甘肃中川地区雷暴地闪特征的初步分析

本文分析了1987年6月28日甘肃中川地区一次雷暴过程中地面4个测站的电场资料,并定量估算了4个地闪的8个回击所中和的电荷量及其高度。负地闪回击所中和的电荷离地高度为4km左右(对应的环境温度为-11.2℃),而正地闪回击所中和的电荷离地高度为2km左右(环境温度+4.9℃)。负地闪大多发生在云闪后的电场恢复阶段,且在开始时往往具有持续几百毫秒的云内放电过程。其激发过程可能是首先在云底部正电荷区产生向上传输的持续正流光,导致云中部负电荷向下移动,并引发向下传输的负先导,最终导致地闪回击的发生。     

地闪回击辐射场波形的重构及地闪放电参量的估算

根据地闪回击传输线电流模式重新确立了地闪回击辐射场与电流之间的关系式,并在观测实验的基础上,重构了不同距离范围内(15～50km,50～100km,100～150km)的地闪回击辐射场波形,重构波形与实测波形之间有很好的一致性。同时在合理的假定下,将回击辐射电场与电流之间的关系进一步推广到先导过程,并估算了地闪先导放电过程中的三个参量。发现首次回击前最后一个先导脉冲电流为2.7kA,通道的电荷密度为(0.135～1.35)×10-3C·m-1,负地闪回击过程中和电荷量为2.06C。     

地闪和云闪初始击穿VHF/VLF辐射特征观测和比较

分析了合肥地区负地闪和云闪初始击穿过程产生的VLF大双极性脉冲序列及其同步的VHF爆发特征。地闪初始击穿大脉冲序列极性通常与后面的回击极性相同，相邻大脉冲之间的平均间隔为160μs，大脉冲序列持续时间平均为2．2ms。云闪初始击穿的大双极性脉冲序列由正极性大脉冲开始，相邻脉冲间隔时间平均为1．3ms，平均持续时间为11．5ms，明显区别于地闪中的情况。显著的VHF爆发几乎在大双极性脉冲序列出现的同时启动，它与VLF大脉冲一起是初始击穿过程中一种最强烈的特征性事件，在合肥地区出现频率极高。地闪初始击穿期间VHF包络(观测系统带宽100kHz)呈现淮连续特征，而云闪初始击穿期间VHF包络则呈现分立特征，显示两者VHF辐射爆发的特征有所不同。初始击穿期间VLF大脉冲辐射与VHF爆发之间是相关的，但是二者强度之间不存在唯一的大小对应关系。同时分析了合肥地区地闪初始击穿大脉冲序列活动相对于地闪回击的一些特征，序列中最大脉冲幅度与随后的首次回击幅度之比平均为0．43，有94％的初始击穿在首次回击启动前40ms内出现第一个可以辨别的VLF脉冲(105例的平均结果是21．5ms)。     

雷击地闪密度与雷暴日数的关系分析

根据美国卫星观测得到的我国各省区年平均总闪电资料并计算出各省区的年平均地闪密度(以下简称地闪密度);根据全国各省区220个站点的年平均雷暴日资料,按照<建筑物防雷设计规范>GB50057-94(2000年版)(以下简称<规范>)公式计算出全国各省区的地闪密度.比较两种方法得出的地闪密度,发现存在较大的差异,且不同区域差异变化很大.用单位雷暴日地闪密度概念,分析了我国各地单位雷暴日地闪密度的差异及其原因,指出单位雷暴日地闪密度能粗略反映与我国气候特征相适应的地闪密度的分布状况.进一步分析湖州市2007年人工观测和闪电定位仪观测的闪电资料,得到相同的结论.从而提出<规范>规定的地闪密度计算公式存在较大误差,应对其进行进一步的修订和完善.     

一次全省性强雷暴天气的地闪特征

2009年6月26日浙江出现全省范围的雷暴天气,此次过程中出现的地闪频数是自2006年闪电定位系统建立以来出现最多的一次。利用闪电定位实测资料、加密雨量站雨量实况以及多普勒天气雷达产品,对这一过程的地闪特征进行了分析。结果表明:此次地闪以负地闪为主,负地闪广泛分布于25～55dBz雷电回波区域内,而正闪多出现在25～35dBz回波中;地闪多出现在回波发展和前进的一侧,且密集分布在回波的梯度最大处,强回波中心处地闪较少出现;在回波开始减弱到中心强度为35dBz左右的区域没有地闪发生。地闪频数与全省过程累积降水量有很好的相关性,地闪的出现及其频数的增加意味着影响某地的强对流风暴正在发展或正向本地移来,对于单站来说雨强峰值滞后于地闪频数峰值半个小时以上,对于全省累积降水量则提前1～2h。因此地闪资料可以作为强对流天气的短时强降水预报的预警依据。     

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。     

0.1~40 MHz地闪、 云闪及NBE事件的辐射场频谱特征分析

利用宽带傅立叶分析法对2008年7月30日和8月4日两次雷暴过程中, 距离观测点5~20 km范围内的55次负地闪回击过程, 33次云内闪电过程以及20次双极性窄脉冲事件（NBE）的电磁辐射信号进行了观测分析, 得到地闪回击、 云闪放电初始阶段以及双极性窄脉冲事件在0.1~40 MHz频带宽度下的电磁辐射能量谱密度。结果表明, 这三类闪电放电过程的辐射频谱波形均呈现出随频率增加、 幅值减小的趋势, 但在辐射强度和衰减速率上存在一定的差异。负地闪回击幅频波形在6~28 MHz频段上衰减速率相对缓慢; 云闪初始阶段在全频带上始终遵循f-1.2~f-1.4之间的衰减率递减, 且其频谱幅值与地闪回击的辐射能量谱幅值相差不大; NBE事件在0.1~40 MHz频带中辐射能量谱幅值基本都明显大于其他两类闪电放电过程, 特别是在10 MHz以上的HF、 VHF频带上其差异可达到20 dB。     

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。     

基于不间断闪电波形采集的一次皖北雷暴负地闪特征观测

利用具有不间断信号记录能力系统记录的闪电波形资料,借助人工识别判定各次地闪的回击过程,研究了2012年7月9日发生在安徽淮北地区一次夏季雷暴过程的连续负地闪活动特征。该次雷暴3141次负地闪中,单回击地闪占15.5%,最大回击次数为18次,每次地闪平均回击次数为4.2次;在整个雷暴期间,单回击地闪比例和每次地闪平均回击次数存在显著的大小变化。负地闪过程平均持续时间为363.7 ms,相邻回击间隔时间的几何平均为75.3 ms,雷暴成熟期的回击间隔明显小于其它阶段。总体上后继回击强度远弱于首次回击,10031例后继回击与首次回击峰值强度之比几何平均为0.49,但是强于首次回击的后继回击过程并不罕见,34.8%的多回击地闪至少有一次后继回击强度大于首次回击,全部后继回击中有19.7%的强度超过首次回击。后继回击强度和回击间隔呈明显的随回击序号的系统性变化特征。约有38.6%的负地闪伴随可辨的双极性脉冲活动,该脉冲活动与首次回击之间的时间间隔几何平均为23.2 ms。     

一次强暴雨过程地闪活动特征与中尺度对流系统和强降水的关系

利用2007年8月8日18时至9日02时发生在陕西关中强暴雨期间的地闪、卫星TBB、雷达回波和地面加密降水资料,通过统计和对比分析的方法,分析了地闪活动特征及其与中尺度对流系统（MCS）和强降水的关系。地闪活动特征分析显示,暴雨过程中负地闪占绝对优势,为总地闪的97.7%。负闪频数和总闪频数的逐时演变趋势完全一致且呈现两峰一谷的趋势,正闪频数的变化呈现三峰两谷的趋势,但是正闪频数最大值与总闪、负闪频数峰值时间一致。负闪活跃期正负闪6 min演变均表现为多峰结构,正闪的波峰提前于负闪的波峰12 min。负闪频数变化和MCS、雷达反射率因子演变对比分析表明,负闪发生区是未来对流云团和对流发展加强区,负闪频数密集区位于对流云团前部TBB等值线密集区,负闪频数的急剧增加意味着未来对流系统的猛烈发展;负闪主要出现在回波强度大于40 dBz的区域,正闪则落到强回波中心两侧30～40 dBz的回波区,中尺度对流系统快速发展加强期,负闪密集区位于回波单体的前沿,中尺度系统发展稳定少动期,负闪大部分集中在各对流单体的强回波中心附近。对比分析地闪与暴雨发生发展的关系可见,地闪的发生和急剧增加对暴雨发生和发展加强有很好指示意义,初闪的发生提前于强降水发生,地闪急剧增加与降水强度猛增密切关联,负地闪发生密集区是未来强降水发生区。     

北京地区正地闪时间分布及波形特征

为了给雷电防护及机理研究提供必要的基础数据,利用闪电定位资料和电场快慢变化资料,对北京地区正地闪的时间分布规律及波形特征进行了统计分析。结果表明：北京地区正地闪分布随月份而不同,较大频次出现在5—7月,较高比例出现在春、秋季（3—5月和10—11月）;而一天内的正、负地闪分布具有反对应关系,正地闪在傍晚（15:00—21:00,北京时）具有较大的频次和较高的比例,且该比例随闪电频次增大而呈减少的趋势;正地闪多为单次回击,多回击正地闪数占正地闪总数的3.89%;正地闪波形上升沿时间分布范围为5~28 μs,平均为11.55 μs,慢前沿时间分布在2.8~23.6 μs之间,平均值为9.41 μs,慢前沿幅度与回击峰值比为53%,过零时间为43.97 μs,负反冲深度均值为20.75%,辐射场归一化到100 km的回击场强峰值为13.66 V/m;正地闪连续电流持续时间平均值为113 ms,具有连续电流的正地闪比例高达69.2%,其中48.7%具有长连续电流过程。     

用数字云图确定热带气旋强度方法的检验和应用

以关岛飞机探测的热带气旋资料和登陆热带气旋的实测风资料为观测值，将用数字云图确定的热带气旋强度与观测值作比较，其平均绝对误差均不足3 ms-1。文章还给出了1994年业务试用结果。检验结果表明，此方法具有业务应用价值。     

基于大数据云平台的天山气象APP设计与应用

为提升大数据云平台与移动互联网的耦合气象服务质量,满足气象防灾减灾移动可视化需求,推进新疆气象信息化事业高质量发展,亟需开发一款专业气象服务APP。该APP在“云+端”业务模式下充分利用气象业务现有数字化成果,采取多源存储、接口调用、控制反转和数据交互技术,对全疆天气自动站的地面观测、格点实况融合、雷达回波、灾害预警等气象资料进行加工处理和移动展示。天山气象APP可按用户需求提供疆内基于实时位置的天气实况、精细化预报、预警详情、雷达拼图、实况要素产品和统计值要素产品,同时继承大数据云平台服务接口高额承载能力,实现毫秒级响应,在全疆天气自动站应急保障与气象防灾减灾服务中应用成效显著。     

Variability and Long-Term Trend of Total Cloud Cover in China Derived from ISCCP, ERA-40, CRU3, and Ground Station Datasets

Total Cloud Cover (TCC) over China determined from four climate datasets including the International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP), the 40-year Re-Analysis Project of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ERA-40), Climate Research Unit Time Series 3.0 (CRU3), and ground station datasets are used to show spatial and temporal variation of TCC and their differences. It is demonstrated that the four datasets show similar spatial pattern and seasonal variation. The maximum value is derived from ISCCP. TCC value in North China derived from ERA-40 is 50% larger than that from the station dataset; however, the value is 50% less than that in South China. The annual TCC of ISCCP, ERA-40, and ground station datasets shows a decreasing trend during 1984-2002; however, an increasing trend is derived from CRU3. The results of this study imply remarkable differences of TCC derived from surface and satellite observations as well as model simulations. The potential effects of these differences on cloud climatology and associated climatic issues should be carefully considered.     

长水机场低云低能见度天气过程714KaDP型云雾雷达释用

714KaDP型云雾雷达具备30km内的低云和雾监测和预警能力,是专门针对影响机场运行的低云低能见度(两低)天气研制的国内首部毫米波脉冲多普勒雷达。昆明长水机场的试验验证表明,通过提供的云雾基本产品和二次产品,实现了机场两低天气生消演变的有效探测,显著提升了对严重影响空管正常运行的两低天气的监测预警能力。雷达探测发现,714KaDP型云雾雷达对机场及周边低云和雾的生消、演变、移动有着非常敏锐的捕捉能力,特别适合具有明显平流特征的低云和雾(锋面雾、低云平流、辐射雾平流等)的监测和预警,本文介绍了雷达特性、安装位置以及对锋面雾、平流低云和辐射平流混合雾过程的雷达产品分析方法,为提前预警、实时跟踪和云消雾散二次放行决策提供支撑提供了参考。     

Aerosol-Cloud-Precipitation Interactions in a Closed-cell and Non-homogenous MBL Stratocumulus Cloud

A closed-cell marine stratocumulus case during the Aerosol and Cloud Experiments in the Eastern North Atlantic (ACE-ENA) aircraft field campaign is selected to examine the heterogeneities of cloud and drizzle microphysical properties and the aerosol-cloud-precipitation interactions. The spatial and vertical variabilities of cloud and drizzle microphysics are found in two different sets of flight legs: Leg-1 and Leg-2, which are parallel and perpendicular to the cloud propagation, respectively. The cloud along Leg-2 was close to adiabatic, where cloud-droplet effective radius and liquid water content linearly increase from cloud base to cloud top with less drizzle. The cloud along Leg-1 was sub-adiabatic with lower cloud-droplet number concentration and larger cloud-droplet effective, but higher drizzle droplet number concentration, larger drizzle droplet median diameter and drizzle liquid water content. The heavier drizzle frequency and intensity on Leg-1 were enhanced by the collision-coalescence processes within cloud due to strong turbulence. The sub-cloud precipitation rate on Leg-1 was significantly higher than that along Leg-2. As a result, the sub-cloud accumulation mode aerosols and CCN on Leg-1 were depleted, but the coarse model aerosols increased. This further leads to a counter-intuitive phenomenon that the CCN is less than cloud-droplet number concentration for Leg-1. The average CCN loss rates are ?3.89 \begin{document}$\mathrm{c}{\mathrm{m}}^{-3}\;{\mathrm{h}}^{-1}$\end{document} and ?0.77 \begin{document}$\mathrm{c}{\mathrm{m}}^{-3}\;{\mathrm{h}}^{-1}$\end{document} on Leg-1 and Leg-2, respectively. The cloud and drizzle heterogeneities inside the same stratocumulus can significantly alter the sub-cloud aerosols and CCN budget. Hence it should be treated with caution in the aircraft assessment of aerosol-cloud-precipitation interactions.     

导线积冰的云雾特征观测研究

导线积冰在贵州山区是常见的气象灾害, 导线积冰增长率与气象云雾因子密切相关。研究选择贵州西部、北部、中部3个积冰区进行了专门外场观测, 观测项目有:云滴谱、含水量、气温、风向、风速、导线上积冰的长径、短径。观测分析表明:贵州云滴浓度、特征平均直径没有显著性地区差异; 云滴平均浓度140~312个/cm3, 云滴算术平均直径、均立方根直径、中值体积直径分别为7.5 μm, 11.3 μm和20 μm; 14 μm以上大云滴浓度平均占云滴总浓度的12.5%, 但对含水量的贡献高达78%, 大滴与导线碰撞效率高, 大滴是导线积冰的关键因子; 云雾含水量平均0.20 g/m3; 在0~-6 ℃之间, 含水量随温度的降低而降低; 南北向导线积冰比东西向的积冰多; 导线积冰增长率与含水量的大小成正比, 风速超过3 m/s时, 积冰增长率与风速有较明显的正比关系。     

青藏高原云团东传过程及其中中尺度对流系统的统计特征

利用逐小时风云卫星TBB资料、逐小时中国自动站与CMORPH降水产品融合数据以及国家级地面观测站24小时累积降水量,统计分析2010～2016年夏季,伴随下游地区（104°E以东）降水的青藏高原云团东传过程以及东传过程中镶嵌于云团中的中尺度对流系统（Mesoscale Convective System,简称MCS）特征。结果表明,共出现120次伴随下游降水的高原云团东传过程,6月出现最频繁,但持续时间较长的过程多出现在7月。云团向东传播的主要三条路径是平直东传、沿长江折向东传和复合东传。其中路径二——沿长江折向东传中的过程是高影响过程,因为过程次数较多（46次）,过程平均持续时间较长（62小时）,在下游地区引发的降水日数和暴雨日数最多。属于东传过程的MCS在7月形成最多,集中分布在青藏高原东坡、云贵高原东部、长江沿岸及其以南地区。高原MCS影响长江中下游地区降水主要是通过向东传播的形式实现,因为即使生命史更长的中α尺度对流系统（Meso-α Convective System,简称MαCS）也鲜少直接移动至110°E以东地区。不同区域的中α尺度持续性拉长形对流系统（Permanent Elongated Convective System,简称PECS）的日变化特征显示,东传过程MCS更容易在夜间从高原东坡向东传播至下游地区。在三条路径中,路径二中的东传过程MCS数量最多、在下游地区发展最旺盛并与降水日数和覆盖范围存在更好的对应关系。     

机载云降水粒子成像仪所测数据中伪粒子的识别

机载云粒子成像仪(Cloud Imaging Probe,简称CIP)和降水粒子成像仪(Precipitation Imaging Probe简称PIP)所测数据中伪粒子的存在会直接导致仪器所测数据质量下降。利用山西Y-12探测飞机在太原地区的三次航测资料对飞机采样期间伪粒子图像的特点及其成因进行了分析和归类,并在此基础上提出了综合利用到达时间间隔阈值和图像处理识别技术的伪粒子识别方法。利用所提的方法对航测的粒子图像资料进行处理、统计和分析,统计结果表明,在一次测量过程中伪粒子的出现概率最高可达45.2%,其平均出现概率分别是36.01%(CIP)和8.64%(PIP);在所有伪粒子成分中,破碎形成的伪粒子的出现概率是最高的,它可以占到伪粒子总数的95%以上;其次是条纹状粒子和并存粒子,相对来说,空白粒子和线状粒子出现的概率是比较低的。研究还发现,机载平台的飞行状态对伪粒子各成分的出现概率也会造成影响。利用所提方法对仪器测量的粒子谱、粒子数浓度和冰水含量值进行订正,订正结果表明伪粒子对仪器量程内的粒子谱、粒子数浓度和冰水含量值均有影响,其中在云粒子谱影响上,伪粒子对粒子谱两端的影响较大,其中对小云粒子谱的影响主要是在400 μm以下,对大云粒子端的影响主要是在1000 μm(CIP)和2000 μm(PIP)以上。所提方法和阈值对于以Y-12飞机为机载探测平台,以CIP和PIP为探测仪器所获取的其它航次云微物理图像资料处理也是有一定的参考使用价值。     

用FY-2C/D卫星等综合观测资料反演云物理特性产品及检验

云的宏微观物理特性参数无论对天气、气候还是人工影响天气的研究和业务都有十分重要的应用价值.基于FY-2C/D静止卫星遥感观测,融合高空和地面等其它观测资料,研发了近10种云宏微观物理特性参数的反演技术方法,并实现业务化运行.简单介绍反演得到的云顶高度、云顶温度、云过冷层厚度、云暖层厚度、云底高度、云体厚度、云光学厚度、云粒子有效半径和云液水路径等近10种云宏微观物理参数产品的物理意义、反演技术方法和业务流程等;对主要云参数产品,利用最新获得的Cioudsat云卫星实测结果进行了对比检验和可用性分析;将反演产品同MODIS反演的同类产品进行对比分析,发现两者具有较好的一致性.