2019年马六甲地区红色精灵观测及母体雷暴分析

红色精灵是一种发生于闪电放电活跃的雷暴云上空的中高层大气瞬态发光现象,它们通常由中尺度对流系统层状云降水区内的强地闪回击产生,是对流层和中间层之间的一种能量耦合过程。目前,有关中国南海及东南亚地区的红色精灵观测鲜有报道。为了进一步了解热带地区产生红色精灵事件的沿海性雷暴特征,于2019年利用低光度光学观测系统和低频磁场天线在马来西亚马六甲地区开展了地基观测。实验于11月9日、12月11日和12月15日三次在沿海雷暴上空共捕捉到7例红色精灵事件,其中包括4例圆柱型、2例胡萝卜型和1例舞蹈型。结合闪电定位、云顶亮温和低频磁场信号等同步数据,分析表明所有事件均由正极性地闪回击产生,且母体闪电回击位于雷暴对流区附近（云顶亮温≤ 210 K处）,这可能是该地区产生红色精灵的沿海性雷暴的共同特征。此外,红色精灵生成期并不是闪电活动最强期,而是发生于闪电频数短暂降低后,这表明红色精灵的发生可能是该地区成熟雷暴中对流减弱的一个信号。     

浙中一次多风暴类型强对流天气成因及多普勒雷达特征

利用常规资料、区域自动站加密资料、探空资料、GFS 0.25°×0.25°逐6h的分析场数据和SB多普勒天气雷达资料对2018年5月18日发生在浙中地区的一次强对流天气过程进行分析。结果表明:此次过程产生了脉冲风暴、中等到强多单体风暴和飑线这3种风暴类型,分别出现冰雹、大范围强降水和雷雨大风等强天气。3种风暴的雷达回波在回波形态、强度、垂直结构、平均径向速度、垂直累积液态水含量VIL等特征如下:①脉冲风暴呈块状,初始回波高度在6～9km,强回波所在高度在-10℃等温线附近,强回波值达60dBz以上,VIL值出现跃升且最大值在50kg·m-2以上,冰雹出现在反射率因子核和VIL值迅速下降之后;②中等到强多单体风暴呈带状,大降水效率和"列车效应"是发生大范围强降水的主要原因,雷雨大风天气则与反射率因子核迅速下降、MARC、低层强辐散区有关;③飑线呈弓形回波形态,移速快,引起了大范围的雷雨大风天气。此次过程影响系统多,天气复杂,存在较大预报难点,在短时临近预报技术研究上有重要借鉴意义。     

两种雷暴大风的结构特征及其环境条件对比分析

2014年3月29日晚到31日早上,广西连续两个晚上在同一区域出现了两种不同类型的雷暴大风,这两类雷暴大风在形态结构演变和环境条件上存在明显的差异。30日雷暴大风表现为多个孤立、松散、排列无序的强单体风暴,属于微湿下击暴流、低层暖平流强迫类,其层结为条件性不稳定,由地面辐合线触发;31日的雷暴大风则是由有组织、紧密排列的多单体强风暴组成的飑线系统,其后侧入流明显,有平流作用,风暴范围大,属于高空冷平流强迫类,其层结为对流性不稳定,由地面锋面触发产生。从环境条件上来看,30日雷暴大风的温湿廓线呈倒V型结构,中层湿度相对较大,低层干且温度直减率近干绝热;31日雷暴大风的温湿廓线表现为850hPa以下大气层结曲线与露点曲线紧靠,水汽充足,以上两者分离,干层显著,呈"漏斗"状,另外,31日雷暴大风的垂直风切变较大,更有利于对流的组织化。     

2018年一次罕见早春飑线大风过程演变和机理分析

2018年3月4—5日,华南、江南等地发生了一次大范围强对流过程,发生时间早,落区范围广,多地伴有雷暴大风、冰雹、短时强降水等剧烈对流天气,尤其飑线在江西境内造成了严重大风灾害。基于大气环流和雷达回波发展演变特征,将该次过程分为初始、发展和减弱三个阶段：初始阶段西风槽前西南急流造成的低压倒槽为强对流提供大尺度触发条件;发展阶段对流活动位于槽前暖区中,飑线在江西造成极端大风;入夜后,冷锋南下,对流进入减弱阶段。环境场及对流参数诊断表明江西中北部低层高温高湿,中层干冷,温度垂直递减率大,有利于产生雷暴大风。南昌探空长时间序列分析表明温湿要素气候态异常,与历史同期比,低层明显偏暖偏湿,中层偏干,有利于极端对流天气发生。综合多源观测资料和雷达资料分析中小尺度特征,本次江西飑线过程特点及成因包括：（1）受引导气流和前向传播共同作用,飑线移动速度快。（2）自动站分析显示飑锋后雷暴高压强,与锋前暖低压作用造成强密度流,有利于产生大范围直线型大风;（3）通过对比飑线弓状回波南北段回波结构差异表明,飑线后侧中层干后向入流促使降水粒子相变,剧烈降温形成的强下沉运动(下击暴流)是导致极端大风的主要原因,后部层云区下沉气流增强雷暴高压加之动量下传作用对雷暴大风有增幅作用。     

我国华南江南春季雷暴气候特征分析

基于我国华南江南地区274个基本地面气象观测站数据、全国闪电定位数据以及欧洲中心的全球大气再分析数据(ERA-Interim),对1981—2017年华南江南地区的春季雷暴日采用经验正交函数分解方法(EOF),并与气象要素场做回归分析。得出以下主要结论:(1)我国华南江南地区春季雷暴活动高发区主要在广西东部至广东西部;其高峰期在下午18:00和凌晨4:00左右,且大多数雷暴活动持续时间不超过3 h;山区雷暴活动主要在傍晚至夜间;平原雷暴活动主要在白天,高峰在17:00及06:00前后;(2)华南江南地区的雷暴活动存在着3~5年的短周期和16年左右的长周期变化;(3)雷暴日距平EOF分析的前3个主成分累计方差贡献达到72.3%。按其向量场的方差贡献分型,Ⅰ型表现为华南江南雷暴活跃特征呈现较统一的变化规律。深厚西南低涡槽前、上干下湿的水汽层结、上冷下暖的温度层结为华南江南地区发生大范围雷暴天气提供良好的动力、水汽和位势不稳定条件,是华南江南雷暴活跃异常的主要模态;Ⅱ型表现为从华南南部到江西与浙江南部有一条西南-东北向、下宽上窄的雷暴活跃正距平异常区,而两侧为负距平异常区。其环流特征表现为温度整层偏冷,水汽整层偏湿,而西南槽前动力抬升有利于水汽抬升凝结触发对流形成雷暴;Ⅲ型表现为华南和江南地区雷暴活跃特征呈南北反位相异常,其分界线在26 °N附近。其环流特征表现为较强的干冷空气南下与南方暖湿空气在南岭山区对峙形成异常的垂直环流圈。在其上升支,低层干冷空气被卷入中高层使得中高层暖湿空气凝结释放潜热形成对流,造成华南地区多雷暴发生,而江南地区处于垂直环流的下沉支,整层湿度偏干,造成江南地区雷暴相对偏少。      

雪崩、分形与雷暴放电中强闪的自组织演化

强调了雪崩、分形与远离平衡系统自组织演化的联系。利用2003年夏季青藏高原中部地区雷暴放电的地面电场野外观测资料,基于近年来发展的分形及多重分形分析中的去势涨落分析(detrend-ed fluctuation analysis,DFA)方法,对强闪前电场信号的关联及多重分形特征进行了分析,发现强放电前过程具有明显的分形和多重分形特征,多重分形谱与推广的二项倍增串级模式符合。分析在一定程度上表明了雷暴强放电发生的可能的自组织演化性。     

雷暴地球伽马射线闪探测研究进展及若干问题探讨

地球伽马射线闪(Terrestrial Gamma-ray Flashes, TGFs)是近来相关研究比较活跃的一类发生在雷暴中的高能辐射现象,可在地面和近地轨道卫星平台上观测到光子能量高达几十兆电子伏特的伽马射线爆发.观测表明TGF是伴随雷暴闪电发生的一种自然界比较常见的高能大气物理现象,但其产生过程、物理机理及效应等尚不清晰, TGF研究也已成为大气电学与高能物理这一前沿交叉领域的热点研究问题.文章阐述了近十年来关于TGF探测、TGF与闪电放电过程及雷暴活动相互关系等方面的研究进展,并对一些尚存的问题进行了讨论.卫星观测发现上行TGF与云内初始先导过程关系紧密,一般发生在云内先导起始之后几毫秒时间内,并可能由于其发生过程伴随的瞬时大量电子转移产生特殊的低频电磁辐射.相比之下,目前报道的下行TGF的发生环境比较复杂,可能伴随着不同类型的闪电放电过程,如上行正先导/下行负先导、连续电流过程、回击过程等.由于地面观测资料较少,与上行TGF相比,下行TGF产生过程的研究更加缺乏.随着精细时空探测系统的发展,基于地面与卫星观测平台的精细协同观测将对TGF产生过程及其机制的研究带来更多新的认识...     

2007—2017年浙江省雷暴路径时空特征分析

基于浙江省ADTD二维闪电定位系统监测的近11 a(2007—2017)地闪数据,采用密度极大值快速搜索聚类算法和Kalman滤波算法实现对雷暴的识别及其路径的追踪,并探讨大范围雷暴过程的时空分布特征.结果表明:该方法能够有效对浙江省各类雷暴的识别追踪,共筛选出261条雷暴过程的路径,其存在明显的年变化和年际变化,年路...     

雷暴天气过程中降水结构与闪电活动特征个例研究

为深入分析四川雷暴天气过程中降水和闪电活动特征,运用统计与对比方法,对四川东南部一次雷暴过程中闪电活动及降水结构之间的特征进行研究。结果表明,强降水易发生在低层辐合,高层辐散的流场中,局部地区最大降水强度发生在2~5km高度。降水开始1h后,地闪频数达到最高,地闪主要以负地闪为主,正地闪不活跃。对闪电活动与亮温分布关系知,闪电活动主要发生在低于220K降水云内,闪电活动发生的区域与降水落区一致。对总闪与地闪的分布知,负地闪主要分布在总闪的外围。通过对四川雷暴过程的研究,对雷暴预报有一定的指导意义。     

一种基于卫星遥感的临近预报方法

中尺度对流系统(MCS)是形成强对流天气的主要原因,云团在MCS生命周期中的分裂合并问题是临近预报的难点。为解决这一问题,本文提出了FCC方法,该方法使用质心位移和FY-2卫星数据预测多个对流单体的运动轨迹。多个案例分析证明,FCC算法在MCS的各个生命周期均能进行有效的预测,包括初生、成熟和消散阶段。此外,通过列联表方法验证了所提算法的有效性。