青藏铁路沿线区域闪电分布和闪电气候

用1998年1月1日～2003年12月31日TRMM卫星探测到的25～38°N,75～100°E闪电资料,对青藏高原地区年、季、日发生闪电频数和随经纬度变化,闪电密度分布的气候特征进行了计算分析。结果表明:青藏铁路沿线区域年均日发生闪电数约7 600次,白天占到66.47%,夜间占到33.53%,昼夜比为2.0,明显高于中国其它区域昼夜闪电比1.2。日闪电频数的年变化是多峰值,闪电主要发生在4～9月,占年总闪电的94.75%。5月上中旬和9月中下旬为次峰值,主峰值在夏季6～8月占到年总闪电70.23%,最高出现在7月占到年总闪电25.19%。10月到次年3月发生闪电很少,仅占年总闪电的5.25%,特别是11月到次年2月只占总闪电0.83%。青藏高原发生闪电的日变化以单峰值为主,年均达到346.75次/h左右,傍晚18时达到最高峰值,占到日出现闪电的12.1%,19～21时每小时达到日闪电值的9%以上,21～22时为快速下降时段,午夜24～01时出现维持时段,每小时达到日闪电值的3%,凌晨4～5时有小起伏,每小时达到日闪电值的1%,上午8～11时达到日变化的最低谷,4 h仅占日出现闪电的1.3%,闪电峰值是低谷的100倍以上,说明青藏高原区域闪电高发时间主要在傍晚。4个季节发生闪电峰值的日变化时间表明,不同季节出现闪电峰值的日时段不同,春季主要在晚间,夏季主要在傍晚,秋季主要在傍     

卫星观测到的我国闪电活动的时空分布特征

利用卫星上携带的闪电探测仪所获取的8年闪电资料,对我国闪电活动的空间分布、季节变化和日变化等特征进行了分析。结果表明：按照闪电活动的频繁程度在空间上可以将我国大致分为与太平洋海岸平行的4条闪电活动带：即近海区域、中部区域、西部区域和西部边境区域。其中,东南近海区域是我国闪电活动最频繁的地区,并向西北地区逐渐减弱,而西部地区则是我国闪电活动最弱的地区。我国的闪电活动呈现出明显的季节变化和日变化,平均而言,闪电活动主要集中在夏季(约占全年总闪电活动的68％),并以8月份最为活跃,春季次之(约占全年总闪电活动的24％),然后是秋季,冬季最弱,并在11月份出现闪电活动的最小值。在各个季节,随着纬度的减小闪电活动呈现出明显增大的趋势。闪电活动的日变化表明,我国的闪电活动绝大多数发生在午后至傍晚时分,这也与对流活动相对应,而少数地区发生在夜间。     

江苏省区域闪电分布特征

利用2006-2010年江苏省气象部门闪电定位系统的观测资料,对南京、苏州、徐州、南通和连云港5个代表性地区闪电频数的季节、月、日变化和空间分布特征以及闪电强度分布区间进行对比研究,探讨了各地闪电分布差异和全省闪电活动特征。结果表明,5个地区四季负闪均多于正闪;闪电频数年变化显著,南京峰值出现在7月,其他地区出现在8月;闪电日变化特征明显,各地区峰值出现在14：00—17：00。全省闪电频数的空间分布不均衡,苏南大于苏北和苏中地区,南京、镇江、常州部分地区分布着多个闪电密集中心。大部分闪电强度集中在20～50kA,100kA及以上的闪电很少,各地区正闪强度均高于负闪。     

河南省雷电活动时空分布特征

利用河南省气象部门提供的ADTD雷电探测系统2006-2010年的闪电资料,分析了河南地区云地闪电的月变化、日变化及闪电密度和闪电强度时空分布特征.结果表明:河南省云地闪中负闪占绝大多数,占总闪电的96.54％,但正闪平均强度比负闪大.闪电密度大的地区集中在山区和平原过渡区及河网密集、水域分布较广的地区.地闪主要出现在夏季,占全年的91.50％;气温较高的季节里,正闪占闪电总数百分率较低,反之较高.闪电的发生有明显的日变化,集中在13-24时,最大值出现在17时.正、负闪电的强度主要集中在10～60 kA,大于100 kA的闪电主要分布于豫西、豫南和豫东部分地区,且闪电强度较大的地区,闪电密度较小.     

山东地区闪电密度时空分布特征

利用山东地区2006年6月至2007年10月13站的闪电资料,分析了该地区闪电密度的时空分布特征。结果表明:13站相比5站布局,获取的闪电样本更多,代表性更好,探测精度更高,分析结果存在差异;闪电密度高值区域出现一定的南移,在半岛内陆地区和东部荣成市出现了新的高值区域,负闪所占比例增加,占99.06%,平均闪电强度增大,负闪平均强度11.47 kA明显低于正闪平均强度25.04 kA;正、负闪电频次年、日变化均呈双峰值特征,但不同时间、不同区域之间存在差异;闪电强度季节变化呈单峰谷形式,但各区域峰谷时间有差异,且冬季没有正闪电发生。     

TRMM卫星观测到的华南地区的闪电时空分布特征

利用TRMM卫星上携带的闪电探测仪(LIS)所获取的9年闪电资料(1998—2006年)对华南地区闪电活动的时空分布特征进行了分析。该地区闪电次数的年差异较大,最多年份是最少年份的2倍多,闪电活动季节性特征非常明显,闪电主要集中发生在春末仲夏,呈现双峰值特征,4—8月是闪电高发期(约占全年总闪电活动的81.91%)。闪电活动的日变化表明,8月份闪电活动绝大多数发生在午后至傍晚时分,这也与对流活动相对应,5月份闪电活动除在午后有一个峰值区外,在凌晨也有一个不小的峰值区。华南地区的闪电密度高值区主要有：清远-广州一带、廉江市附近、海南岛中部,闪电密度低值区主要位于南海水面上。分析表明：华南地区闪电时空分布除与大尺度的天气系统背景有关外,还与太阳辐射、地形抬升、下垫面的性质等有关。太阳辐射的季节变化和日变化等是造成闪电时间分布的重要原因;地形的抬升作用和下垫面的性质及其差异是造成气候意义上中小尺度闪电空间分布差异的重要原因。     

湖北地区云地闪电时空分布特征分析

为揭示湖北地区云地闪电时空分布特征及雷电活动规律,以满足雷电灾害防护和雷击风险评估工作需要,采用湖北不同地理位置的13个雷击探测仪组成的闪电监测定位系统获取的2006年3月至2009年2月的云地闪电资料,从闪电的极性分布、日变化、月变化、强度、闪电密度、累计概率分布等方面进行统计分析。结果表明:云地闪电中负闪电占闪电总数的96.2%;正闪电占闪电总数的3.8%;闪电频次的日变化呈明显的单峰单谷型,一日中,最大值出现在15—16时,最小值在09—10时;一年中,4—8月闪电次数占全年闪电总数的95.9%,其中7—8月闪电次数最多;正、负闪电的强度主要集中在10～50 kA,大于30 kA的累积概率在50%以下,大于60 kA的累积概率8.1%,大于100 kA的累积概率1.6%;拟合出湖北地区大于某雷电流强度累积概率方程,经统计分析,实测值与计算值相关系数达0.99998。闪电密度分布呈明显的地域性差异,鄂东南的嘉鱼县、咸宁、黄石、鄂州市一带为闪电高密度区,鄂西的远安县、当阳市附近为闪电次高密度区。山区与丘陵、平原交接地带,即地表状况发生明显变化的地带,是雷电多发地带。鄂西南山区县市雷电日数较多,闪电密度不一定随之增加,其原因可能是山区县市土壤电阻率较大和山区局地小气候环境共同影响的结果。     

黑龙江省区域闪电分布特征研究

本文利用2008-2011年共4 a的黑龙江省气象部门闪电定位系统的观测资料,对哈尔滨、黑河、牡丹江、齐齐哈尔、绥化和佳木斯6个代表性地区闪电频数的季节、月、日变化和空间分布特征以及闪电强度分布区间进行对比研究,探讨了各地闪电分布差异和全省闪电活动特征。结果表明6个地区四季负闪大多多于正闪,闪电频数年变化显著,各城市峰值均出现在7月。闪电日变化特征明显,各地区峰值均出现在13-15时。全省闪电频数的空间分布不均衡,其中绥化地区总闪电频数最高,哈尔滨其次。大部分闪电强度集中在20-50 KA,100 KA及以上的闪电很少,各地区正闪强度均高于负闪。     

2006-2007年湖北地区云地闪电时空分布特征分析

采用湖北不同地理位置的13个雷击探测仪组成的闪电监测定位系统获取的2006年3月至2008年2月的云地闪电资料,从闪电的极性分布、日变化、月变化、强度、闪电密度等方面研究了湖北地区云地闪电时空分布特征。结果表明：云地闪电中负闪电占闪电总数的96．3％,平均闪电强度32.33kA;正闪电占闪电总数的3．7％,平均闪电强度42．24kA;闪电频次的日变化呈明显的单峰单谷型,一日中,最大值出现在15-16时,最小值在09-10时;一年中,4-8月闪电次数占全年闪电总数的96．7％,其中7-8月闪电次数最多;正、负闪电的强度主要集中在10～45kA,80％以上闪电强度不大于45kA,100kA以下的闪电次数约占闪电总数的98．6％;闪电密度分布呈明显的地域性差异,鄂东南的嘉鱼、咸宁、黄石、鄂州一带为闪电高密度区,鄂西的远安、宜昌、枝江一带为闪电次高密度区,两个闪电高密度区基本上都发生在山区与丘陵、平原交接地带。     

东亚地区闪电产生Nox的时空分布特征

利用NASA提供的2.5°×2.5°卫星闪电格点资料(1995-2002年), 并根据纬度区分云闪和地闪后, 对东亚地区(75°～155°E, 0°～55°N)闪电产生NOX的时空分布进行分析, 结果表明 闪电产生的NOX在东亚地区的年总产量平均值为2.30 Tg, 自南向北存在7个极值中心, 它们分别集中于南部、中部和北部极值群内, 三个极值群的最大值分别为16.4, 12.7和5.46 Bg/grid/yr.与该地区NOX的非闪电排放源相比较, 闪电产生NOX的分布范围大, 年产量约为非闪电源年排放总量的23.闪电产生NOX的量在夏季最大, 其区域性特征很明显.地球表面特性的差异造成了闪电产生的NOX在经度分布上存在较大的不平衡性.在气候冷暖交替月份的中低纬度地区闪电产生NOX的增加对强雷暴活动年闪电产生NOX的贡献最为明显.     

卫星观测到的青藏高原雷电活动特征

利用TRMM卫星上携带的闪电探测系统获取的闪电定位资料首次对青藏高原上的闪电活动进行了研究。研究发现,青藏高原上的闪电活动呈现出大陆性气候特征,但是受其特殊地形的热力和动力特征所调制,高于93％的闪电活动发生于5—9月之间,并在夏季出现单一闪电活动峰值。随着地表加热和湿度的增加,闪电活动在5月份开始明显增加。较高的闪电密度发生在高原的中部,揭示了闪电活动与地形特征的相关性。63％的闪电活动发生于14：00—18：00(地方时,下同)之间,而只有＜3％的闪电发生于00：00—l0：00之间。闪电光辐射能的时平均值也呈现出明显的日变化,随着太阳的升起,闪电光辐射能在08：00开始增加,并在l0：00达到稳定的极大值,直到02：00开始明显减小。闪电的光辐射能在高原北部呈现最大值,高原西部呈现最小值。青藏高原上的闪电放电强度比其它地区弱得多,其差别归因于高原上较低的对流不稳定能量。     

青藏高原及青藏铁路沿线大风沙尘日数时空特征

选取青藏高原66个站的气象实测资料,分析了青藏高原及青藏铁路沿线大风、浮尘、扬沙和沙尘暴日数的时空分布特征。结果表明：青藏高原大风高发区集中在以托托河为中心的高原主体上,有4个沙尘暴和扬沙源区,且冬季发生频率最高,它们的空间分布型随季节变化较小。年代际变化趋势表明,大风日数与扬沙、沙尘暴日数的年代际变化趋势呈反位相关系,高原西部和中部的大风沙尘日数又存在反位相变化特征。巾部大风日数呈阶梯型年代际增多,扬沙和沙尘暴日数略呈减少趋势;西部大风日数则呈阶梯型减少,扬沙和沙尘暴日数变化趋势呈现“几”字形分布。     

温室效应对青藏高原及青藏铁路沿线气候影响的数值模拟

在一个全球模式中嵌套了RegCM2区域气候模式,进行了CO2加倍对中国区域气候影响的数值试验,对青藏高原及青藏铁路沿线地区进行了重点分析。结果表明,在CO2加倍的情况下,这里的气温将明显升高,升高值一般在2．6～2．8℃以上,高于全国平均值。同时降水在青藏高原大部分地区也将明显增加;其中青藏铁路沿线的增加率一般在25％以上,远高于全国平均值水平。温室效应同时会使得青藏铁路沿线的日平均最高气温升高。     

青藏铁路沿线气温和地温的极值推算

利用耿贝尔分布函数对青藏铁路沿线7个气象站的气温和0cm地温进行了极值估计。结果表明：年极端最高气温50年一遇与常年接近,100年一遇比常年偏高0．1～1．5℃。年极端最高地温50年一遇比常年偏高0．0～10．2℃,100年一遇比常年偏高1．5～13．7℃。未来50年,如果年平均气温增加1．0℃,50年一遇的年极端最高气温将比常年偏高-0．1～2．0℃,100年一遇的将比常年偏高0．7～2．8℃。     

青藏铁路青海段夏季温度预测的精度检验

利用高原夏季温度(代用)、年太阳黑子相对数、西宁年平均气温,以及青藏铁路青海段夏季温度制作1990-2000年预测,得出最优子集预测的定性和定量评分高于周期外推,但低于均生函数。周期外推、均生函数、最优子集定性趋势预测的平均评分分别为60％～67％、80％和67．5％,而定量预测误差≤1．0℃的平均评分分别为40％～57％、77．5％～82．5％和70％～72．5％。     

青藏铁路沿线平均最高最低气温变化趋势预测及其概率估计

根据实测月最高最低气温资料，建立了1955—2000年青藏铁路沿线各站平均最高最低气温序列，最低气温在1975年以前偏冷，最冷的1960年代，比多年平均偏低1．4℃；1975年以后偏暖，到2000年气温距平达 1．4℃；最高气温的变化大体与前者相反，1960年代比多年平均气温偏暖约0．1℃，1970年代和1980年代偏冷约0．2℃，进入1990年代后才逐渐升高，2000年气温距平达 0．8℃。利用近1000年的太阳黑子周期长度(SCL)约有41，58，76，90和200年的5个显著周期及均生函数正交化筛选方案，预测21世纪SCL比20世纪平均长1年，在2055年达到极长年份12．4年，2068年转为极短年份10．6年。根据IPCC报告中未来100年大气CO2浓度的估计值(B2方案)，研究了未来50～100年青藏铁路沿线平均最高最低气温变化趋势。同时，作为试验，利用事件概率回归估计模式预测，相对于1990年代而言，青藏铁路沿线平均最高(最低)气温到2050年升高0．4℃(2．4℃)的概率为66％(74％)；到2100年升高1．4℃(6．9℃)左右的概率为85％(62％)。     

青藏铁路沿线平均年气温变化趋势预测

青藏铁路沿线年平均气温具有很好的互相关性,特别是各站10年滑动平均气温序列互相关系数达到0．92,以此建立了1935-2002年青藏铁路沿线平均年气温序列Trw。研究表明：Trw对太阳黑子周期长度(SCL)和大气中CO2浓度有落后5年和15年的显著响应,其相关系数分别为-0．76(SCL)和0．88(CO2)。利用近1000年SCL的76、93、108、205和275年显著周期及均生函数模型预测了未来太阳活动周期的快慢：21世纪前50年的SCL总体偏长,活动周期放慢;后50年SCL总体偏短,活动周期加快。在考虑大气CO2浓度倍增和气候自然变化情况下,预测2l世纪前50年Trw与20世纪最后10年(1990年代)相比,其升温幅度在0．5℃左右;与20世纪最后30年(1971-2000年)相比,其升温幅度在l.O℃以内。这一升温幅度的概率为0．64～0．73。     

NCEP/NCAR再分析资料在青藏铁路沿线气候变化研究中的适用性

通过对青藏铁路沿线8个常规气象站的温度和降水观测资料与NCEP／NCAR再分析资料的对比,详细地考查了再分析资料用于青藏铁路沿线气候变化研究的可行性。统计对比分析表明：再分析资料可较好地反映地面气温及降水的年变化特征,可基本反映其年际变率和年际间的差异。然而,再分析的气温值系统性低于实际观测值,降水量则系统性偏大;再分析资料得出的近40年气温长期变化趋势误差较大,降水的长期趋势特别是年降水有一定的参考价值。总体而言,再分析的气温好于降水,青藏铁路沿线主体好于两端,再分析资料可用于青藏铁路沿线主体段年到年际尺度的短期气候变化研究。     

青藏铁路沿线超长期气候变化预测的概率估计

利用近1000年的太阳黑子周期长度(SCL)和自1920年以来的大气CO2浓度,以及1935—2000年青藏铁路沿线平均气温序列,在其距平值概率分布计算的基础上,研究了未来50～100年青藏铁路沿线平均气温变化趋势的概率。结果表明：SCL正距平出现的频数大于负距平的频数;CO2浓度的负距平出现的频数明显大于正距平的频数;青藏铁路沿线平均年气温正距平出现的频数略小于负距平的。作为试验,利用REEP方法将预测的2001—2100年青藏铁路沿线平均年气温相对于1990年代的增温概率进行了分析,表明青藏铁路沿线平均年气温到2050年升高0．5℃的概率为0．64～0．73;到2100年上升1．0℃左右的概率为0．45～0．64．