湖北省一次强雹暴闪电和雷达回波特征分析

利用湖北省闪电定位系统监测资料与武汉市多普勒天气雷达资料同步叠加,对2010年4月12日湖北省东南部地区一次强对流过程的两个致灾雹暴单体进行分析。结果表明：雹暴生消的不同阶段,正地闪和负地闪频数及在雷达回波中的分布呈不同的变化特征,通过地闪频次和地闪在雷达回波中位置的变化可以识别雹暴生命史演变的不同阶段。雹暴Ⅰ产生小冰雹,是一个普通对流单体,闪电以负地闪为主,闪电频率最大为15次·（6 min）－1;正地闪落在风暴发展和消亡阶段,负地闪主要落在35—55 dBz强回波边缘,零星正地闪分布在强回波周围层状云中,雹暴移动路径前侧的负地闪对雹暴移动有一定的指示意义。雹暴Ⅱ是一个典型超级单体,产生直径超过3 cm的大冰雹,闪电频率最大为44次·（6 min）－1,风暴成熟阶段正地闪活跃,16—17时正地闪频繁出现时间与大冰雹持续时间一致;负地闪与25—55 dBz强回波区域吻合较好,正地闪分布在强回波30—55 dBz中心及层状云边缘。对比地闪频数和雹暴成熟阶段的回波强度可以发现,降雹均出现在风暴的成熟阶段,小冰雹发生时地闪频数下降幅度较小,大冰雹发生时地闪频数下降幅度较大,且正地闪比例明显增大。     

北京一次大雹天气过程的闪电活动特征分析

由于受闪电监测系统限制,已有研究多局限于强对流天气的地闪(cloud-to-ground lightning,CG)活动特征。本文利用VLF/LF三维闪电监测定位资料,结合雷达观测等资料对北京地区一次典型大雹天气过程的全闪活动特征进行了分析。结果表明:降雹发生前,闪电活动主要分布在对流系统的后部,闪电数较少,且以负地闪活动为主;降雹期间,闪电频数显著增加,云闪(intracloud lightning,IC)及正地闪活动明显加强,该阶段闪电活动主要集中在对流系统强回波中心及其前部雷达反射率因子梯度较大的区域;降雹结束之后,强回波中心基本移出北京,北京范围内的闪电频数明显减少。正闪比例在降雹发生前逐渐增大,在降雹期间稳定维持在较大值,降雹结束后迅速减小;云闪比(云闪频数/总闪频数)表现为降雹发生前和降雹结束后逐渐增大趋势,在降雹期间基本维持稳定少变。闪电的电流强度主要集中在5—50 kA之间,20 kA以下的低雷电流强度的云闪和地闪多发生在降雹期间及降雹结束后,而20 kA以上的高雷电流强度的云闪和地闪在降雹发生前占有很大比例,小于5 kA的云闪在大雹发生期间所占比例明显高于地闪。降雹发生前及降雹结束后云闪发生高度在2-6 km,降雹期间有所抬升,约为2-8km。闪电频数峰值超前于降水峰值5-20 min。     

江西冰雹天气期间的闪电活动特征

利用江西省2003--2008年冰雹天气发生时的闪电探测资料,通过统计分析地面降雹前后的闪电频数和强度等物理量,得到了对江西降雹过程中的闪电活动分布及其演变特征。结果显示,对于江西大部分地区的雷暴过程,回波强度≥40dBz时,就有可能产生闪电。冰雹发生前后的短时间内正闪频数普遍远小于负闪频数,而且多数情况下正负闪频数比增大时,相应的冰雹直径也增大,即正闪比例的变化与冰雹成长过程有较好的关联。正闪强度大都强于负闪。降雹后负闪频数会减小,而正闪频数会有所增大。总闪频数和正负闪比例的分布及变化特征可被用来估算地面降雹时间。强对流天气过程中,若正闪平均强度越强,则发生冰雹天气的可能性就越大。     

一次雹暴过程的地闪特征分析

跟踪鄂西北一次雹暴的发生、发展和消亡过程,综合利用湖北ADTD型二维地闪定位系统和多普勒天气雷达资料,针对地闪频数演变与雷达资料(CR、VIL、ET)之间的相互关系进行了分析。结果表明：（1）雹暴生命史不同阶段地闪频数及所处位置不同,本次雹暴过程以负地闪为主,零星正地闪出现在雹暴减弱消亡阶段。（2）降雹发生前,CR和ET呈线性增长且CR增加到65 dBZ以上,同时VIL增加到25 kg?m-2,地闪维持较高频数。CR和ET骤减且CR下降到60 dBZ以下,同时VIL略增后骤减,伴随地闪频数骤增到峰值,降雹结束。（3）正、负地闪均分布在雹暴附近25 dBZ～55 dBZ区域,≥65 dBZ的降雹区域地闪很少发生。     

贵州中西部冰雹云中闪电特征观测研究

利用贵州省三维闪电监测网资料、新一代天气雷达资料、地面观测资料,对贵州省中西部地区13次冰雹天气过程中闪电特征进行了分析。结果表明：雹暴整个生命史内主要以负地闪为主,且伴随强降水。冰雹云发展阶段,降雹区域闪电频次增加明显,降雹前闪电频次变化均出现“跃增”,部分降雹点出现闪电频次二次跃增;冰雹云消散阶段,闪电频次显著减少。冰雹云总闪、正闪均高于雷雨云,5 min闪电频数大于16次且闪电频次上升度大于12次/5 min可作为识别冰雹云的参考指标。另外,降雹落区与闪电密度中心区域较为吻合,闪电密度中心位置略偏降雹位置之前,闪电逐时分布标识出冰雹云的发展移动方向。以上这些特征可以为冰雹识别、冰雹短时预警预报及人工防雹作业提供参考。     

北京城区相继多次降雹的一次强雷暴的闪电特征

受东北冷涡和低层暖湿气流影响,2016年6月10日北京午后爆发了相继5次降冰雹的一次强雷暴天气过程。利用国家“973”项目“雷电重大灾害天气系统的动力—微物理—电过程和成灾机理（雷暴973）”2016年夏季协同观测期间获得的闪电全闪三维定位和多普勒天气雷达等资料,详细分析了此次雹暴的闪电活动和雷达回波特征。此次雹暴过程包括三个孤立的单体相继发展、并合,所分析的4次降雹过程中,总闪电频数在降雹期间都有明显增多,最高可达179 flashes min?1。云闪占全部闪电的80%以上,其中3次降雹前出现正地闪突增,其比例升高,占全部地闪的比例最高达58%。降雹时雷达回波>45 dBZ的面积增大,顶高超过13 km。整个雹暴过程,闪电辐射源主要分布在6～10 km的高度区域,与强回波具有一致性。所分析的4次降雹过程均出现明显的总闪频数跃增,并通过2σ阈值检验,其中3次提前时间为8～18 min,说明总闪频数对于降雹过程有一定的预警能力。     

一次强暴雨过程地闪活动特征与中尺度对流系统和强降水的关系

利用2007年8月8日18时至9日02时发生在陕西关中强暴雨期间的地闪、卫星TBB、雷达回波和地面加密降水资料,通过统计和对比分析的方法,分析了地闪活动特征及其与中尺度对流系统（MCS）和强降水的关系。地闪活动特征分析显示,暴雨过程中负地闪占绝对优势,为总地闪的97.7%。负闪频数和总闪频数的逐时演变趋势完全一致且呈现两峰一谷的趋势,正闪频数的变化呈现三峰两谷的趋势,但是正闪频数最大值与总闪、负闪频数峰值时间一致。负闪活跃期正负闪6 min演变均表现为多峰结构,正闪的波峰提前于负闪的波峰12 min。负闪频数变化和MCS、雷达反射率因子演变对比分析表明,负闪发生区是未来对流云团和对流发展加强区,负闪频数密集区位于对流云团前部TBB等值线密集区,负闪频数的急剧增加意味着未来对流系统的猛烈发展;负闪主要出现在回波强度大于40 dBz的区域,正闪则落到强回波中心两侧30～40 dBz的回波区,中尺度对流系统快速发展加强期,负闪密集区位于回波单体的前沿,中尺度系统发展稳定少动期,负闪大部分集中在各对流单体的强回波中心附近。对比分析地闪与暴雨发生发展的关系可见,地闪的发生和急剧增加对暴雨发生和发展加强有很好指示意义,初闪的发生提前于强降水发生,地闪急剧增加与降水强度猛增密切关联,负地闪发生密集区是未来强降水发生区。     

汛期短历时强降水过程的闪电特征

对2011年3次短历时强降水天气过程的闪电特征分析结果表明:①3次短时强降水都以负闪为主,负闪占总闪电的比例都在92﹪以上;②小时闪电频数峰值超前降雨峰值1h或同相;③5min闪电频数超前雨量峰值5~60min;④负闪电密集区主要发生在40dBZ以上的回波区,偶尔发生的正闪一般在较弱回波处;闪电大部分发生在回波顶高大于5km以上的区域;多分布在速度不均匀场附近;闪电密集区与VIL大值区对应关系不太好;⑤不同云体,闪电特征不尽相同,闪电频数高峰有的发生在强回波阶段,有的并不是回波最强阶段,而是减弱阶段。强回波前沿出现闪电密集区或前方无回波处发生闪电,预示未来强回波移动的方向;有的云体发展、成熟阶段闪电分布密集,负闪电主要集中在强回波中心附近,云体减弱阶段闪电分散,集中在单体的不同部位。     

辽宁省一次强对流天气的地闪特征

利用闪电定位系统、多普勒雷达和加密自动站资料对辽宁一次冷涡天气中暴雨、冰雹过程的地闪变化特征进行分析。结果表明,暴雨和冰雹过程均出现了地闪密集区,冰雹过程中正地闪占总地闪比例高于暴雨过程;暴雨过程以负地闪为主,主要分布在45 dBz以上的强回波区内,和暴雨持续时间相当,负地闪最密集区位于风暴的核心部位。负地闪频数比强回波面积提前30至70分钟到达峰值,对于短时暴雨预报预警具有一定意义。冰雹过程中,负地闪集中在雹云前部,正地闪位于雹云核心部位,与降雹区一致,正、负地闪发生区域分离。正地闪提前降雹30分钟左右发生,总地闪、正地闪频数在降雹前明显增加;降雹出现在总地闪、正地闪频数和强回波面积达到峰值及从峰值迅速下降时间段内;雹云减弱消散阶段总地闪次数减少但正闪增加。     

滇中地区冰雹的多普勒天气雷达及闪电活动特征分析

利用雷达数据和云南省闪电定位系统数据,对滇中地区2006~2011年6次典型降雹过程中的雷达回波和闪电特征进行综合分析,结果表明:滇中冰雹回波的基本反射率因子具有典型的冰雹回波特征,如弓形回波、三体散射、旁瓣回波、有界(无界)弱回波区、"V"型槽口以及钩状回波等。地面降雹区基本出现在雹暴反射率因子强度梯度较大的区域,也就是负地闪密集活跃区或者临近区域。闪电密集区的移动可作为预测冰雹回波移动路径的一个指标。降雹时段是负地闪的活跃期,正地闪出现频率极少,这与我国北方地区冰雹出现时高正地闪频数特征存在明显不同。负地闪每5 min频数峰值的出现时间略超前地面降雹时间5~12 min,可作为滇中出现冰雹的一个参考指标。闪电频数的时空分布和变化特征,对于滇中地区冰雹天气的监测、I临近预警以及防雹作业指挥有一定的参考作用。     

山东地区冰雹云的闪电活动特征

利用山东电力部门提供的雷电定位资料,对10次冰雹过程的地闪活动特征进行了分析。通过分析发现,雹暴中正地闪占总地闪的比例平均为57.39％,远高于当地正地闪比例的气候特征值13.48％。地面降雹区基本出现在正地闪密集（活跃）区或邻近区域。在雹云快速发展阶段,地闪频数存在明显的“跃增”;在减弱消散阶段,地闪频数显著减少,但正地闪比例有所提高。负地闪频数峰值的出现通常提前于降雹0～20 min,正地闪频数峰值的出现一般滞后于降雹发生时间。整个降雹阶段对应于正地闪的活跃阶段。另外,结合对卫星观测的总闪电资料分析,发现冰雹云的云闪与地闪的比值远高于一般的雷雨过程,其云闪密度也远高于雷雨过程。以上这些特征对于冰雹的识别和对冰雹的超短时预报具有指示意义。     

A Comparison of the Characteristics of Total and Cloud-to-Ground Lightning Activities in Hailstorms

The region of Beijing-Tianjin-Hebei is covered by two different lightning detection networks: SAFIR (Systeme d’Alerte Fondre par Interferometrie Radioelecctrique) for total lightning, including IntraCloud (IC) flashes and Cloud-to-Ground (CG) flashes, and the ADTD (ADvanced TOA and Direction system; TOA denotes time of arrival) network of China for CG lightning. Fourteen isolated hail-bearing thunderstorms in this region were examined in this study, using the data of SAFIR and ADTD. The peak of lightning frequency, for both total lightning and CG lightning, was often observed in advance of the occurrence of hailstones on the ground, with a trend of a rapid increase of lightning frequency before the hail was reported. The average lead times of the two types of lightning jump before hail events were obtained (total lightning: 32.2 min; CG: 25.4 min) through the 2σ lightning jump algorithm. Additionally, in hailstorms with a high ratio of positive CG flashes, the diameter of hail was larger and the duration of hail was longer; when negative CG flashes dominated, the diameter of hail was relatively small. The comparison of the characteristics of total lightning and CG flashes in hailstorms in this study is expected to serve as a supplementary tool for hail forecasting.     

Characteristics of the two active stages of lightning activity in two hailstorms

Two hailstorms that occurred in Beijing and Tianjin, respectively, are investigated, based mainly on the total lightning data observed by the System d’Alerte Fondre par Interferometric Radioelecctrique (SAFIR3000), the cloud-to-ground (CG) lightning data of a CG lightning location system, and the echo data of a Doppler radar. Both hailstorms exhibited two lightning frequency peaks: the first was before the hailfall and the second was after the hailfall, with the second peak greater than the first. The dominant polarity of the CG lightning was positive in the stage around the first frequency peak, but changed to negative in the stage around the second frequency peak. The evolution of radar echoes and the height distribution of lightning radiation sources are explored, revealing that both hailstorms had stronger convection and the main positive charge occurred at mid levels during the stage around the first frequency peak. However, whilst the Beijing hailstorm experienced the enhancement of convection, with the main positive charge at upper levels around the second frequency peak, the Tianjin hailstorm generated its second frequency peak during the period when the convection kept weakening and the main positive charge dropped to mid–lower levels. Through evaluation of the radar parameters, we investigate the mechanisms responsible for the second stage of active lightning discharge. Furthermore, the lightning activity exhibited a close relationship with radar echo parameters and hailfall. Lightning jump signals were found before the hailfall and were associated with the change ratio of the 40-dBZ echo volume above the ?15°C level, which demonstrates the application value of lightning data in severe weather warning.     

A Case Study of Cloud-to-Ground Lightning Activities in Hailstorms under Cold Eddy Synoptic Situation

There were three hailstorms in Shandong Province,caused by a same northeast cold eddy situation on 1 June 2002.Cloud-to-ground (CG) flashes occurring in the weather event were observed by Shandong Lightning Detection Network (SLDN),which consists of 10 sensors covering all over Shandong Province.The temporal and spatial distributions of CG lightning are investigated for the three hailstorms by using the data from SLDN,Doppler radar and satellite.The results show that different thunderstorms present different lightning features even if under the same synoptic situation.The percentage of positive CG lightning is very high during the period of hail falling.CG flashes mainly occurred in the region with a cloud top brightness temperature lower than -50°C.Negative CG flashes usually clustered in the lower temperature region and tended to occur in the region with maximum temperature gradient,while the positive ones usually spread discretely.Negative CG flashes usually occurred in intense echo regions with reflectivity greater than 50 dBz,while the positive CG flashes often occurred in weak and stable echo regions (10-30 dBz) or cloud anvils,although they can be observed in strong convective regions sometimes.Almost all hail falling took place in the stage with active positive flashes,and the peak positive flash rate is a little prior to the hail events.The thunderstorm could lead to disastrous weather when positive CG lightning activities occur in cluster.Severe thunderstorms sometimes present a low flash rate at its vigorous stage,which is probably caused by the"mechanism of chargeregion lift"through investigating the reflectivity evolution.Combined with the total lightning (intracloud and CG) data obtained by LIS onboard TRMM,the phenomenon of high ratio of intracloud flash to CG flash in severe hailstorm has been discussed.The competition of the same charge sources between different lightning types can also be helpful for explaining the cause of low CG lightning activities in severe storms.     

The characteristics of cloud-to-ground lightning activity in hailstorms over northern China

The characteristics of cloud-to-ground (CG) lightning for ten hailstorms in Shandong Province of China were analyzed statistically. It is found that the hailstorms in this study present dominant positive CG flashes during periods of falling hail. One specific hailstorm on 16 June 2006 was studied in detail using the data from a CG lightning location network, Doppler radar and cloud images. Comparison between the brightness temperature of cloud-top and CG flash locations indicated that most flashes occurred in the region with temperatures lower than − 40 °C, while dense positive CG flashes occurred in the range between − 40 °C and − 50 °C. Negative CG flashes occurred mostly in the relative weak radar echo region, and positive CG flashes were distributed in the strong echo region especially with a large gradient of echo intensity. CG flashes tended to occur in the cloud region with reflectivity between 25 dBZ and 35 dBZ. Comparison between the wind field retrieved from Doppler radar and the location of CG flashes indicated that the flashes were located in the convergent region at lower to middle levels.     

雷暴闪电活动特征研究进展

从一般雷暴、灾害性雷暴和台风的闪电活动特征以及雷暴闪电尺度特征四个方面对相关研究进行梳理.一般雷暴通常具有正常极性电荷结构,云/地闪比例在3左右(中纬度地区),地闪中正地闪占比为10％左右,负地闪位置往往更集中于对流区.灾害性雷暴倾向具有活跃的云闪,低比例的地闪,易出现反极性电荷结构,正地闪比例偏高.闪电活动与灾害性天...     

暴雨和雹暴个例中闪电特征对比

暴雨与雹暴过程中对应的闪电活动特征显著不同,为了对比这两类对流过程中的闪电活动特征差异,该文选取了两种比较有代表性的雷暴个例——暴雨过程和雹暴过程,利用全闪（包括云闪与地闪）定位数据,分析了两者闪电活动特征以及闪电活动与对流降水之间的关系。研究发现:暴雨过程中地闪频次和正地闪比例均低于雹暴过程;相对于暴雨过程,雹暴过程的主正电荷区放电高度更高,主正电荷区所处的温度偏低;暴雨过程中,总闪频次与对流降水量、总闪频次与对流降水强度的相关性均优于雹暴过程。总体而言,雹暴过程中闪电活动特征及其与降水的关系更为复杂,这可能与雹暴过程具有更为复杂的动力和冰相过程有关。     

2007年丹东和阜新地区地闪特征

针对2007年辽宁地闪资料进行分析。结果表明：丹东和阜新是辽宁南北两个地闪高发区,其地闪变化既有共同之处,也有差异点。两地均为负地闪次数远远多于正地闪次数,正闪比相差不大;正闪比春季大,夏季少;丹东平均正、负地闪峰值电流强度均值大于阜新。地闪多发于午后到夜间,丹东多发于早晨。定义了地闪持续时数,分析发现地闪多集中发生在持续6h及以上的地闪活动过程中,因而持续6h及以上的地闪活动过程潜在危害较大。丹东地闪活动易发月份为5-10月,阜新为5-8月;丹东地闪活动最活跃期为8月,阜新地区为7月。     

大兴安岭林区地闪放电特征的观测与分析

利用2009年夏季在大兴安岭林区开展的雷暴及闪电的多站GPS同步观测资料,详细分析了该地区的地闪放电特征.通过对464次地闪资料的分析,发现具有单次回击的地闪所占的比例高达69,且正地闪比例较高,达到了22%.对连续电流的统计表明,约有27%的地闪伴随有连续电流过程且长连续电流过程主要出现在具有单次回击的负地闪中,其平...     

典型强龙卷风暴中的地闪活动特征

闪电活动对于强龙卷天气的发生有一定的指示作用,基于闪电定位资料,结合多普勒天气雷达、探空和ECMWF再分析资料对两次典型强龙卷风暴中地闪的时空演变、雷电流强度及正地闪活动特征进行了统计分析,结果表明:地闪主要发生在组合反射率因子≥30 dBZ的区域内,龙卷发生期间,地闪活动减弱且较为分散。不同龙卷风暴的地闪频次差异较大,这与风暴中上升气流的强度有关;当地闪频次从峰值降至最小值期间,龙卷及地,两次过程中地闪频次峰值分别提前龙卷发生约33 min和28 min。同时,龙卷及地之前,地闪会出现连续多次闪电跃增;龙卷等级越强,正地闪表现越活跃,特征越明显,在江苏盐城阜宁龙卷发生期间,还出现了地闪极性从正地闪主导向负地闪主导的反转;两次龙卷风暴雷电流强度随时间的变化规律并不明显,但均小于历史平均值,地闪发生愈频繁的龙卷风暴,对应的雷电流强度值愈小。