LIGHTNING DATA AND STUDY OF THUNDERSTORM NOWCASTING*

From June 30 to September 14,1989,about 2000 cloud-to-ground lightning location data have been collected by a three-direction-finder network in Beijing.These data have been used to study the spatial distribution of lightning including thunderstorm day,thunder density and thunderstorm hour.As a result of the terrain elevation,a clearly identifiable influence from the underlying topography was found.The lightning activity was mainly concentrated on the sunny side of the mountain,i.e.,the east slope of Taihang Mountain,then eastward along the south side of Yanshan Mountain.The comparison analysis of lightning data and radar echoes from several mesoscale convective systems in 1989 and 1990 suggests that lightning data can be used to determine the convective activity,its development probability and intensity.It can also be used to identify the different stages of a storm.The grid lightning data may be used in regional forecasting of storm.Case analysis shows that it is possible to forecast the position of active echo 30 minutes to an hour after lightning occurrence by using grid lightning data.     

CCSD HP-UHP变质岩中石英脉和东海水晶流体包裹体惰性气体同位素组成及其成因指示意义

中国大陆科学钻探（CCSD）岩心中存在大量石英脉和长英质脉体，关于其成因目前存在板块折返过程中的减压和流体释放以及后期流体穿插等不同成因观点。本文利用高真空气相质谱系统分析了CCSD石英脉和东海水晶流体包裹体中惰性气体同位素组成，其He-Ar、Xe和Ne同位素体系均清楚显示它们主要由地壳变质流体和大气饱和水组成，而基本不含深源地幔流体。在CCSD900～1500m深度的石英脉流体包裹体出现^40Ar／^36Ar和δ^18O同步下降，且与前人对CCSD中HP-UHP岩石的矿物原位δ^18O测定结果变化趋势相似，说明该段原岩在板块俯冲前曾与大气降水发生较为充分的水／岩反应，石英脉继承了围岩的同位素组成特征。流体包裹体惰性气体同位素组成显示CCSD中石英脉和东海水晶可能具有相似的成因，它们均主要形成于HP-UHP岩石在板块折返到地壳中的压力降低和流体释放过程。CCSD HP-UHP岩石及其石英脉中基本不合地幔流体的原因在于本区印支期快速的俯冲和折返过程，被俯冲地壳物质无法与地幔进行充分的同位素交换。此外，退变质作用及其伴生的地壳流体也进一步减弱了HP-UHP岩石中的地幔流体信息。     

Charge analysis on lightning discharges to the ground in Chinese inland plateau (close to Tibet)

Since the summer of 1996, scientists from China and Japan have conducted a joint observation of natural cloud-to-ground lightning discharges in the Zhongchuan area that is located close to Qinghai-Xizang (Tibet) Plateau, China. It has been found that the long-duration of intracloud discharge processes, just before the first return stroke, lasted more than 120 ms for 85% of cloud-to-ground flashes in this area, with a mean duration of 189.7 ms and a maximum of 300 ms. We present the results of charge sources neutralized by four ground flashes and two intracloud discharge processes, just before the first return stroke, by using the data from a 5-site slow antenna network synchronized by GPS with 1 s time resolution. The result shows that the altitudes of the neutralized negative charge for three negative ground flashes were between 2.7 to 5.4 km above the ground, while that of neutralized positive charges for one positive ground flash and one continuing current process were at about 2.0 km above the ground. The comparison with radar echo showed that the negative discharges initiated in the region greater than 20 dBZ or near the edge of the region with intense echoes greater than 40 dBZ, while positive discharge initiated in the weak echo region.     

北京一次强飑线过程的闪电辐射源演变特征及其与对流区域和地面热力条件的关系

利用2015年夏季北京闪电综合探测（BLNET）总闪辐射源定位、多普勒天气雷达、地面自动气象站和探空资料等多种协同观测资料,详细分析了2015年8月7日北京一次强飑线过程不同阶段的闪电特征,并探讨了闪电与对流区域和地面热力条件之间的关系。飑线过程整体上以云闪为主,根据雷达回波和闪电频数可以将飑线过程分为发展、增强及减弱三个阶段。发展阶段表现为多个孤立的γ中尺度对流降水单体,随着北京城区降水单体的迅速发展,强回波顶高延伸到-20℃温度层高度,闪电辐射源高度也逐步增加,闪电明显增多,但总闪电频数整体低于80次/min。增强阶段单体合并,闪电频数快速增长,0℃层以上及以下的强回波（＞40 dBZ）体积明显增大,飑线形成后,总闪和地闪均达到峰值,分别约248次/min和18次/min,负地闪占总地闪比例为90%,辐射源主要分布在线状对流降水区内,辐射源数量峰值出现在5～9 km高度层。减弱阶段飑线主体下降到0℃以下并迅速衰减,辐射源分布明显向后部层云降水区倾斜。95%的闪电发生在对流线附近10 km范围内,即对流云区和过渡区。在系统发展和增强阶段,对流云区与层云区辐射源的活跃时段基本一致;系统减弱阶段,对流降水云区辐射源数量迅速减少。在系统的不同发展阶段,闪电活跃区域对应于冷池出流同平原暖湿气流在近地面形成的相当位温强梯度带内。     

中天山巴仑台地区花岗质岩石的Hf同位素研究：对构造演化及大陆生长的约束

中国中天山地块位于天山造山带的核心部位,对研究中亚造山带西南段构造演化、块体起源和陆壳生长等科学问题具有重要意义。本次研究围绕中天山地块西段巴仑台一带出露的古生代花岗质岩石展开,报道了部分代表性岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和MC-ICP-MS锆石Lu-Hf同位素特征。同时还系统总结前人发表的研究区内花岗质岩石的锆石U-Pb年龄和Lu-Hf同位素资料。本次研究的7个花岗质侵入体的锆石LA-ICPMS年龄分别为435±5 Ma、432±4 Ma、359±4 Ma、312±4 Ma、346±2 Ma、306±5 Ma和362±5 Ma。它们在成因类型上均属于I型花岗岩,起源于深部不同性质地壳物质的部分熔融,部分岩体具有壳幔混合成因。研究表明,巴仑台一带的岩浆事件主要发生在早志留世—早泥盆世(435~408 Ma)、晚泥盆世—早石炭世(370~339 Ma)和晚石炭世—中二叠世(313~263 Ma)三个阶段,第一期岩浆事件是古天山洋闭合形成的后碰撞体制以及古南天山洋俯冲导致的大陆岛弧环境共同作用的结果。而古南天山洋俯冲活动的暂停和新一轮的洋盆扩张是导致区内中、晚泥盆世岩浆活动暂停的原因。第二期花岗质侵入体是古南天山洋第二期北向俯冲所导致的大陆岛弧岩浆作用的产物,而第三期花岗质侵入体形成于古南天山洋最终闭合之后的后碰撞环境中。通过总结区内古生代花岗质岩体的锆石的Hf同位素特征,我们认为巴伦台地区前寒武基底主要形成于三个阶段:1~2.47Ga至~2.26Ga,为研究区对全球陆核生长事件的响应;2~1.47Ga至~1.25Ga,对应于哥伦比亚超大陆的裂解;3~1.20Ga至~0.90Ga,很可能是研究区对导致罗迪尼亚超大陆聚合的"Grenville运动"的响应。     

一次多回击负地闪放电过程的甚高频辐射和传输特征分析

利用短基线时间差甚高频(VHF)辐射源定位系统对一次多回击负地闪放电过程进行详细研究发现, 负地闪的预击穿、梯级先导、直窜先导及回击后云内放电过程伴随有较强烈的VHF辐射。结合同步观测的闪电快、慢电场变化资料, 分析VHF辐射源时空发展特征发现, 预击穿阶段辐射源在云中的放电通道为双向发展, 平均速度均在104 m s-1量级, 预击穿下行分支直接转化为梯级先导, 并产生多个分支通道同时向地面发展, 先导平均速度在105 m s-1量级。继后回击之前先导过程均产生多个分支通道, 直窜先导平均速度在105～106 m s-1量级, 新开辟的梯级先导速度在105 m s-1量级。闪击间及地闪后期云内放电活动较为复杂, 主要表现为辐射源从闪电起始区域发展, 进一步延伸云内闪电通道。地闪后期多次负极性K变化过程(Kitagawa and Kobayashi, 1958)主要表现为负极性流光沿之前的正极性电离通道快速发展, 平均速度在106 m s-1量级。     

The spectra and temperature of cloud lightning discharge channel

Spectra of seven cloud lightning discharges are reported for the first time after captured with a Slit-less Spectrograph on Chinese Tibet Plateau. The structural characters are analyzed and compared with the spectra of cloud-to-ground lightning, and the results indicate that the spectra of cloud lightning show two different kinds of structure characteristics. One has the similar structure as those of cloud-toground lightning discharge, and the other is absolutely different. Meanwhile, more lines of OII with high excited energy are recorded in the spectra of cloud lightning discharge in comparison with that of cloud-to-ground lighting happening in the same region. Temperatures at different positions are calculated and temperature characteristics of these two sorts are analyzed, based to the wavelength, relative intensities and other transition parameters. We suggest that the physical process in the cloud discharge channels changes with much more rapid velocity and wider range compared to cloud-to-ground lightning. The differences between the two types of cloud discharge also reflect some discrepancies between the discharge characteristics. Supported by National Nature Science Foundation of China (Grant No. 40475007) and Foundation of Northwest Normal University (Grant No. NWNU-KJCXGC-03-21)     

地闪与对流性天气系统中降水关系的分析

利用１９９７年夏季在中国科学院兰州高原大气物理所平凉雷电与暴雹实验站设置的３站闪电定位系统所取得的地闪资料与雷达、降水及探空等资料进行了对比分析,发现地闪与对流性天气中的降水有较好的相关性,这种相关性用来对一般性对流天气中降水进行估测是可行的。通过非线性回归近似拟合得到平均雨强与对应时段内的地闪数回归方程为Ｒ＝１．６９２ｌｎＦ－０．２７３,相关系数ｒ为０．８６４１。同时地闪频数与层结最大不稳定能量一样能够指示对流性天气的发生和发展。     

利用快电场变化脉冲定位进行云闪初始放电过程的研究

利用高时间精度GPS同步的雷电快天线电场变化测量仪等设备,在2004年夏季对甘肃中川地区雷暴的闪电放电特征进行了7站同步观测.在此基础上,发展了一种基于到达时间差的快天线电场变化脉冲定位方法,对8月20日一次强雷暴过程的5次云闪初始阶段产牛的快天线电场变化脉冲进行了三维定佗分析.结果表明:基于辐射源到达不同测站的时间差,能够对云闪产生的辐射源进行较好的定位,闪电的放电区域与雷暴的不同发展阶段密切相关.在雷暴发展的比较旺盛阶段,闪电的放电区域相对较高,对应的离地高度为3.3-6.4 km(此时对应的雷达回波顶高约9 km,回波强度在35 dBz以卜的回波顶高约7 km);在雷暴处于减弱和消敞阶段,闪电的放电高度降低,所分析的该阶段的其中1个云闪对应的离地高度为1.1-3.0 km(此时对应的雷达回波顶高约6 km,回波强度在35 dBz以上的回波顶高约3 km).与雷达同波的对比分析发现,云闪初始阶段的辐射脉冲源位置与强回波区具有较好的空间一致性,辐射脉冲源位置分别与25-50 dBz的回波区域相对成.这不仅在一定程度上表明了定化结果的可靠性,而且说明利用快天线电场变化测量仪组网观测对闪电进行定位跟踪有可能反映雷暴强中心的发展变化过程,同时也表明了利用快天线电场变化测量仪组网观测在强对流的监测和预臀中有一定的应用潜力.另外,定位误差的模拟试验表明,当雷电距观测网络较近时,定位误差较小,雷电距观测网络中心越远,定位误差越大.5次云闪的实际定他误差对比表明,模拟试验的定位结果在很大程度上能够有效地反映实际定位误差.这说明了该定位系统对位于探测网络上空或附近的雷电可以进行云内放电过程的较好的三维定位.     

华北一次中尺度对流系统中的闪电活动特征及其与雷暴动力过程的关系研究

利用地面地闪定位资料、多普勒天气雷达和常规气象资料, 分析了一次具有前部对流线和后部大范围层状云降水(LLTS)的典型中尺度对流系统(MCS)的闪电活动演变特征。整个MCS生命史中负地闪占主导地位, 正地闪则表现不活跃。观测得到MCS消散阶段云闪与地闪的比例为2∶1, 地闪主要分布在地面相对位温和对流不稳定能量均达到高值的区域; 负地闪主要密集地分布在大于40 dBZ的回波范围内; 正地闪则稀疏地分布在30～40 dBZ的回波范围内。在低于-40℃的温度区域内地闪分布较多, 而密集的地闪分布在温度梯度大的区域内。结合单多普勒雷达的水平风场反演, 发现地闪集中出现在气流表现为气旋性切变或水平风呈现切变的区域。该区域与MCS的强回波区相对应, 并且地闪易发生在上升气流达到最大并开始出现下沉气流的阶段。