闪电气象学研究进展

闪电气象学是随着现代闪电探测和定位技术的发展与应用而不断发展起来的一个学科,也是大气电学和气象学的重要交叉学科分支。综述了近年来中国在闪电气象学方面的发展和研究进展,主要从5个方面进行阐述和回顾：在闪电气象学研究中发挥了重要作用的现代闪电探测和定位技术,不同类型强对流天气系统的闪电活动特征,闪电活动与雷暴的动力、微物理结构的关系,雷暴电荷结构探测和数值模拟,以及闪电资料同化方法及其在强对流天气中的预警预报作用和闪电的预报等,并指出了中国闪电气象学今后的努力方向。     

Recent Advances in Research of Lightning Meteorology

Lightning meteorology focuses on investigating the lightning activities in different types of convective weather systems and the relationship of lightning to the dynamic and microphysical processes in thunder- storms. With the development and application of advanced lightning detection and location technologies, lightning meteorology has been developed into an important interdiscipline between atmospheric electricity and meteorology. This paper mainly reviews the advances of lightning meteorology research in recent years in China from the following five aspects： 1） development of advanced lightning location technology, 2） char- acteristics of lightning activity in different convective systems, 3） relationship of lightning to the dynamic and microphysical processes in thunderstorms, 4） charge structure of thunderstorms, and 5） lightning data assimilation techniques and application to severe weather forecasting. In addition, some important aspects on future research of the lightning meteorology are proposed.     

人工触发闪电中的M分量特征

利用2005-2008年期间在山东开展的人工触发闪电试验中所观测到的通道底部电流、不同距离垂直电场及高速摄像光学资料,对人工触发闪电10次回击之后的33次M分量电流波形进行了分析.结果表明,典型的M分量电流波形具有较对称的结构特征,峰值电流的几何平均值为743 A(标准偏差为0.55);波形10%～90%上升时间的几何...     

西藏措勤尼雄矿田滚纠铁矿侵入岩LA-ICP-MS 锆石 U-Pb年龄与地球化学特征

本文分析了尼雄矿田滚纠铁矿与成矿相关的花岗闪长岩和二长花岗岩主量元素、微量元素并对其进行锆石LA-ICP-MS U-Pb定年。结果显示,岩石富硅(SiO₂平均分别66.76%和70.98%)、富碱(ALK平均为6.28%和7.70%),铝饱和指数均小于1.1,属中高K钙碱性I型花岗岩。两者具相似的稀土元素球粒陨石标配分模式图和微量元素原始地幔蛛网图,∑REE较低(∑REE分别是 130.6×10^-6和134.3×10^-6),弱Eu负异常(δEu分别为0.84和0.88),弱-中等轻重稀土分馏,(La/Yb)_N分别平均8.07和6.72。 Rb、Pb、Th等大离子亲石元素和稀土元素富集,Ba和U、Nb、Ta、P 、Ti等高场强元素亏损,显示弧岩浆作用特点,指示岩石形成于弧后伸展环境,岩浆源区具壳幔混源的特征。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年显示花岗闪长岩和二长花岗岩分别形成于113.6±1.2Ma和112.6±1.6Ma,属早白垩世晚期岩浆活动产物。结合区域地质资料,认为滚纠铁矿与成矿相关的花岗闪长岩和二长花岗岩因班公湖-怒江洋壳向南俯冲,并于~113Ma发生冈底斯陆壳和羌塘陆壳对接,已俯冲的班公湖-怒江洋壳发生板片回转,导软流圈地幔流体上涌,其所带来的巨大热能引发岩石圈地幔和上覆地壳发生部分熔融,形成以壳源为主的壳幔混源岩浆,在弧后拉张环境下上侵形成。     

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)。     

Land-Sea Contrast in the Lightning Diurnal Variation as Observed by the WWLLN and LIS/OTD Data

Data from the World Wide Lightning Location Network (WWLLN) for the period 2005-2011 and data composite of the Lightning Imaging Sensor/Optical Transient Detector (LIS/OTD) for 1995-2010 are used to analyze the lightning activity and its diurnal variation over land and ocean of the globe. The Congo basin shows a peak mean annual flash density of 160.7 fl km-2 yr-1 according to the LIS/OTD. The annual mean land to ocean flash ratio is 9.6:1, which confirms the result from Christian et al. in 2003 based on only 5-yr OTD data. The lightning density detected by the WWLLN is in general one order of magnitude lower than that of the LIS/OTD. The diurnal cycle of the lightning activity over land shows a single peak, with the maximum activity occurring around 1400-1900 LT (Local Time) and a minimum in the morning from both datasets. The oceanic diurnal variation has two peaks: the early morning peak between 0100 and 0300 LT and the afternoon peak with a stronger intensity between 1100 and 1400 LT over the Pacific Ocean, as revealed from the WWLLN dataset; whereas the diurnal variation over ocean in the LIS/OTD dataset shows a large fluctuation.     

泰安市城区岩溶地下水水化学特征及成因分析

岩溶地下水是泰安市城区重要供水水源,近年来随着气候环境变化和人为活动的影响,岩溶地下水水化学特征日趋复杂,但其水化学特征及成因尚不明晰。为识别研究区地下水水化学特征、成因机制,本文采用数理统计方法、离子比值、水化学图解等方法,研究了该区岩溶地下水的水文地球化学特征。结果表明：研究区内岩溶地下水水化学类型主要为HCO3Ca型、HCO3·SO4Ca 型、HCO3·SO4·ClCa型。地下水水化学成分主要受水岩相互作用控制,以溶滤作用为主,地下水中的Ca2+、Na+、HCO-3、SO2-4主要来源于方解石、白云石的碳酸盐岩及石膏、盐岩等蒸发岩的溶解,且存在逆向的阳离子交替吸附作用,导致Ca2+含量增加,Na+含量减少,人为活动影响导致地下水中Cl-、NO-3浓度增加。研究成果为研究区内岩溶地下水的合理开发与保护提供了依据。     

基于双金属球三维电场探空仪的一次雷暴云内电荷结构观测研究

本文自主研制性能稳定的双金属球三维电场探空仪,并结合气象探空仪等构建了雷暴电场-气象综合探空系统,实现了雷暴云内三维电场及温度、湿度的同步测量.2019年夏季对华北平原地区雷暴开展穿云观测,并结合地面大气电场、雷达回波、变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)反演的动力场等资料进行综合研究,首次给出该地区雷暴云内的电场和电荷结构分布特征.对2019年8月7日发生的一次中尺度对流系统电场探空发现,在雷暴减弱阶段,其弱回波区内存在5个极性交替的电荷区:4.4~5.6 km之间的上部正电荷区(0℃附近)、3.6~4.4 km之间的中部负电荷区和1.0~3.6 km之间的下部正电荷区,此外在1 km下方有一个负极性电荷区,雷暴云顶附近5.7~6.9 km之间为一个弱负极性屏蔽电荷区.其中,中部负电荷区和下部正电荷区由多个不同强度、不同厚度的电荷层构成.此外,电场探空系统在中部负电荷区高度范围内经历的上升—下沉—再次上升的往返探空数据表明,雷暴云内动力环境复杂,电荷结构分布相似但又有所差异,反映了实际雷暴云内电荷分布的时空不均匀性和复杂性.     

闪电放电过程的近红外光谱及温度沿放电通道的演化特征

利用无狭缝红外光谱仪, 获得山东地区闪电放电过程760~970 nm范围的近红外光谱.光谱特征分析得出: 近红外光谱主要是峰值电流之后、放电后期的辐射, 谱线主要是中性原子的贡献.首次讨论了放电后期的通道温度和光谱总强度沿放电通道的演化特征.结果表明, 通道温度较回击电流上升至峰值阶段降低, 约为16000 K; 不同闪电的光谱结构、通道温度差异不大, 反映了放电等离子体复合阶段的特性; 地闪通道的温度和光谱总强度沿放电通道略呈单调变化趋势, 接地点附近最大; 云闪通道的温度和光谱总强度沿放电通道非单调变化, 在通道的拐弯、分叉以及结点附近发生突变.     

一次多回击闪电过程的物理特性分析

利用西藏那曲无狭缝光栅摄谱仪获得的一次多回击云对地闪电光谱,研究了各放电通道的温度及其变化。结果表明,一次闪电不同回击过程的通道温度有明显差异,闪电前期的温度通常较高,之后呈逐渐降低趋势。将闪电光谱与同步电学观测资料相结合,讨论了光谱特征、通道温度与闪电放电特性、电流热效应的相关性。数据分析显示,光谱总强度与辐射电场的变化幅度成正比;光谱总强度与放电电流的大小成正比;通道温度与回击过程传输的能量为正相关。