呈正相关,正、负地闪峰值出现较风雹有0~18 min的时间提前量,负地闪的首次峰值对风雹的提前量可达18 min。     

华北一次中尺度对流系统中的闪电活动特征及其与雷暴动力过程的关系研究

利用地面地闪定位资料、多普勒天气雷达和常规气象资料, 分析了一次具有前部对流线和后部大范围层状云降水(LLTS)的典型中尺度对流系统(MCS)的闪电活动演变特征。整个MCS生命史中负地闪占主导地位, 正地闪则表现不活跃。观测得到MCS消散阶段云闪与地闪的比例为2∶1, 地闪主要分布在地面相对位温和对流不稳定能量均达到高值的区域; 负地闪主要密集地分布在大于40 dBZ的回波范围内; 正地闪则稀疏地分布在30～40 dBZ的回波范围内。在低于-40℃的温度区域内地闪分布较多, 而密集的地闪分布在温度梯度大的区域内。结合单多普勒雷达的水平风场反演, 发现地闪集中出现在气流表现为气旋性切变或水平风呈现切变的区域。该区域与MCS的强回波区相对应, 并且地闪易发生在上升气流达到最大并开始出现下沉气流的阶段。     

基于动态特征的强对流云团追踪

利用FY-2E卫星数据获取的强对流云团面积、重心、长短轴比、重心与形心距离、移动速度、移动角度和最低亮温等属性的变化可作为动态特征,利用慢特征分析方法提取云团中具有一定连续性和稳定性的动态特征对强对流云团不同阶段进行识别和追踪.结果表明,动态特征与强对流云团的不同发展阶段具有很好的对应关系:在初生阶段,云团的移动方向和速度不稳定,但是面积呈现出缓慢增长态势,云顶亮温缓慢下降,此时云团的慢特征为面积和云顶亮温;在成熟阶段,云团的移动路径趋于稳定,云顶亮温达到最低,云团重心和形心基本重合;在消散阶段,存在云团分裂和云团的重心与形心分离特征.云团长短轴比的变化与云团最低亮温的变化趋势一致,移速缓慢的对流云团更容易造成集中强降水,快速移动的对流云团大多造成地面大风.     

基于雷达、卫星资料对河南省一次雷暴过程的地闪演变分析

利用地闪探测系统资料、多普勒雷达资料和卫星云图资料,分析了河南省一次雷暴过程的地闪特征及其与云体结构的关系,结果表明:在雷暴整个生命史中负地闪占据主导地位,占总地闪的99.5%;地闪平均强度与地闪频次存在负相关关系;初次地闪出现时雷暴强度迅速增强;40 d BZ强回波顶高、6 km高度50 dBZ强回波面积以及5 km高度之上50 dBZ强回波体积与地闪频次存在明显的正相关关系,在整个雷暴过程中的相关系数分别为0.80、0.91和0.93,而在雷暴不同发展阶段3种雷达参量与地闪频次的相关性有不同的变化趋势;地闪一般分布在6 km高度雷达回波≥40 dBZ、云顶亮温≤200 K的区域,有助于识别强对流区。     

闪电定位资料对仪征储油罐雷灾成因的分析应用

本文根据多普勒天气雷达回波与闪电定位仪资料,结合雷电现场进行实地勘查的结果,探讨2006年8月7日发生在扬州市仪征油罐雷电灾害事故。综合分析发现当时强对流回波达55 dBz、顶高14 km;在距油罐1 km范围内有闪电13次,负电荷集聚、强度多在20~50 kA之间。此次雷灾事故的直接致灾原因是强大的感应雷电脉冲电流在储油罐罐体与浮顶两根连接电缆上产生较大的电压,导致储油罐罐体与浮顶之间在密封处产生闪络,引起油汽外泄燃爆成灾。为减少此类雷电灾害的发生,提出防护建议。     

一次中尺度对流系统的闪电演变特征

利用地面雷电探测网资料、多普勒雷达和卫星资料对一次典型的MCS过程的地闪变化特征进行了分析,结果表明,在系统发展的最初阶段全为负地闪;在MCS的成熟阶段地闪频数一直较高,在10次/min以上,负地闪占绝对优势;在消散阶段,地闪频数急剧下降,同时正地闪所占比例越来越大,甚至超过负地闪。地闪基本出现在<-50℃的云区和前部大的温度梯度区内,集中发生于<-60℃的云区。负地闪主要发生在强对流区(>40 dBz),其持续时间和强对流的维持时间几乎相当,说明负地闪可以很好地指示或有助于识别强对流区;密集的正地闪也与强回波区相对应,而稀疏的正地闪则多发生在系统后部的稳定性降水或云砧部位。同时,在MCS成熟阶段出现高正地闪频数的瞬间突增有可能对应着地面强天气的发生,在强对流天气的临近预报中应予以关注。     

新疆雷暴的统计特征

2017年6月7日阿克苏地区出现一次强对流天气过程,其中2个α中尺度对流系统（MCS）及其合并发展造成多站大风、冰雹和短时强降水。为探明该过程地闪分布及其与云顶亮温（TBB）、雷达回波和对流系统发展的关系,加深对新疆强对流天气中地闪活动规律和特征的认识,利用新疆地闪监测定位系统数据、卫星TBB资料、C波段多普勒天气雷达资料等,分析了此次强对流天气过程地闪活动特征。结果表明：（1）对流层低层和中层明显增湿,低空中尺度切变线稳定维持,使得地闪集中分布在低空切变线暖平流一侧。（2）该过程以负地闪活动为主,地闪强度由西向东呈增强趋势,地闪强度与地闪密度分布存在一定的负相关,地闪次数跃增和正地闪占比下降与地面大范围强风有着较好的相关性。（3）地闪多发生在TBB≤-40℃云区内,地闪次数与TBB≤-40℃云团面积和最低TBB分别呈正相关和负相关。（4）MCS影响期间负地闪和正地闪多发生在5~20 dBz和10~15 dBz回波区内;对流发生发展和成熟阶段垂直积分液态水含量（VIL）峰值较地闪次数剧增提前12~20 min出现。地闪次数与回波顶高对流发生发展阶段呈正相关关系,成熟阶段呈负相关关系。

     

一次强对流天气过程的闪电与雷达回波特征

利用贵州省三维闪电定位资料、C波段Doppler天气雷达资料及探空资料对2017年贵州一次强天气过程中闪电特征及雷达回波特征的相关性进行分析。结果表明：回波顶高与闪电频数的相关性优于回波强度与闪电频次的相关性;不同温度层上,大于等于30dBz的回波面积与总闪频次和负地闪频次相关性都比较好,其中零度层高度上大于等于30dBz的回波面积与总闪频次相关性最好,且多项式拟合效果优于线性拟合;最大回波强度 、回波顶高 以及30dBz强度回波发展高度对闪电的发生具有一定的指示意义。     

江西强雷电天气形势场及雷达回波特征分析

利用常规天气资料、地面观测资料、江西WebGIS雷达拼图和雷电监测资料,对2014—2016年江西出现的22次强雷电天气过程进行统计和对比分析。结果表明:江西强雷电天气易出现在赣北北部、南昌附近、上饶地区和吉安西部等区域;强雷电天气出现的环境背景场可分为副热带高压边缘型、副热带高压控制型、低涡切变型和台风外围型,最显著的特征是中高空经常伴有干冷舌侵入低层暖湿区;多项对流指数可以预测出现强雷电天气的可能性;雷达回波和雷电强度关系密切,回波类型以带状和块状为主;雷电强度和雷达回波强度有很好的对应关系,但产生强雷电的回波要具备强度大于50 dBz、强回波中心密实、强回波边缘梯度大等条件。     

北京一次大雹天气过程的闪电活动特征分析

由于受闪电监测系统限制,已有研究多局限于强对流天气的地闪(cloud-to-ground lightning,CG)活动特征。本文利用VLF/LF三维闪电监测定位资料,结合雷达观测等资料对北京地区一次典型大雹天气过程的全闪活动特征进行了分析。结果表明:降雹发生前,闪电活动主要分布在对流系统的后部,闪电数较少,且以负地闪活动为主;降雹期间,闪电频数显著增加,云闪(intracloud lightning,IC)及正地闪活动明显加强,该阶段闪电活动主要集中在对流系统强回波中心及其前部雷达反射率因子梯度较大的区域;降雹结束之后,强回波中心基本移出北京,北京范围内的闪电频数明显减少。正闪比例在降雹发生前逐渐增大,在降雹期间稳定维持在较大值,降雹结束后迅速减小;云闪比(云闪频数/总闪频数)表现为降雹发生前和降雹结束后逐渐增大趋势,在降雹期间基本维持稳定少变。闪电的电流强度主要集中在5—50 kA之间,20 kA以下的低雷电流强度的云闪和地闪多发生在降雹期间及降雹结束后,而20 kA以上的高雷电流强度的云闪和地闪在降雹发生前占有很大比例,小于5 kA的云闪在大雹发生期间所占比例明显高于地闪。降雹发生前及降雹结束后云闪发生高度在2-6 km,降雹期间有所抬升,约为2-8km。闪电频数峰值超前于降水峰值5-20 min。     

雷达、闪电资料在典型雷暴单体中的应用

用闪电定位资料和雷达回波资料进行分析,即从雷达产品的4个参数与地闪频数的关系进行相关分析,分析结果表明:(1)反射率因子的回波面积大小和强回波中心的移动与闪电发生的时间、地点有很好的一致性。(2)闪电发生前最大回波顶高有明显的增大,闪电发生的位置和最大回波顶高的位置有很好的对应关系。(3)地闪频数的变化与VIL(垂直累积液态含水量)最大值的变化并不完全对应,但VIL最大值下降到25 kg/m2以下时,可以考虑作为雷暴消散的一个因子。VIL大值区的移动以及VIL大值区面积的变化与地闪频数的整体变化是一致的。(4)雷达VWP产品的无数据区破坏的时间提前于闪电的发生和地闪频数的增长,其恢复滞后于闪电消失。     

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...     

避雷针对天气雷达回波影响的研究

针对避雷针对天气雷达回波影响的问题,通过对天气雷达的盲区及雷达散射截面(RCS)的理论分析,利用HFSS仿真软件及实验的方法,研究水平极化下,不同材料不同尺寸的避雷针的雷达散射截面,结论是:在相同材料避雷针及相同雷达波长情况下,避雷针高度、半径与其雷达散射截面呈正相关;在相同雷达波长情况下,避雷针为理想金属的雷达散射截面比塑钢与理想金属组合材料的雷达散射截面大;实验结果表明避雷针架设在X波段多普勒天气雷达天线附近时,对雷达回波造成的影响可忽略不计.研究结果为在天气雷达附近架设避雷针提供了理论和实验依据,具有应用价值.     

“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。     

湖北省一次强雹暴闪电和雷达回波特征分析

利用湖北省闪电定位系统监测资料与武汉市多普勒天气雷达资料同步叠加,对2010年4月12日湖北省东南部地区一次强对流过程的两个致灾雹暴单体进行分析。结果表明：雹暴生消的不同阶段,正地闪和负地闪频数及在雷达回波中的分布呈不同的变化特征,通过地闪频次和地闪在雷达回波中位置的变化可以识别雹暴生命史演变的不同阶段。雹暴Ⅰ产生小冰雹,是一个普通对流单体,闪电以负地闪为主,闪电频率最大为15次·（6 min）－1;正地闪落在风暴发展和消亡阶段,负地闪主要落在35—55 dBz强回波边缘,零星正地闪分布在强回波周围层状云中,雹暴移动路径前侧的负地闪对雹暴移动有一定的指示意义。雹暴Ⅱ是一个典型超级单体,产生直径超过3 cm的大冰雹,闪电频率最大为44次·（6 min）－1,风暴成熟阶段正地闪活跃,16—17时正地闪频繁出现时间与大冰雹持续时间一致;负地闪与25—55 dBz强回波区域吻合较好,正地闪分布在强回波30—55 dBz中心及层状云边缘。对比地闪频数和雹暴成熟阶段的回波强度可以发现,降雹均出现在风暴的成熟阶段,小冰雹发生时地闪频数下降幅度较小,大冰雹发生时地闪频数下降幅度较大,且正地闪比例明显增大。     

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。