济南市区短时强降水特征分析与天气分型

利用2007—2015年济南市区及历城区自动气象观测站的逐小时降水量资料,以及常规高空、地面观测资料,统计了198次短时强降水过程的范围和强度特征,年际、月际变化特征,按照短时强降水发生时的天气形势和影响系统,分为切变线型、低槽冷锋型、西风槽型、冷涡型、台风外围型及无系统型6类,并分析了不同类型和不同范围短时强降水的关键环境参量。研究表明：短时强降水的强度与范围有较好的相关性,7月中旬—8月中旬出现强降水的次数最多;切变线型短时强降水发生范围与强度分布最广,7、8月的低槽冷锋型过程极易造成大范围高强度降水;地面露点（Td）、850 hPa假相当位温（θse）、对流有效位能（CAPE）以及暖云层厚度能较好地区分不同范围的短时强降水过程。在天气分型的基础上,结合不同降水范围和不同降水类型环境参量箱线图与阈值表,可为济南市区短时强降水的预报提供有价值的参考。      

一次局地暴雨的地闪特征及其与强降水的关系

利用闪电定位仪每分钟实测资料、加密自动站逐分钟雨量和卫星云图云顶亮温TBB资料,对2013年4月29日西南涡东移过程中MCS产生的局地暴雨地闪特征进行了分析。结果表明：这次过程产生了大量地闪活动,且地闪主要出现在西南涡东侧500 hPa槽前辐合上升运动区、700 hPa暖切南侧850 hPa暖切北部的辐合带、TBB小于等于220 K区域南侧TBB水平梯度大值区的叠置区。整个过程负闪占主导地位,强降水发生在负闪密集区;MCS生命史不同阶段的正负闪频数、密集程度和分布位置是不同的。进一步分析发现单站地闪频数与TBB和强降水在时空变化上有一定的相关性,地闪频数和TBB表现为负相关,即TBB下降到最低值时,地闪频数则到达峰值;逐时地闪频数和雨强均呈单峰分布,负闪频数和强降水发展演变趋势一致,负闪峰值和最大雨峰时刻对应,正闪或和最大雨峰一致或略滞后,正负闪和雨峰的6 min演变趋势呈多峰分布,负闪初现12~18 min后出现降水,负闪突增较强降水有18~24 min的提前量。此个例显示MCS将朝向移动路径前侧的负闪密集区域移动,负闪密集区对局地强降水的落区和强度有较好的指示意义。     

内蒙古夏季典型短时强降水中尺度特征

利用常规观测资料、NCEP FNL分析资料、FY-2D逐时云顶亮温(TBB)资料、内蒙古地区自动气象站资料和闪电定位资料, 对2012—2015年内蒙古夏季37例典型短时强降水事件进行分析。结果表明:冷锋云系尾部、涡旋云系和暖湿切变云系中发展的中尺度对流系统(MCS)是造成内蒙古短时强降水的直接影响系统, 短时强降水发生在MCS发展或成熟阶段, 而且位于TBB梯度密集区MCS移出区域靠近干冷空气侵入一侧。自动气象站观测到的中气旋、中低压以及中小尺度气旋式辐合风场和切变线诱发MCS发展, MCS发展到成熟阶段地闪密度达到最大值, 地闪密度值较高对应的MCS面积扩展率也较大。内蒙古西部和中部偏北地区短时强降水发生前3 h相对湿度达到60%~80%, 但其余地区相对湿度基本为80%~90%, 温度锋区浅薄冷空气是触发MCS发生发展的关键因素。     

云南省一次切变冷锋型暴雨过程的中尺度对流系统分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料和多种加密观测资料,对2013年初夏云南省一次典型冷锋切变型暴雨天气过程进行诊断和中尺度分析,结果表明：青藏高原和川西高原西北气流引导冷空气和切变线南下影响云南省,地面冷锋与切变线位置基本一致,冷暖空气交汇于切变线和冷锋附近,产生强降水。天气尺度系统的有效合理配置及相互作用,为中尺度对流系统的发展提供了有利的环流背景。CAPE高能区和等Δθse(500-800)线密集区的分布与对流系统的发生、发展有一定对应关系。暴雨发生的局地性和突发性等中小尺度特征与地面中尺度辐合系统密切相关。地面锋面及叠加在其上的加密地面风场辐合区的位置和移动可以作为短时强降水短临预报的重要参考依据。地面强降水强度和落区与对流云团的TBB等值线梯度大小以及梯度大值区的位置相关。地闪频数的发生发展,可以作为对流云团发生发展的判据之一。受多方面因素影响,低纬高原不同暴雨点的地闪频数峰值出现时间与强降水峰值时间的关系复杂。大风区、第二类γ中尺度辐合区的存在和“列车效应”是造成局地短时强降水的直接原因。边界层急流为此次强降水过程提供了重要的动力强迫和水汽输送。     

新疆北部短时强降水过程的闪电特征统计分析

利用2014—2019年5—9月（暖季）新疆北部19部ADTD型闪电定位仪资料及642个国家站和区域加密自动站逐小时降水资料,统计分析新疆北部短时强降水过程的闪电特征,并对初夏与盛夏闪电特征进行对比。结果表明：新疆北部暖季短时强降水过程的负闪频数明显多于正闪,前者是后者的51倍;各区域存在较大差异,阿勒泰地区负闪频数最多,博州最少。各区域初夏、盛夏短时强降水过程的负闪频数也明显多于正闪,但相同区域因时节的不同,正负闪比例有所不同。新疆北部短时强降水过程出现闪电的个例占744%,各区域出现闪电比例为633%～853%,其中阿勒泰地区、塔城北部较高,博州、伊犁较低。值得注意的是短时强降水过程的闪电比例与天气系统有关,其中西西伯利亚低槽（涡）型比例最高,西北气流型最低,闪电主要出现在短时强降水过程前1～6 h。     

副高边缘两次暴雨过程的地闪特征

利用闪电定位、雷达回波、自动气象站等资料,对山西省2005年8月11～12日副高西进北抬过程中其边缘的对流性强暴雨和2005年8月16日副高东退南压过程中其边缘的持续性暴雨过程的闪电特征进行了对比分析.发现两次暴雨地闪均出现在500hPa的5840～5880 gpm之间的区域,都具有负地闪占主导地位、正地闪频数很低、正地闪强度远大于负地闪强度的特征.对流性强暴雨,负地闪的分布与中气旋和中辐合线的位置相对应,负地闪出现在回波强度达50 dBz或以上的区域内,正地闪出现在45 dBz左右的范围;同一次暴雨过程,不同的对流风暴存在不同的地闪分布.持续性暴雨,地闪出现在地面冷锋与700hPa切变线之间的区域,且正地闪出现在锋区的中后部靠近700hPa切变线、500hPa靠近5840 gpm线的区域;负地闪则出现在锋区的中前部靠近地面冷锋、500hPa靠近5880 gpm线一侧的逆风区或负速度区的大值区;稳定性降水出现在700hPa切变线与500 hPa槽线之间、雷达强度图上正地闪的西北部区域.局地地闪频数随时间的演变不能代表整个对流风暴地闪频数随时间的演变,但局地闪电的出现及其频数的增加或减少却能指示风暴对该地区的影响程度,尤其是地闪频数峰值的出现可以指示雨强峰值的即将来临,这对强对流暴雨的临近预报是十分有意义的.     

北京地区短时强降水过程的多尺度环流特征

为了探讨不同天气尺度背景下,北京地区短时强降水过程的基本特征,利用2007-2014年6-8月北京地区自动气象站观测数据和ECMWF ERA-Interim（0.5°×0.5°）全球再分析数据,在对北京地区短时强降水日的大尺度环流特征进行分型的基础上,基于分型合成场和距平场分析了北京地区短时强降水天气过程的基本环流背景及相应的中尺度环流特征。结果表明：（1）造成北京地区出现短时强降水过程的天气系统,依据其出现的频次,大体可分为副热带高压（副高）与西来槽相互作用型、西风小槽型、东北冷涡型和黄淮低涡倒槽型等4类;从低层水汽来看,除东北冷涡型主要来自于渤海、黄海外,其他3型短时强降水过程的水汽主要来自中国南海或东海。（2）不同天气系统主导下的短时强降水时空分布存在较大差异：在空间分布上,黄淮低涡倒槽型短时强降水带分布从北京东南平原穿过城区至西北山前成东南-西北走向,其余3型大体上沿北京地形成西南-东北走向,其中,西南山前、城区和东北山前地区是3个短时强降水事件的多发中心;在时间分布上,东北低涡型造成的短时强降水过程主要发生在午后,副高与西来槽相互作用型主要集中在傍晚至前半夜,而西风小槽型和黄淮低涡倒槽型短时强降水表现出较强的夜雨特征。（3）从中尺度环流特征上看,副高与西来槽相互作用型短时强降水过程主要是低层冷空气从北京西部、北部进入,首先触发山区对流,与之对应的雷暴高压逐渐组织化,外侧辐散气流（冷池出流）和山前的偏南风暖湿气流辐合造成对流过程加强;西风小槽型主要是边界层内较强东南风在北京西北部山前受地形阻挡,向两边绕流,西南支气流在西部形成气旋性环流,造成城区西部的对流性天气,东北支气流在东北部山前形成地形辐合线,夜间随着东南气流中偏南分量显著加强,东北部山前地区的辐合上升运动加强,造成东北部山前对流性天气,因此在短时强降水落区上表现为两个分离的多发中心且具有夜发性;东北冷涡型主要是系统性的冷空气从北京北部或西部南下,在山前与低空偏东风形成辐合切变线,触发午后对流性天气;黄淮低涡倒槽型主要是黄淮低涡顶部的低层偏东气流在北京西部山前辐合抬升,触发对流,并逐步演变为中尺度气旋性环流,形成相对组织化的短时强降水。     

甘南高原大到暴雨天气过程分型及特征

基于2013—2016年甘南州181个区域站及自动站小时雨量观测资料,提取出53次大到暴雨天气过程,在此基础上进一步分析卫星云图、雷达观测资料以及历史天气资料。结果表明:甘南地区的大到暴雨天气过程主要出现在雨季,7、8月出现频次较高,其天气形势主要分为:西风槽型、副热带高压边缘型、低涡切变型、两高之间切变型、高压内部切变型5种类型,且以西风槽型为主。各类型大到暴雨天气过程的预报侧重点有所不同,西风槽型大到暴雨预报主要侧重于天气尺度环境场分析,其降水时间长,强度较弱(15 mm·h^-1以下),副热带高压边缘型、低涡切变型、两高之间切变型大到暴雨天气的预报主要归结为对高原上短时强降水的预报,短时强降水的实时观测可为这三种类型大到暴雨天气过程的预报提供重要依据。     

济南市重大短时强降水过程特征分析

利用常规天气资料、多普勒雷达资料和区域自动气象站资料,对发生在济南的33次重大短时强降水过程进行总结分析。结果表明,重大短时强降水过程年均发生3.3次,主要发生在7月上旬—8月中旬,17—23时和02—08时最易发生,南部山区较北部平原地区更易发生,且雨强更大。低槽冷锋型出现最多,水汽和动力条件充足,层结曲线中上层具有喇叭口型结构,对流有效位能呈瘦高状,平均值为1 370 J·kg-1,对流由冷锋触发（有时存在暖区对流）,强降水范围最广;副热带高压边缘型水汽充沛,对流有效位能呈粗胖状,平均值为2 400 J·kg-1,对流由底层的动力系统触发,局地性和突发性强,强降水分布不均匀;低涡切变线型具有夜雨性,水汽较充沛,动力条件一般,对流有效位能平均值为607 J·kg-1。低槽冷锋型和低涡切变线型平均雨强较大,副热带高压边缘型持续时间较长,低槽冷锋型能够产生平均雨强异常大或持续时间较长的过程,因此易出现极端降水事件。带状回波出现最多,主要由低槽冷锋型产生,块状回波主要由副热带高压边缘型产生,分布零散,絮状回波主要由低涡切变线型产生,强度较弱。强回波主要集中在中低层,回波整体质心偏低,呈现热带降水型特征。10次形成列车效应的过程中有7次由带状回波或短带回波的后向传播形成,另外3次由尺度较大的絮状回波形成,其持续时间和平均降水量是其余过程的两倍。     

060814山西省局地大暴雨的地闪特征分析

利用闪电定位每分钟的实测资料和加密雨量站每分钟的雨量资料,对山西省2006年8月13~14日副热带高压东退南压过程中,产生的局地大暴雨过程的地闪特征进行了分析。结果表明:对流风暴中,负地闪出现在强度达40 dBz且与径向速度图的逆风区或附近正速度的大值区相重叠的区域内,正地闪出现在强度达30 dBz风暴后部的正速度小值区;混合性降水云系中,地闪出现在500 hPa 5880gpm与5840 gpm等高线所包围区域内的辐合带或逆风区,且正地闪靠近5840线一侧,负地闪靠近5880线一侧。局地地闪频数与雨强随时间的变化有很好的相关性,负地闪的出现及其频数的增加意味着影响该地区的对流风暴正在发展并向本地移来,地闪频数峰值的出现表示雨强峰值的迅速到来,正地闪的出现表示该对流风暴对本地区的影响即将结束。利用地闪频数峰值准确地预报强对流风暴产生的局地强降水只有30~45 min的提前量,而对于混合性强降水的预报则可有1~2 h的提前量;逆风区的水平尺度、垂直厚度、逆风区附近的正、负速度差值直接影响风暴降水的范围、强度和持续时间。     

北京与兰州地区的地闪特征

利用闪电定位系统(LLS)在兰州地区和北京地区探测到的共两万多个地闪资料,对两地的正、负地闪特征进行了对比。分析发现兰州地区的正闪比例是北京地区正闪比例的5倍多。北京地区的正闪平均强度近似为负闪的3倍,而兰州地区的正闪强度只有负闪的2.2倍。无论正闪还是负闪,两地的地闪强度均是稳定的正态分布,并且与雷暴本身的特征无关,从而可用DF强度来作雷暴临近的估计。两地的正、负地闪的回击数均按指数规律下降,不过北京地区的多次回击较兰州地区的多次回击要多。两地的闪电频数都在下午后期出现峰值,但北京地区的闪电频数最大值和最小值都较兰州地区早1小时出现。 通过试验找到了地闪定向仪显示数与闪电辐射电场和放电电流的关系,扩大了地闪定向仪的利用率。     

浙江省沿海陆域与舟山海域地闪回击特征分析

采用2016-2020年浙江省闪电定位资料,利用Access和MATLAB对浙江省陆域、舟山海域地闪回击特征进行分析.结果显示:浙江省陆域年平均地闪回击密度为1.97次·km-2·a-1,正地闪回击密度为0.10次·km-2·a-1,正地闪回击占总地闪回击的5.1％,正地闪回击平均电流强度为42.49 kA,负地闪为3...     

雷击大地密度和等效截收面积计算方法

分析了雷击大地密度传统计算公式中相关参数的局限性,运用IEC62305-2风险管理中的公式对雷电灾害风险分量进行计算分析,提出用闪电定位系统监测到的数据计算雷击大地密度更为合理。根据雷闪的数学模型及雷电流幅值的概率分布特征,对GB50057—1994及IEC62305标准中等效截收面积计算方法进行对比,得出了等效截收面积计算的新方法。     

北京地区闪电活动及其与强对流天气的关系

利用单站闪电定位系统Ｍ－ＬＤＡＲＳ监测１９９５～１９９７年夏季北京地区的闪电话动,分析结果表明,闪电频数的日变化与强对流天气发生有一定对应关系,不同类型的天气过程,如冰雹,暴雨发生时,闪电中地闪和云闪的比例有明显的差异,其中地闪中正,负闪和云闪中正,负闪的比例呈现一定的规律性。     

甘肃中川地区雷暴地闪特征的初步分析

本文分析了1987年6月28日甘肃中川地区一次雷暴过程中地面4个测站的电场资料,并定量估算了4个地闪的8个回击所中和的电荷量及其高度。负地闪回击所中和的电荷离地高度为4km左右(对应的环境温度为-11.2℃),而正地闪回击所中和的电荷离地高度为2km左右(环境温度+4.9℃)。负地闪大多发生在云闪后的电场恢复阶段,且在开始时往往具有持续几百毫秒的云内放电过程。其激发过程可能是首先在云底部正电荷区产生向上传输的持续正流光,导致云中部负电荷向下移动,并引发向下传输的负先导,最终导致地闪回击的发生。     

江苏北部沿海风电场气象灾害风险评估

在对江苏北部沿海9个国家基本(一般)气象站近60年来热带气旋样本统计分析基础之上,结合近4年闪电定位仪资料,分析了影响江苏北部沿海地区的热带气旋、沿海大风和闪电的时空分布规律及其可能对该区域风电场造成的影响。结果表明:①影响江苏北部沿海地区的热带气旋以西北行路径和登陆后北上出海居多,占总数的73.2%;②建国以来影响该区域的热带气旋中,有87.7%的热带气旋可为风电场带来经济效益,进行适当防御后不会造成损失的占12.3%,尚无破坏型热带气旋个例;③江苏北部沿海地区雷雨季节(6—8月)应加强对机组的防雷检查,特别是江苏北部沿海地区的盐城区段更应加强雷电防护监测工作;④江苏北部沿海地区50年一遇最大风速和极大风速符合国家Ⅲ/Ⅱ型风机安全运行标准。     

城区与郊区不同地形地貌下云地闪分布规律初步研究

利用上海3台SAFIR3000闪电定位仪的测量数据、计算机软件技术和数据统计方法对上海地区云地闪的分布规律进行了研究,得出了以下结论：①受地形地貌及高大建筑的影响,上海地区的云地闪分布规律是南北多,东西少,城区多,郊区少;②在郊区发生的云地闪密度虽然低于城区,但是其雷电流的平均强度要高于城区;③上海地区14：00-21：00是云地闪发生最为频繁的时间段。雷暴日是用于表征某地雷电活动的频繁程度并据此进行风险评估及确定雷电防护等级的一个重要参数,但此参数在实际应用过程中存在着一些问题,文章提出了用＂闪电密度＂或者＂地闪密度＂代替雷暴日的设想。     

江西省夏季负地闪时空差异性分布特征

利用2013—2022年负地闪资料和江西省ADTD闪电资料,挑选2016、2018、2019年为重点研究样本,首先剔除研究区域外原始资料,保障研究样本可靠性,其次采用非参数核密度估计法（Kernel Density Estimation,KDE）,对不同年份雷电流强度概率进行估计,进而研究江西省夏季（6—8月）闪电活动时空分布差异性。结果表明,不同年份江西省夏季负地闪密度在空间分布上存在相似的规律性,南部密度相对北部更大。地闪密度较大位置的雷电流强度并不一定较大,2016、2019年夏季雷电流强度空间分布较为均匀,呈现显著的空间一致性特征。不同年份夏季负地闪频次日分布单峰值分布特征较为显著,活动最为频繁的时段为午后至傍晚,其中2020—2022年活动相对其他年份更为频繁。江西省夏季负地闪雷电流强度极大值概率分布存在明显规律,有90%以上的概率大于-100 kA。     

山东一次飑线过程的闪电特征和大风形成机制分析

利用闪电定位资料、多普勒雷达资料和卫星资料分析2016年6月13日发生在山东的一次飑线天气过程的地闪变化特征和大风形成机制,结果表明:本次过程发生在东北冷涡影响背景下,大气层结上冷下暖,随着层结不稳定性逐渐增强和不稳定能量的积蓄,在较强的深厚垂直风切变环境下触发强对流风暴进而组织成飑线。整个飑线过程中负地闪占主导地位,约占地闪总数的89.25%;在飑线的成熟阶段,负地闪频数达到最大峰值后的5～10 min,正地闪也出现最大峰值;负地闪主要出现在回波发展至成熟阶段,多发生在45 dBZ的强回波区域中;正地闪主要出现在飑线的成熟至消散阶段;当TBB达到最低值时,飑线达到最强盛阶段,地闪频数达顶峰。利用WINDEX计算的地面最大风速的潜势与观测的地面极大风速较接近;地面大风阶段对应着剧烈的闪电活动,冰雹大风等灾害性天气的最强时刻与正地闪的峰值出现时间较为一致。     

基于ADTD资料的浙江地区多回击地闪特征分析

利用2007—2018年浙江省ADTD闪电定位资料,分析了该地区多回击地闪分布及相关参数特征。结果表明:浙江省多回击地闪占总地闪的26.74%,其中正闪以单回击地闪为主;正、负闪平均回击数分别为1.04次和1.65次,最大回击数分别为5次和21次。回击数和地闪数存在较为一致的年际变化,正、负多回击地闪日变化分别呈多峰和单峰分布。正、负多回击地闪电流强度算术平均值分别为72.06kA和-36.89kA,回击平均强度随回击数的增加而下降,约40%的地闪过程中至少有1次继后回击强度比首次回击强;首次回击和继后回击的强度分布呈对数正态分布,集中在15～45kA之间。正、负地闪回击间隔时间算术平均值分别为125.47ms和138.14ms,几何平均值分别为56.73ms和98.95ms,回击间隔时间呈对数正态分布,平均回击间隔时间随回击数的增大而减小。多回击地闪继后回击与首次回击之间距离与回击数呈准正态分布,集中在距离为1km范围内。