确定雷电定位系统场地误差的参数化方法

本文提出一种根据多站雷电定位资料确定闪电定位系统(LLS)场地误差的方法。该方法假定场地误差具有有限阶三角级数的形式,由雷电方位的多站实测资料,经Orville的本征值技术处理,将问题化为一个非线性无约束极值问题,从而可由对目标函数求极值点来确定场地误差。文中利用1988年夏天在北京地区由三个雷电方位探测器(DF)记录到的4900个实际雷电资料求得了各DF站的场地误差曲线。95％以上的闪电经误差订正后的方位与实测方位的残余偏差在±1°以内,与雷达回波的一致性也有了明显改进。     

2007年夏季两次强雷电过程的气象卫星资料分析

利用FY2一C、FY2一D高时空分辨率可见光云图和FY2一C云顶亮温资料,选取了2007年6月24—25日和7月10一11日2次强雷电过程,对雷电时空分布与强雷暴云团（MCS）演变特征的相关性进行了分析。结果表明：（1）对于不同MCS来说,落雷次数和落雷密度都与MCS的强度密切相关,即MCS强度越大,对流越强,落雷次数越多,落雷密度越大。（2）落雷集中的时段主要都出现在MCS成熟之前、水平尺度为中口尺度的时段内。（3）对于同一MCS来说,在MCS成熟之前,当前以及未来1h的落雷密集区都不是位于当前大范围较低亮温区所覆盖的区域,而是位于MCS移动方向前方和最低云顶亮温中心前方TBB梯度最大的区域内,未来1h的落雷密集区比当前的落雷密集区偏东30—50km。在MCS成熟之后,落雷密集区位于MCS主体外新生的尺度小、生命史短的雷暴云团附近TBB的密集区内。     

北京地区雷电定位系统场地误差及其结构分析

本文利用1988,1989两年北京地区雷电定位系统(LLS)探测到的雷电资料,采用作者在文献[10]中提出的参数化方法,分别计算了该系统中各定向仪(DF)的场地误差曲线。结果表明,场地误差曲线不仅是测量方位角的偶周期函数,而且包含着奇周期的成份。同时还表明,同一场地具有相对稳定的误差曲线。 文中还讨论了场地误差产生的原因,并首次提出偶极辐射是产生场地误差的主要原因的观点,推导出了它可能产生的场地误差的函数形式。用此理论可很好地解释实际计算出的各站场地误差曲线的结构特征。     

数值模式误差对降水四维变分资料同化及预报的影响

利用一个无量纲的水汽发展方程,针对同化时间窗口内出现和不出现降水两种情况,分析了不同模式误差和初始误差对降水四维变分资料同化预报效果的影响。结果表明,应用四维变分资料同化方法进行降水预报前,应该充分考虑数值模式中的误差,才能得到比较满意的同化及预报结果。假定同化窗口内获得的比湿观测场是准确的,当不存在模式误差时,四维变分资料同化方法可以有效地消除初始场误差,找到比湿真实初始场;而存在模式误差时,四维变分资料同化后的模式初始场会偏离真实的比湿初始场,并且模式误差越大,偏离程度越严重。在一些模式误差情况下,由于模式误差在同化窗口及延伸预报时段的作用不同,进行四维变分资料同化处理后,尽管累积降水量的预报结果在同化时间窗口内优于同化前的预报,而在最终预报时刻反而差于同化前。     

在四维变分同化中运用集合协方差的试验

利用浅水方程模式和模式模拟资料进行数值试验比较3种不同的背景误差协方差矩阵处理方法对四维变分(4DVAR)资料同化的影响.3种背景误差协方差矩阵分别是:(1)对单一变量将背景误差协方差矩阵简化为对角矩阵;(2)将背景误差协方差矩阵的作用简化为高斯过滤;(3)由预报集合生成背景误差协方差矩阵并利用奇异值分解技术解决矩阵的求逆.通过一系列数值试验,比较不同观测密度、不同观测误差下3种背景误差协方差处理方法对4DVAR同化效果的影响.结果表明,背景误差协方差的结构对4DVAR有重大影响.当观测资料的空间密度不够高时,采用对角矩阵得不到满意的结果.高斯过滤方案可以明显改善同化结果,但是对背景误差特征长度比较敏感.第3种方法采用的背景误差协方差矩阵是流型依赖的,而且并不以显式的方式出现在目标函数中.避免了对它求逆的复杂运算.由于做了降维处理,在观测点的密度较低和观测误差较大时可望取得较好的同化结果,同化效果较为稳定.     

伴随模式同化系统在修正模式误差中的应用研究

资料误差和模式误差都是制约数值预报结果准确性提高的关键因素,传统四维资料同化都是假设模式完全正确仅对初始资料进行修正,忽略了模式误差本身造成的预报误差。伴随模式同化系统不仅具有修正资料误差的能力,也可应用于修正模式误差方面的研究。本文将卫星中心导风系统提供的GMS5卫星风场与非常规温度资料用于MM5伴随同化系统修正模式地形误差进行试验性研究表明,该方法能够反演出一个既与初始气象要素场相匹配,又与模式更协调的地形场,得到比一般包络地形更好的效果,改善模式对强降水中心及降水区域的预报;数值试验结果还揭示模式误差对模式预报造成一定的影响,用伴随方法对观测资料进行修正的同时也对模式误差进行修正的方法是可行的。     

基于河池市地理参数的落雷风险指数研究

基于河池市2008年1月—2015年10月的闪电定位资料和高程、坡度等地理数据,分析地闪密度、强度分布与地理参数的关系。结果表明:闪电密度随着经度的增加而增大,而随着纬度、海拔高度和坡度的增加而减小,闪电强度随着纬度、海拔高度的增加而增大,随着经度和坡度的增加而减小,在分别考虑地理参数的影响下,海拔高度与闪电密度、强度分布的相关性最大;基于闪电密度和强度随地理参数变化的趋势分析,利用信息熵法计算得到与闪电定位资料分布趋势基本一致的下垫面落雷风险指数模型。     

水文学中雨强公式参数求解的一种最优化方法

提出了一种客观的、最优化的暴雨强度公式参数估算方法:先将公式线性化, 确定出未知参数b, C取值范围, 给定一个b值 (分公式)、b, C组合 (总公式), 再对雨强-历时-重现期 (i-t-T) 三联表数据进行最小二乘法拟合可得到参数A, n, 以总误差最小为控制条件, 理论上可得到最优的一组参数估算值。并以深圳、武汉两市为例, 进行暴雨强度公式参数估算, 精度高于国家标准要求, 且明显优于对比方法。该法已被编制成计算机软件, 只要输入原始资料就可以很快输出结果, 包括曲线型估计、参数估算、误差分析、图表, 使用极其方便, 可向全国各地推广应用。     

热带气旋路径预报“真实”误差分析

目前,热带气旋预报性能的检验和分析多采用各中心每年台汛后整编的最佳路径数据集(即"年鉴")资料作为真值。然而,由于年鉴资料通常在次年才能发布,所以在业务上,常以实时定位、定强资料作为"真值"进行预报性能的检验,因而不同机构(口径)给出的预报性能往往不尽相同,造成了混乱。此外,实际业务预报中,因没有实时的年鉴资料,各预报方法的起报位置只能采用实时业务定位,显然不可避免地导致了误差。为分析使用实时定位和年鉴作为"真值"进行预报性能检验的差异、评估定位误差对预报性能造成的可能影响,本文首先考察最佳路径和实时/初始定位之间的差异(即定位误差)及其分布特征,然后分析采用实时/初始定位和最佳路径作为"真值"计算预报误差时的差异,最后基于最基础的气候可持续性(Climatology and Persistence,CLIPER)预报方法初步评估了预报性能对定位误差的敏感性。结果表明:以中国气象局整编的年鉴(CMA-STI的最佳路径数据集)资料为"真值",2013—2019年间国内外各主要预报机构及全球模式的定位误差平均为24.3 km;若以东京台风中心(RSMC-Tokyo)的年鉴资料为"真值",则定位误差平均为26.2 km。分析发现,定位误差与强度密切相关,热带风暴阶段的定位误差高达35.7~41.1 km,而超强台风阶段的定位误差仅为7.5~8.3 km;在96 h预报时效内,以最佳路径为"真值"计算得到的平均预报误差均略小于以实时/初始定位为"真值"的误差,但强度越强差异越小;定位误差对短时效内的预报性能有较显著的影响。     

数值预报同化系统中观测资料误差分析

在观测资料同化系统中,观测误差均方差与背景场误差均方差共同决定着观测信息与背景场信息的相对重要性以及这些信息在空间及不同变量间的扩展方式,故在资料同化系统中起到决定性作用.因此,观测误差均方差的合理估计是非常重要的.采用贝塞尔函数拟合方法,从探空观测资料与背景场的偏差(IV)协方差中分离出探空资料的观测误差均方差与模式的背景场误差均方差;再从其他观测资料偏差协方差中扣除背景场误差均方差来估计其它观测误差均方差.观测误差均方差分析使用2006年8月1-31日观测资料,国家气象中心T213L31全球中期分析预报系统的6小时预报作为背景场.结果显示估计的观测误差均方差是比较合理的.     

浙江省沿海陆域与舟山海域地闪回击特征分析

采用2016-2020年浙江省闪电定位资料,利用Access和MATLAB对浙江省陆域、舟山海域地闪回击特征进行分析.结果显示:浙江省陆域年平均地闪回击密度为1.97次·km-2·a-1,正地闪回击密度为0.10次·km-2·a-1,正地闪回击占总地闪回击的5.1％,正地闪回击平均电流强度为42.49 kA,负地闪为3...     

A PARAMETRIC METHOD OF SITE ERROR ESTIMATION FOR A LIGHTNING LOCATION SYSTEM

In this paper,a parametric method of site error estimation is developed for a lightning location system (LLS)which consists of three or more direction finders (DFs) and one position analyzer (PA). The site error for eachDF is a function of bearings measured by the DF, and is assumed to be limited-term harmonics. The problemof site error estimation is reduced to a non-linear unconstrained minimization problem by employing the eigentechnique (Orville Jr., 1987). The site error can be found directly by minimizing the objective function. By using the data set obtained with the LLS of three DFs in Beijing area during the summer of 1988, thesite error correction curves for all DFs were found. About 4900 lightning flashes detected by the three DFswere used. The results showed that about 95% of the flash residuals of the sample were within ± 1 degree aftercorrections. The lightning locations with site error corrections were more consistent with the corresponding radarechoes than those without corrections.     

Improvements in the detection efficiency model for the Brazilian lightning detection network (BrasilDAT)

The detection efficiency (DE) is the most important performance gauge of a lightning detection network (LDN). Moreover, the main motivation for evaluating the DE of a LDN is to separate the geographical variations of the CG lightning parameters from the variations regarding the network performance. A review of previous relative DE techniques and simple methods to correct the cloud-to-ground (CG) lightning flash density maps is presented. In addition, recent improvements in the flash DE model for the Brazilian lightning detection network (BrasilDAT) are discussed. The DE estimated values are based on the sensor individual DE probability functions, which are derived from a large amount of CG stroke data provided by the network considering different distances from the sensor and specific peak current ranges. The new approach provides better results when compared with the previous developments, since the calculation of the sensor DE probability functions neglects the lightning data provided by the minimum number of reporting sensors. Hence it is possible to minimize the unrealistic enhancement of the DE closer to the network boundaries (“border effect”) without affecting significantly the performance inside the network. The main result is a more realistic correction of the CG flash density maps, particularly at the outermost network areas, leading to an improvement in the model sensitivity.     

云南西双版纳地区闪电活动特征

应用2017—2018年云南省VLF/LF三维闪电定位数据和1987—2006年云南省人工雷暴日观测数据,运用数理统计、空间插值等方法分析"雷都"西双版纳闪电活动的时空分布特征,运用网格法将闪电定位数据转化为网格雷电活动日,研究人工观测雷暴日与闪电定位监测资料的相关性。结果表明:西双版纳地区雷电活动从3月就开始逐渐增多,峰值出现在7—8月。就闪电频次而言,云闪少于地闪、正闪少于负闪,正地闪明显多于云南省其他地区。11月闪电强度较大,但频次较少;7月闪电频次较多,但强度较小。云闪多发生在8 km以下,平均高度为4.914 km。地闪和云闪密度分布一致,北部高而南部和东西部低;云闪的强度明显高于地闪,但在空间分布上均是北部弱而南部和东西部强。人工观测雷暴日与网格雷电活动日的逐月分布特征较一致。研究还表明:西双版纳在云南省范围内是人工观测雷暴日最多区域,也是网格雷电活动日最多区域。     

山东地区闪电的特征分析

利用1998～2000年山东地区雷电探测网获取的云对地闪电资料，从闪电的日变化、闪电的强度、闪电密度、极性等方面研究了山东地区的雷电分布特征。结果表明，云地闪电中负闪占绝大多数；正闪的平均强度大于负闪，在闪电强度较小和较大时发生的正闪占总正闪电总数的比例相应地高于负闪；闪电的发生也有明显的日变化，总体呈双峰双谷形式；闪电的空间分布与地形有关，也与下垫面的性质有关。对部分城市市区闪电密度的统计分析表明，济宁、莱芜、滨州、泰安、济南等位于鲁中地区的城市更应加强人工防雷工作。     

The intracloud/cloud-to-ground lightning ratio in Southeastern Brazil

The intracloud to cloud-to-ground lightning flash ratio (Z) has been estimated for the first time in Southeastern Brazil and in the tropical region using the Lightning Imaging Sensor (LIS) and Brazilian lightning detection network (BrasilDat) lightning data obtained from 1999 to 2005. Geographical variations of Z and their relation to elevation, latitude, precipitation, total lightning density and percentage of positive CG lightning will be discussed. Daily variations of Z will also be presented. The results suggest that Z values are similar to studies outside the tropics and that are influenced by orographic features.     

Climatology of lightning activity in South China and its relationships to precipitation and convective available potential energy

This study examined lightning activity and its relationship to precipitation and convective available potential energy(CAPE) in South China during 2001–12, based on data from the Guangdong Lightning Location System, the Tropical Rainfall Measuring Mission satellite, and the ERA-Interim dataset. Two areas of high lightning density are identified: one over the Pearl River Delta, and the other to the north of Leizhou Peninsula. Large peak-current cloud-to-ground(LPCCG) lightning(75 kA) shows weaker land–offshore contrasts than total CG lightning, in which negative cloud-to-ground(NCG) lightning occurs more prominently than positive cloud-to-ground(PCG) lightning on land. While the frequency of total CG lightning shows a main peak in June and a second peak in August, the LPCCG lightning over land shows only a single peak in June.The ratio of positive LPCCG to total lightning is significantly greater during February–April than during other times of the year. Diurnally, CG lightning over land shows only one peak in the afternoon, whereas CG lightning offshore shows morning and afternoon peaks. The rain yield per flash is on the order of 10~7–10~8kg per flash across the analysis region, and its spatial distribution is opposite to that of lightning density. Our data show that lightning activity over land is more sensitive than that over offshore waters to CAPE. The relationships between lightning activity and both precipitation and CAPE are associated with convection activity in the analysis region.     

Some aspects of the correlation between lightning and rain activities in thunderstorms

The lightning activity of convective systems is a sometimes fruitful indicator of their precipitation production. The present study compares rain volume with different types of lightning activity in several convective systems. The study uses data obtained in the Paris area where two lightning detection systems coexist. The Météorage network provides the location and the polarity of cloud-to-ground flashes, while the SAFIR system detects the total flash activity: cloud-to-ground, intra-cloud flashes and VHF individual sources within a given time window. The overall spatial correlation between rain and lightning appears to be very consistent for all lightning types. A pixel-to-pixel study shows that positive CG flashes are associated with higher rainwater volume than negative flashes. Introducing a weight coefficient for positive CG flashes considerably improves the correlation between rain amount and lightning production. Taking into account the specific contribution of each type of lightning flash, the amount of rain can be estimated from the total electrical activity of each system. Comparison with the amount derived from radar measurement shows reasonable agreement. Finally, the parallel time evolutions of rain and lightning rates display quite similar characteristics.     

一次飑线过程的闪电活动特征

结合地闪定位资料和TRMM卫星LIS观测的总闪电资料对一次飑线过程闪电活动进行分析,结果如下:这次飑线过程的正地闪超过了负地闪,占地闪的54.7%.在系统发展的初始阶段全部为正地闪;在系统的快速发展阶段地闪频数明显增大,正地闪比例很高,均在75%以上.在系统成熟至减弱阶段,地闪频数开始下降,而正地闪比例下降,负地闪的比例却越来越大,并占据支配地位.正地闪发生在线对流区(即强回波区内或附近),负地闪发生在层状云区.正地闪并不对应于主上升气流区而是紧邻上升气流区的后部.该雷暴云内闪电活动非常频繁,云地闪比例高达26.1:1.降雹和地面大风区位于正地闪密集区内,地闪频数峰值对应于地面大风阶段.     

2011年呼伦贝尔市闪电密度特征初探

利用2011年呼伦贝尔市9部ADTD型地闪定位仪提供的地闪观测资料,对呼伦贝尔市地闪发生时空分布特征进行分析。结果表明:云地闪中负闪约占92.62%;夏季地闪活动最强,春、秋两季次之,冬季最弱,地闪主要集中在7—8月;地闪的发展有明显的日变化,呈双峰双谷形式,地闪活动下午最活跃;闪电密度的空间分布与地形和下垫面的性质关系密切,地闪的大值中心位于南北走向的大兴安岭山脉东西两侧,白天地闪密度大值中心位于大兴安岭山脉与松嫩平原过渡区山坡上,而夜间地闪密度大值中心则位于呼伦贝尔高原与大兴安岭山脉的过渡区沙丘地带。