Climate analysis of tornadoes in China

Based on analysis of historical tornado observation data provided by the primary network of national weather stations in China for the period from 1960 to 2009,it is found that most tornadoes in China(85%)occurred over plains.Specifically,large numbers of tornado occurrences are found in the Northeast Plain,the North China Plain,the middle-lower Yangtze Plain,and the Pearl River Delta Plain.A flat underlying surface is conducive to tornado occurrence,while the latitudal variation of tornado occurrence in China is not so obvious.Tornadoes mainly occur in summer,and the highest frequency is in July.Note that the beginning and the time span of tornado outbreaks are different in North and South China.Tornadoes occur during May-September in South China(south of 25°N),June-September in Northeast China(north of 40°N),July-September in the middle-lower Yangtze Plain,and July-August in North China(between25°and 40°N).More than 80%of total tornadoes occurred during the above periods for the specific regions.The 1960s and 1970s have seen about twice the average number of tornadoes(7.5 times per year)compared to the mean for 1960-2009.The most frequent occurrence of tornado was in the early and mid 1960s;there were large fluctuations in the 1970s;and the number of tornadoes in the 1980s approached the 50-yr average.Tornado occurrences gradually decreased in the late 1980s,and an abrupt change with dramatic decrease occurred in 1994.The decrease in the tornado occurrence frequency is consistent with the simultaneous climatic change in the meteorological elements that are favorable for tornado formation.Tornado formation requires large vertical wind shear and sufficient atmospheric moisture content near the ground.Changes in the vertical wind shear at both 0-1 and 0-6 km appear to be one important factor that results in the decrease in tornado formation.The changing tendency of relative humidity also has contributed to the decrease in tornado formation in China.     

人工触发闪电不同放电阶段电流特征关系

分析了2019年夏季在广州从化人工引雷试验场获取的14次人工触发闪电通道底部电流数据,以有无回击(RS)和初始连续电流(ICC)持续时间长短2个标准对数据进行分类,研究不同触发闪电和不同放电阶段的差异和规律。研究表明:相比无回击的触发闪电,产生回击的触发闪电具有更大的先驱放电脉冲(PCP)及初始先驱放电脉冲(IPCP)的平均峰值电流、更多的IPCP总体转移电荷量、更大的ICC平均电流和总体转移电荷量以及更长的ICC持续时间;初始连续电流持续时间是回击平均峰值电流大小、首次继后回击转移电荷量大小和首次继后回击峰值电流大小的重要影响因素,且长初始连续电流的触发闪电对应的PCP及IPCP平均峰值电流也更大、平均转移电荷量也更多;PCP和IPCP平均峰值电流与ICC持续时间相关性最强,是决定ICC放电持续时间的重要因素,未能产生初始连续电流的PCP脉冲簇其平均转移电荷量小于初始先驱放电脉冲簇,其转化的关键阈值之一是平均转移电荷量大于25.91μC。     

利用闪电定位和雷达资料进行雷电临近预报方法研究

利用LD- Ⅱ 型闪电定位系统监测到的雷电资料和多普勒天气雷达探测到的风暴信息,研究雷电临近预报方法.叠加分析雷电集中区与风暴,雷电集中区一般对应有风暴,并且雷电集中区中心在风暴中心附近,二者移动方向基本一致,移速接近,因此通过匹配雷电集中区与风暴,采用雷电集中区将随其所匹配的风暴一起移动的思路,利用风暴追踪技术,对雷电集中区进行临近外推,从而实现雷电的临近落区预报.通过对2009年强雷电天气的临近预报结果进行网格点对点评分,雷电半小时预报命中率达到87％,成功率为63％.1小时预报命中率达到76％,成功率为51％.为雷电的临近预报提供了一套可业务运行的新方法.     

基于闪电先导随机模式对不同连接形态的模拟

考虑到下行负极性地闪过程中大多上行正先导发展时不分叉的观测事实,基于已有的闪电先导二维随机模式,改变上行正先导的模拟方案,使其发展时不产生分叉,并对雷击高建筑物过程中下行先导与上行连接先导 (upward connecting leader,UCL) 之间头部-头部连接和头部-侧面连接 (侧击) 的两种形态进行模拟。以高度为440 m的建筑物为例,通过改变下行先导始发点 (高度为1000 m) 与高建筑物的水平距离,模拟高建筑物上雷击过程中先导之间的连接过程,结果表明：当下行先导始发点与高建筑物的水平距离从0增加到700 m时,UCL的长度呈持续增大趋势,UCL受侧击的概率总体上呈先增大后减小的趋势 (在距离为500 m时达到最大值58%),侧击时UCL连接点以上的部分占整个UCL长度的比例总体呈持续增大趋势 (13%~49%)。     

广东野外雷电综合观测试验十年进展

雷电野外科学试验是认识雷电发生、发展物理过程及其致灾机理的重要途径,也是开展真实雷电电磁环境下雷电防护技术测试的重要方式。自2006年开始,中国气象科学研究院和广东省气象局在广州野外雷电试验基地,持续合作开展了雷电野外综合观测试验,在人工触发闪电和自然闪电物理过程及其雷电防护技术测试试验等方面取得了若干研究结果。十年期间共成功触发闪电94次,回击电流峰值最大值为42 kA,平均值为16 kA;分析给出了自然闪电预击穿过程电场变化脉冲特征类型和差异;观测发现高建筑物上行连接先导可达几百米甚至超过1 km,其发展速度可达106 m/s量级,下行先导与上行连接先导的连接呈多样性;雷电防护技术测试试验表明人工触发闪电近距离电磁场耦合在架空线路上的感应电压达到千伏量级,多回击、长连续电流和地电位抬升是造成浪涌保护器(SPD)损害的主要因素;闪电定位系统探测性能的评估结果显示粤港澳闪电定位系统的闪电和回击的探测效率分别为96%和89%,定位误差算术平均值为532 m,回击电流强度的估算值约为真实值的0.63倍。     

云闪K过程的三维时空特征

K过程是闪电放电过程中的一种放电事件。该文使用两套VHF宽带干涉仪2010年夏季在广州从化地区获取的3次云闪三维闪电辐射源定位数据,分析其中的K过程时空发展特征与地面电场特征。结果表明:宽带干涉仪观测到的K过程主要由快速发展的负极性放电事件组成,按定位结果的分布可划分为3个阶段:负极性反冲先导发生在云闪起始区域下方,沿正先导一端已有路径向闪电起始区域传播;部分反冲先导能进入之前负先导建立的通道并快速发展;反冲先导将原有通道激活后进一步促进负先导继续发展。同时使用辐射源三维定位数据计算了8次反冲先导的平均发展速度,反冲先导的发展速度为106~107 m·s-1量级,与负地闪中的负极性直窜先导相似,但均小于回击速度。     

闪电产生氮氧化物(LNOX)区域特征计算(Ⅱ): LNOX计算结果分析

利用东北、北京和广东三地的闪电定位资料，计算分析了6种不同类型雷暴中闪电产生的氮氧化物总体、季节、空间分布和雷暴的不同发展阶段等特征。结果表明：虽然中高纬地区雷暴频数较低，年总产氮(N)量低于低纬地区，但单个雷暴平均产N量并不比低纬低。三地雷暴产N量的月份分布不相同，东北和北京地区的峰值月份出现在季节交换期的6月和9月，广东地区出现在对流相对旺盛的7月。低纬区的系统雷暴产N量主要发生在成熟阶段，而发展和消散阶段产N量很低，中高纬尽管成熟阶段产N量最高，但发展和消散阶段也有一定的比例。中高纬的局地雷暴产N量主要发生在发展和消散阶段，成熟阶段很低，而广东地区，三个阶段相差不大。进一步讨论了几种雷暴闪电参数与雷暴产生N量的相关性，得到系统雷暴正负闪电总数和雷暴产生N量的回归预报方程并讨论了误差。最后与文献[1]的方法和Price的方法进行了比较。     

一次多回击触发闪电全过程的连续干涉仪观测

基于自主研发的闪电连续干涉仪,对2019年6月11日在中国气象局雷电野外科学试验基地广州从化人工引雷试验场成功触发的一次多回击闪电放电全过程进行观测,结合通道底部电流数据和电场变化数据,共同揭示触发闪电全放电过程：连续干涉仪能够定位到最小为8 A的不连续的先驱电流脉冲辐射信号,初始先驱电流脉冲(IPCP)的平均转移电荷量约为先驱电流脉冲(PCP)的2倍;上行正先导连续发展后为初始连续电流(ICC)过程,最初正流光通道以105 m·s-1量级的速度继续发展延伸,之后出现反冲先导放电;在ICC阶段出现的经典M分量,可由向前的106 m·s-1量级速度的正流光(先导)产生,也可由已有通道头部产生的反冲先导产生,且整个M分量过程中,多个反冲先导维持了放电过程的持续;之后的回击间过程以反冲先导为主要放电形式,回击电流脉冲之前存在多次反冲先导过程,但多数未发展到接地通道,只处于企图先导阶段,直至成功的先导回击产生;而前两次回击具有超短的时间间隔,约为4.5 ms,这是由于两次回击前的先导来源于云内不同分支的反冲先导过程。     

西北太平洋热带气旋的闪电特征及其与强度关系的初步分析

使用TRMM卫星搭载的闪电成像传感器测得的1998-2005年间的闪电信息,结合热带气旋的活动特征,提出了一种识别热带气旋闪电的方法,进而分离了1998-2005年西北太平洋热带气旋的闪电信息,并在此基础上,对西北太平洋的热带气旋闪电特征进行了初步分析.结果表明:西北太平洋热带气旋的眼壁附近(距热带气旋中心约30~50km)、内雨带(热带气旋中心外约60~100km)和外雨带(热带气旋中心外约130~610km)内普遍存在闪电现象,而且各月均有发生,并以7-8月较频;我国东南沿海地区,特别是台湾岛-台湾海峡-福建沿海地区、珠江三角洲的近海海域,是最易发生热带气旋闪电的两个区域,而日本岛东南方向广阔的西北太平洋洋面上的热带气旋,则较少有闪电发生.此外,闪电与热带气旋的强度及其变化有一定的关系,利用发生在热带气旋不同区域的闪电信息可对热带气旋的强度进行估算,估算的误差与目前的业务定强误差接近.     

实时闪电电磁场同步观测系统

阐述如何对亚微秒级的闪电电磁场变化波形进行同步采集。设计制作了量程可调的快、慢电场变化观测系统,用以获取闪电电场变化信息,并结合磁场同步资料实现了不同环境下的闪电观测要求。基于数据采集卡（PCI-5105）和Labwindows/CVI开发平台,研制了闪电波形同步数据采集系统和分析处理软件。整套系统具有高采样率、大容量、多参量、同步观测等特点,并已通过野外试验的验证,为研究闪电放电的微物理过程提供了探测手段。