人工触发闪电的试验研究

闪电是一种非常壮观的自然现象,雷雨所造成的灾害为大家所熟悉,因此闪电的研究自古以来就为国内外的科学工作者所注意。现在已有资料观测到闪电电流可高达数万甚至数十万安培,同时产生巨大的瞬时功率;闪电产生的高温平均可达六千至三万度以上;闪电冲击波的压力其地闪可达二百个大气压。闪电还能产生臭氧、制造氮肥,可以造成等离子体,甚至闪电还能产生中子。闪电和对流云降水也有非常密切的关系,所以研究闪电及其利用是有非常广泛前途的。但是自然闪电人们无法事先预料发生在什     

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.     

闪电产生NOX机制及中国内陆闪电产生NOX量的估算

对闪电产生NOX的物理机制及化学过程进行了分析,并根据闪电物理及不同经纬度上观测到的闪电资料,对中国内陆地区闪电产生的NOX进行了估算.结果表明各纬度上每100km2内闪电产生NOX估算的年平均值(WLNOX)从南到北随纬度的增高而降低,在广东、陇东、北京和东北地区的最高值分别为6.41×106gN/100km2/yr、4.26×106gN/100km2/yr、3.65×106gN/100km2/yr和3.52×106gN/100km2/yr.闪电产生的NOX主要分布于35°N以南的地区,从陇东地区向南到广东地区的闪电产生的NOX占整个中国内陆的2/3以上.整个中国内陆地区闪电产生NOX的年平均估算值为 3.84×1011gN/yr.就广东地区而言,强雷暴的活动月闪电产生的NOX比弱雷暴活动月的大一个量级.在雷暴天气过程中闪电产生NOX浓度的峰值都无一例外地出现在雷暴云发展的成熟期,其直接原因主要是雷暴云成熟期的高闪电频数.     

雷暴闪电放电活动对电离层影响的研究进展

雷暴中的闪电放电能够产生强静电场以及电磁辐射场,从而对空间电离层产生重要影响,引起电离层电子密度分布的扰动。研究表明:闪电放电引起电离层扰动的方式有两种:直接耦合和间接耦合。其中,直接耦合主要来自于闪电产生的准静电场及电磁场的作用,在甚低频 (VLF) 反射信号上表现出快VLF事件, 而间接耦合主要是闪电低频电磁波在传播过程中与磁层相互作用,在辐射带产生闪电诱导电子沉降 (LEP) 现象。雷暴闪电活动能够改变电离层从D层到F层的电子密度分布,影响对流层大气和电离层之间的场,导致中高层瞬态放电淘气精灵 (elves) 及红闪 (sprite) 等现象的激发。闪电VLF传输反射信号可用于反演电离层密度的变化,目前已成为一种探测电离层扰动的常用方法,而引起电离层扰动的强度不但和闪电放电参量密切相关,也和闪电放电过程、类型有关。该文重点阐述了闪电放电与电离层直接耦合和间接耦合作用以及导致的相关现象。     

雷暴过程中闪电产生NOx的地面观测研究

利用NOx分析仪和大气平均电场仪在青海省大通县对雷暴天气过程中自然闪电产生的NOx进行了地面观测。分析结果表明:在晴天稳定大气条件下,全天NOx的平均体积混合比相对比较平稳,观测值虽然比理想中的干净背景大气条件下的地面值要大一些,但比污染大气中的值小许多;在雷暴天气中,闪电次数与NOx的平均体积混合比峰值个数相同,且峰值由闪电产生。闪电产生的NOx的平均体积混合比峰值在出现时间上比闪电有一定的滞后。雷暴过程中各次闪电产生NOx的传输时间序列变化,可用二次多项式进行拟合,且相关系数较高,传输时间和传输距离之间不存在严格的线性关系。高、低能量闪电的能量域值为12～13×106J,高、低能量的闪电是间隔发生的,且随着时间的推移间隔增大。     

闪电产生氮氧化物(LNOX)区域特征计算(Ⅰ): 理论和计算方法

介绍了目前关于闪电产生氮氧化物(NOX)的研究概况, 包括产生机理、特征、输运过程以及在全球气候变化中的作用.重点叙述了发生在区域性雷暴中闪电产生氮氧化物的机制、传输以及计算方法和可能误差, 并对闪电产生氮氧化物区域特征计算方法和参数的选取作了简要介绍.     

一次闪电回击过程的通道辐射特性

用无狭缝摄谱仪获得了山东省一次云对地闪电回击过程的光谱,根据光谱信息,计算了闪电通道等离子体温度和电子密度,并分析了闪电通道内部的辐射机制,讨论了闪电通道等离子体中的箍缩效应。由此推断:闪电通道等离子体中的箍缩效应是闪电产生X射线的主要辐射源。最后讨论了闪电通道与激光在大气中激发的等离子体通道的差异。     

雷暴下闪电所致电场变化的电晕影响

本文用一个二维时变轴对称模式,研究雷暴下一次闪电后地面孤立金属尖端的电晕放电过程,讨论电晕放电对周围电场恢复的影响。计算结果表明,闪电后实测地面电场强度的指数型恢复是尖端电晕放电形成的空间电荷层的作用。闪电只能短时间地改变尖端附近空间电荷的极性,且这种影响随距离增加而很快衰减。     

北京地区的闪电时空分布特征及不同强度雷暴的贡献

利用北京闪电定位网(BLNET,Beijing Lightning Network)和SAFIR3000(Surveillance et Alerte Foudre par Interometrie Radioelectrique)定位网7年共423次雷暴的闪电资料,并按照雷暴产生闪电多少,同时参考雷达回波和雷暴持续时间,将雷暴划分为弱雷暴(≤1000次)、强雷暴(>1000次且≤10000次)和超强雷暴(>10000次),分析了北京地区的闪电时空分布特征及不同强度等级雷暴对闪电分布的贡献。北京总闪电密度最大值约为15.4 flashes km-2a(^-1),平均值约为1.9 flashes km^-2a(^-1),大于8 flashes km^-2a(^-1)的闪电密度高值区基本分布在海拔高度200 m等高线以下的平原地带。不同强度雷暴对总雷暴闪电总量贡献不同,弱雷暴(超强雷暴)次数多(少),产生的闪电少(多),超强雷暴和强雷暴产生的闪电分别占总雷暴闪电的37%和56%。不同强度雷暴对总雷暴的闪电密度高值中心分布和闪电日变化特征影响显著,昌平区东部、顺义区中东部和北京主城区是总雷暴闪电密度大于12 flashes km-2a(-1)的三个主要高值区中心,前两个高值中心受强雷暴影响大,而主城区高值中心主要受超强雷暴影响。总雷暴晚上频繁的闪电活动主要受超强雷暴和强雷暴影响,这两类雷暴晚上闪电活动活跃,分别占各自总闪电的69%和65%,而弱雷暴闪电活动白天陡增很快,对总雷暴午后的闪电活动影响大。另外,不同下垫面条件闪电日变化差异大,山区最强的闪电活动出现在白天,午后闪电活动增强很快,主峰值出现在北京时间18:00,而平原最强的闪电活动发生在晚上,平原(山麓)的主峰值比山区推迟了约1.5小时(1小时)。     

闪电产生氮氧化物（LNOX）区域特征计算（I）：理论和计算方法

介绍了目前关于闪电产生氮氧化物（MOX）的研究概况，包括产生机理、特征、输运过程以及在全球气候变化中的作用。重点叙述了发生在区域性雷暴中闪电产生氮氧化物的机制、传输以及计算方法和可能误差，并对闪电产生氮氧化物区域特征计算方法和参数的选取作了简要介绍。     

气象科技成果业务应用的痛点和机制改革探索

以需求为牵引,问题为导向,分析气象科技成果应用的新需求,找出了传统气象科技成果应用的痛点和机制管理的弊端,并以天气预报科技成果业务转化为例,提出了科技成果应用新型管理体系的设想。新型管理体系的构建原则及体系框架,对新管理体系的实施关键环节进行了分析。新型管理模式可望有效改进传统管理体系存在的问题,明显提高科技成果转化的效益,使科技成果真正为气象业务现代化建设提供有力的科技支撑。     

龙滩库区2017年4月20-21日降水过程人工增雨条件分析

利用Micaps常规资料、欧洲再分析资料及地面自动气象观测站数据,分析2017年4月20～21日河池市天峨县龙滩库区降水过程的人工增雨作业实施条件。结果表明:春季,当有南支槽、切变线及地面冷空气等系统配合时,能够为降雨提供充足的水汽及较好的动力抬升条件;作业点上空大气层结不稳定,中低层水汽含量丰富,利于对流云团发展和维持;云系垂直累积液态水含量在0.1mm以上,云顶温度在-45℃～-25℃之间,具备冷云增雨条件,实施增雨作业是合理的。     

广西天气气候对人体健康的影响

采用广西多年季、月、旬平均气温、季平均相对湿度和历年的月最高气温、极端最高气温、主要天气气候事件等气象资料以及广西疾病预防控制中心的疾病监测数据和相关医学文献,对广西气候因素对人体健康的影响开展研究。结果显示,冬季和秋季的寒潮、夏季高温热浪,春、秋、冬季的"回南天"、低温阴雨是对人体健康影响较大的天气气候事件;气象因素引发的主要疾病包括心脑血管疾病、呼吸道疾病、胃肠道疾病等,其中受气象因素影响而致死的疾病中以心脑血管疾病死亡率最高,呼吸道疾病死亡率居第二位。     

降水现象平行观测评估与分析

利用2017年8月～2018年7月广西区7个国家基准气候站降水现象仪自动观测与人工观测记录,以《降水现象平行观测业务技术规定》为依据,分别从数据准确性、现象发生时段一致性等方面对降水现象的雨记录进行统计分析。结果表明:捕获率较低,漏报率较高,一致性有待提高。建议延长平行观测时间,加强人工质控,进一步提高仪器性能及优化数据处理软件。     

基于OpenStack Swift的雷达产品存储研究

简要介绍分布式对象存储系统OpenStack Swift,包括安装部署及其在雷达产品存储方面的应用,研究证明,OpenStack Swift能较好的支持雷达产品存储,也适用于其它气象资料存储管理。     

Hadoop在气象数据存储中的应用

利用虚拟资源池搭建基于Hadoop的大数据存储架构,将海量自动站文本数据、数字化历史图片以及二进制雷达基数据按照自定义ETL存储规则进行数据清洗之后存入大数据框架,在并发读取效率测试中取得了良好的效果,为应对海量气象资料增长在扩展性和系统性能方面提出的挑战提供解决思路和基本模型。     

广西气象业务内网功能设计与实现

通过对广西气象业务内网系统建设的总体设计、功能规划以及首页动态布局管理、产品自动加工流水线、产品回写CIMISS流程、WebGIS可视化展示等关键技术实现和系统展示效果等方面进行阐述,介绍了广西气象业务内网系统的整体开发思路及具体实现。系统的建成实现了广西省级气象数据和业务产品集约共享,形成国省两级互补,为省市县三级用户提供业务辅助支撑。     

百色气候变化特征及城市适应策略建议

利用气候观测数据分析表明,近60a来,百色出现了与全球气候变化背景一致的增暖变化,主要变化特征有:气温明显升高,年降水日数减少,冬季降水量增多,年日照时数减少;高温和干旱频率高,20世纪90年代以来暴雨日数偏多。与广西平均气候变化状况相比,百色的气候变化程度风险低于广西平均水平。预估到本世纪中期,百色气温仍将缓慢升高,干旱和强降水的强度可能加剧。建议科学规划,统筹协调,科学评估城市气候承载力,开展城市适应气候变化风险管理,提升生态气候环境监测及自然灾害预警应急能力,建设生态气候宜居城市。     

2018年12号热带低压奇异路径分析

分析2018年第12号热带低压的奇异路径及其在广西强降雨落区产生的原因,分析表明:(1)12号热带低压路径为逆时针旋转,主要是由于副热带高压位置偏北,引导气流偏弱,低压先受到11号热带低压的互旋作用而产生了逆时针旋转的路径,登陆后由于11号热带低压减弱,对其影响也逐渐减弱,之后受到自身内力作用转向西北方向移动。(2)广西上空的热力和水汽条件均有利于对流发展,但桂东南由于缺少有利的动力条件和触发条件,没有强降雨产生。由于低压中心随高度向西南方向倾斜,导致垂直运动随低压中心向西南倾斜,使低压西南方处于大尺度上升运动处。而沿海和桂南一带处于偏北风和偏西风的辐合处,触发对流产生。强降雨云团在沿海被触发并发展,在低压西南方得到进一步发展,并随着低压转向西北方向移动,在广西的南部和中西部产生了强降水。     

EMD在广西季节降水预报中的应用

气候系统是一种耗散的、具有多个不稳定源的非线性、非平稳系统。该文利用支持向量机(SVM)算法在处理非线性问题中的优越性和经验模态分解(EMD)算法在处理非平稳信号中的优势,采用将EMD与SVM相结合的短期气候预测方法,并应用到广西季节降水预报中。选取广西88个气象观测站1957—2005年6—8月逐年降水量的距平百分率序列作为试验数据,通过EMD算法将标准化处理后的距平百分率序列分解成多个本征模态函数(IMF)分量和一个趋势分量,在分解中针对EMD算法存在的端点极值问题选择两种方法分别进行处理,对比得出极值延拓法效果更好。对每个分量构建不同的SVM模型进行预测,并通过重构形成最后的预测结果。试验中采用不经EMD处理的反向传播(BP)神经网络和SVM算法进行对比验证,结果表明:相对于直接预测方法,该文提出的方案均方误差最小,能够较为准确地反映出降水序列未来几年的变化趋势,具有更高的预测精度和较好的推广前景。