热带气旋影响下深圳地区闪电特征研究

研究热带气旋影响下广东省深圳地区的闪电特征及规律。利用2012—2019年西北太平洋热带气旋历史数据,筛选出2012—2019年距离深圳市国家气象基本站1 000 km内的热带气旋,按热带气旋强度等级进行分组。并利用同时期深圳地区闪电、温度观测数据,研究不同等级热带气旋在不同距离、方位角情况下,深圳地区的闪电特征。发现热带气旋影响下深圳地区闪电年际差异很大,一年中7月和8月深圳地区闪电活动最活跃。热带气旋对深圳地区闪电活动影响大的距离大多为400 km以外,即深圳处于热带气旋的外围雨带。总体上在台风季,TD、TS、STS较易引发深圳地区的闪电,尤其是当TS位于福建地区,距离深圳400~600 km时,极易给深圳地区带来闪电影响。研究结果可为深圳地区的防台减灾工作提供科技参考。      

西北太平洋热带气旋的闪电活动、雷达反射率和冰散射信号特征分析

利用热带测雨卫星(TRMM)携带的测雨雷达(PR)、闪电成像仪(LIS)和微波辐射计(TMI)的同步探测资料,选取1998-2008年登陆中国的46个热带气旋,分析了其不同强度阶段的闪电活动、雷达反射率和冰散射信号的分布特征,以及闪电的发生与雷达反射率和冰散射信号之间的关系.结果发现:强度较弱的热带气旋平均闪电次数相对较高;当强度达到强热带风暴阶段后,强度越强,闪电数量反而越少.热带气旋强度不同,闪电的空间分布也有差别,热带风暴、强台风和超强台风阶段眼壁区闪电密度最大,而其他阶段则在外雨带区密度最大.热带气旋大部分区域被层云和弱对流降水控制,0℃层以上雷达反射率迅速减小,冰散射信号也普遍较弱.虽然热带气旋的眼壁区对流活动最强.但相比于外面带却较不易发生闪电.在同等大小的雷达反射率下,闪电更易发生在台风和强热带风暴阶段,超强台风阶段发生闪电阈值最高.由于闪电的发生与软雹、冰晶和过冷水等微物理参量以及上升气流速度紧密相关,因此闪电资料可以提供关于热带气旋不同区域的微物理过程和动力过程信息.     

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。     

台风“莫拉克”登陆过程的闪电活动与雷达回波特征

利用全球闪电定位网WWLLN(World Wide Lightning Location Network)资料和中国气象局热带气旋资料中心最佳路径数据集的台风资料,并结合福建省气象局新一代天气雷达反射率资料以及NCEP/NCAR的再分析格点资料,对台风"莫拉克"在中国台湾和福建两次登陆过程中的闪电活动和雷达回波特征进行了分析。结果表明,闪电多发生在台风的外雨带,中心区域和内雨带闪电数量较少,第一次登陆过程中闪电数量较多,第二次登陆过程中闪电数量较少。6 km高度上,面积较大的回波后侧或外侧观测到闪电发生,在回波形成初期闪电数量较少,在面积和强度较稳定的时期闪电数量增加,并且闪电数量与回波的最大顶高呈正相关。闪电的发生受到台风自身垂直运动和地形抬升的共同影响,500 h Pa上气旋性风场流入垂直上升区后部的陆地出现闪电密集区,并且垂直中心的位置与强度对闪电分布的位置与数量有明显影响。     

热带测雨卫星对淮河一次暴雨降水结构与闪电活动的研究

文中利用热带测雨卫星 (TRMM )搭载的测雨雷达 (PR)、闪电成像仪 (LIS)、GOES卫星红外通道辐射亮温(TBB)对 2 0 0 3年淮河汛期一锋面气旋系统的两个时次的探测结果 ,分析研究了降水结构及闪电活动 ,并与“98.7.2 0”武汉附近地区中尺度强降水的结构和闪电活动进行了比较。GOES的TBB、降水系统中的对流降水与层云降水比例、闪电活动频数随时间的变化均能表征锋面气旋系统的发展。TRMMPR探测结果表明 :冷锋降水狭窄细长 ,且均为强对流降水 (特别在冷锋加强时 ) ;暖锋宽广 ,且为大片层云降水 ,但其中存在面积不等的强对流降水云团 ;与“98.7.2 0”武汉附近地区中尺度强降水垂直结构的比较表明 ,锋面气旋降水的最大降水率出现在近地面 ,而中尺度强降水的最大降水率出现在低空 (3.0～ 3.5km) ,表明两者之间的降水微物理过程存在差别。TRMMLIS探测结果表明 :闪电活动均发生在冷锋的强对流降水云团中 ,暖锋中虽有强对流降水 ,但无闪电活动 ;闪电活动频数高所对应的降水廓线中、上部存在大量的冰相粒子。     

热带气旋闪电活动特征研究综述

针对热带气旋（tropical cyclone,TC）闪电已有研究,首先从闪电活动分布特征、眼壁闪电爆发对TC强度和路径的指示、外雨带闪电活动与雨带对流结构的关系三个方面进行了总结;其次从动力一微物理方面对TC闪电的形成原因和特征机理进行了梳理;最后提出当前研究中存在的两个关键问题,并对后续研究内容进行了展望。基于地基和空基相结合的综合闪电探测得到的闪电属性特征参量,有望建立一个明确的、具有代表性的闪电活动一TC强度变化关系。利用沿海地区架设的三维闪电定位系统结合地基双偏振霄达,针对登陆台风强对流过程开展的综合观测研究,将有助于推进闪电观测资料在台风中小尺度强对流监测、预警和资料同化中的应用。     

闪电活动的气候学特征研究进展

综述了闪电活动与气候和气候变化相关研究的一系列最新进展。这些研究表明全球闪电活动可以通过卫星光学方法、地面的单站舒曼共振法以及低频多站时差法进行观测,其结果指出全球闪电密度高值区主要分布在海岸地区、山地地区、中尺度气旋多发地区以及热带辐合带的辐合区内,大陆、海岛、沿海地区所发生的闪电占全球的88%,全球3个闪电密度极大值依次出现在赤道地区的非洲刚果、南美洲大陆和东南亚。大量的研究结果表明全球闪电活动是与气候和气候变化相关的,在日、5d、季、半年、年、ENSO、10a多个时间尺度上,闪电活动对温度做出了一定的正响应,但在更长时间尺度上这种敏感性似乎是减弱的。闪电活动因易于被持续监测而可以作为监测气候一些重要参数变化的有利工具。闪电活动是氮氧化物(NOx)的重要产生源,这与臭氧等温室气体以及地球辐射之间存在密切关系。在短时间尺度上,对流层上层水汽和全球闪电活动之间存在非常好的相关性。气溶胶对雷暴以及闪电活动的影响还不明确。气候变化与雷暴和闪电活动之间的相互耦合机制还有待于更多的观测和深入的研究。     

各类云系的闪电时空分布特征

对影响华南的西风带系统和热带系统的各类云系闪电时空分布特征进行分析研究,比较它们之问的异同。结果表明：西风带系统云系的闪电过程在前汛期大部分出现在夜间,而热带系统云系的闪电过程几乎都出现在日间;西风带系统云系的闪电分布形态特征和范围与热带系统云系有很大的差异。同时对各类云系的闪电成因进行了探讨。     

0709号超强台风圣帕(Sepat)的闪电活动特征

利用全球闪电定位网 (WWLLN) 获取的闪电定位资料和中国气象局 (CMA) 提供的台风定位资料, 分析了2007年第9号超强台风圣帕的闪电时空演变特征。分析结果表明: 在热带低压至强热带风暴时期, 台风中心闪电活动频繁, 外围闪电少; 台风成熟时期, 呈现明显的三圈结构; 减弱消散时期, 中心闪电骤减, 几乎为零, 外围闪电密度远远超过中心闪电密度。眼壁闪电和台风总闪电存在阶段性变化。在台风中心最大风速急剧增大的阶段, 眼壁上的闪电两次爆发, 而在第二次眼壁闪电爆发后的两个小时, 中心风速达到最大值, 表明闪电活动有可能对台风增强有指示意义。台风眼壁置换是台风强度发生变化的一个转折点, 也是台风闪电活动发生变化的一个转折点, 从台风眼壁置换开始, 眼壁上闪电数接近于零。闪电次数跟云顶亮温存在显著性相关。结合热带测雨计划任务卫星 (TRMM) 上装载的闪电成像仪 (LIS) 和微波辐射计 (TMI) 资料, 进一步对比分析了台风闪电与强对流区域的关系, 发现闪电易发生在修正极化亮温低于225 K的深对流系统中, 但并不是所有的深对流中都能探测到闪电的发生。WWLLN和LIS探测到闪电发生区域基本一致。     

一次龙卷过程的多普勒天气雷达和闪电定位资料分析

利用WSR-98D多普勒天气雷达和闪电定位资料分析了2003年7月8日发生在安徽省无为县境内的一次龙卷过程。此次龙卷产生于低空急流左侧，动力、热力条件均为较有利的大尺度环境，多普勒雷达回波分析发现，龙卷起源于中高层向低层发展的中-γ尺度气旋中。闪电定位资料分析表明，龙卷发生前10min闪电活动开始频繁。龙卷出现后负地闪明显加大，且龙卷闪电存在于雷暴的发展后期、成熟和消亡阶段。此次龙卷的一些基本特征与通常结论有所不同，(1)雷达反射率因子小于通常结论；(2)龙卷风暴发展高度不是很高，回波顶高仅6～9km，类似于普通雷暴；(3)闪电活动中以负地闪为主，正地闪较少，并未出现正地闪一度占主导地位的现象。     

基于闪电聚类方法的西北太平洋区域雷暴活动特征

利用2010—2018年全球闪电定位网(WWLLN)观测资料, 采用基于闪电密度的空间聚类算法(DBSCAN)建立了西北太平洋地区雷暴数据集, 研究了该区域雷暴的时空分布特征, 并进行海陆差异对比。研究结果表明, 在合理设定DBSCAN参数阈值的条件下, 基于WWLLN闪电聚类的雷暴与天气雷达观测在时空分布和过程演变上具有一致性。西北太平洋区域的日均雷暴数为3 869, 雷暴的闪电密集区平均面积为557.91km2, 平均延展尺度为31.99 km, 平均闪电频次为33 str/(h·thu)。在空间分布上, 东南亚沿海地区与热带岛屿的雷暴活动最强, 南海的雷暴活动强于深海。距离海岸线越近的海域其雷暴面积越大。在季节分布上, 整个区域雷暴活动在夏季(6—8月)达到全年最强, 南海雷暴活动6月达到峰值, 而日本东部近海海域的雷暴活动则在冬季达到最强。我国内陆南方地区雷暴3月开始显著增多, 雷暴平均面积达到最大, 但雷暴平均闪电频次5月才达到峰值。在日变化方面, 陆地雷暴活动呈现典型的单峰型特征, 大部分雷暴发生在午后及傍晚。海洋雷暴日变化则较为平缓, 南海具有其独特的雷暴日变化特征。      

辽宁省雷电易发区及预警应对等级划分

基于辽宁省1981—2010年雷暴日数据、2012—2019年闪电定位数据和2015年公里网格GDP及人口数据,采用AHP法、风险矩阵法和ArcGIS空间分析方法,分析了辽宁省闪电活动时空特征,得出10km×10km网格区域雷电易发等级及应对等级。结果表明:辽宁省2012—2019年闪电活动日数总体呈下降趋势。闪电活动主要发生在6—9月,总闪和负闪最大值出现在8月,正闪活动最大值出现在6月;辽宁地区年平均雷暴日数的空间分布趋势呈现北部比南部多,东西部比中部多,从地形地貌上看,辽宁地区雷暴日数空间分布符合山地大于平原,平原大于沿海地区的分布规律。辽宁地区雷电易发区域呈自中部丘陵和平原地区向东西部山区逐渐递减的分布趋势,雷电易发区域与经济发达区大体重叠,需引起重视。     

STOCHASTIC SIMULATION OF TROPICAL CYCLONE TRACKS IN THE NORTHWEST PACIFIC REGION WITH CLASSIFICATION MODEL

Accurate simulation of tropical cyclone tracks is a prerequisite for tropical cyclone risk assessment. Against the spatial characteristics of tropical cyclone tracks in the Northwest Pacific region, stochastic simulation method based on classification model is used to simulate tropical cyclone tracks in this region. Such simulation includes the classification method, the genesis model, the traveling model, and the lysis model. Tropical cyclone tracks in the Northwest Pacific region are classified into five categories on the basis of its movement characteristics and steering positions. In the genesis model, Gaussian kernel probability density functions with the biased cross validation method are used to simulate the annual occurrence number and genesis positions. The traveling model is established on the basis of the mean and mean square error of the historical 6 h latitude and longitude displacements. The termination probability is used as the discrimination standard in the lysis model. Then, this stochastic simulation method of tropical cyclone tracks is applied and qualitatively evaluated with different diagnostics. Results show that the tropical cyclone tracks in Northwest Pacific can be satisfactorily simulated with this classification model.     

An empirical framework for tropical cyclone climatology

An empirical approach for analyzing tropical cyclone climate is presented. The approach uses lifetime-maximum wind speed and cyclone frequency to induce two orthogonal variables labeled “activity” and “efficiency of intensity”. The paired variations of activity and efficiency of intensity along with the opponent variations of frequency and intensity configure a framework for evaluating tropical cyclone climate. Although cyclone activity as defined in this framework is highly correlated with the commonly used exponent indices like accumulated cyclone energy, it does not contain cyclone duration. Empirical quantiles are used to determine threshold intensity levels, and variant year ranges are used to find consistent trends in tropical cyclone climatology. In the western North Pacific, cyclone activity is decreasing despite increases in lifetime-maximum intensity. This is due to overwhelming decreases in cyclone frequency. These changes are also explained by an increasing efficiency of intensity. The North Atlantic shows different behavior. Cyclone activity is increasing due to increasing frequency and, to a lesser extent, increasing intensity. These changes are also explained by a decreasing efficiency of intensity. Tropical cyclone trends over the North Atlantic basin are more consistent over different year ranges than tropical cyclone trends over the western North Pacific.     

深圳云地闪时空分布特征研究

利用1997-2011年云地闪电定位探测资料和深圳国家基本气象站1953-2011年的观测资料,对深圳云地闪电（简称地闪）时空分布特征和雷暴日变化趋势进行分析。结果表明：深圳雷暴日数近59 a来呈下降趋势,小波分析显示年雷暴日数存在5 a周期和10-15 a的次周期;年内地闪频次特征表现为6月和8月双峰形特征,8月为全年地闪次数最多的月份;雷暴的活跃程度与太阳辐射热力条件密切相关,地闪活动高峰出现在14-18时;深圳地闪密度呈现西北多、东南少,内陆地区多、沿江沿海地区少的分布特征,地形、海陆分布是影响地闪空间分布的重要原因;地闪强度的分析表明,正、负闪月平均强度峰值分别出现在2月和6月,负闪强度低于正闪,正、负闪日强度峰值均未出现在频次峰值时段。     

Lightning Activity and Precipitation Characteristics of Typhoon Molave （2009） Around Its Landfall

Cloud-to-ground （CG） lightning data,storm intensity and track data,and the data from a Doppler radar and the Tropical Rainfall Measuring Mission （TRMM） satellite,are used to analyze the temporal and spatial characteristics of lightning activity in Typhoon Molave （0906） during different periods of its landfall （pre-landfall,landfall,and post-landfall）.Parameters retrieved from the radar and the satellite are used to compare precipitation structures of the inner and outer rainbands of the typhoon,and to investigate possible causes of the different lightning characteristics.The results indicate that lightning activity was stronger in the outer rainbands than in the eyewall and inner rainbands.Lightning mainly occurred to the left （rather than ＂right＂ as in previous studies of US cases） of the moving typhoon,indicating a significant spatial asymmetry.The maximum lightning frequency in the tropical cyclone （TC） eyewall region was ahead of that in the whole TC region,and the outbreaks of eyewall lightning might indicate deepening of the cyclone.Stronger lightning in the outer rainbands is found to be associated with stronger updraft,higher concentrations of rain droplets and large ice particles at elevated mixed-phase levels,and the higher and broader convective clouds in the outer rainbands.Due to the contribution of large cloud nuclei,lightning intensity in the outer rainbands has a strong positive correlation with radar reflectivity.The ratio of positive CG lightning in the outer rainbands reached its maximum 1 h prior to occurrence of the maximum typhoon intensity at 2000 Beijing Time （BT） 18 July 2009.During the pre-landfall period （0300 BT 18 July-0050 BT 19 July）,the typhoon gradually weakened,but strong lightning still appeared.After the typhoon made landfall at 0050 BT 19 July,CG lightning density rapidly decreased,but the ratio of positive lightning increased.Notably,after the landfall of the outer rainbands at 2325 BT 18 July （approximately 1.5 h prior to the landfall of the TC）,significantly higher ice particle density derived from the TRMM data was observed in the outer rainbands,which,together with strengthened convection resulted from the local surface roughness effect,might have caused the enhanced lightning in the outer rainbands around the landfall of Molave.     

西北太平洋热带气旋路径的历史模拟

基于IBTrACS提供的热带气旋最佳路径数据集,在统计分析历史热带气旋的发生年频次、发生位置、路径移动及强度变化等的基础上,建立了西北太平洋热带气旋轨迹合成模型。模型包括生成模型、移动模型、消亡模型及强度模型4个部分,并从地理轨迹密度、年登陆率、登陆风速分布三个方面,对模拟的气旋路径与历史气旋路径进行比较,以验证模型的准确性和可靠性。结果表明,构建的西北太平洋热带气旋全路径统计模拟模型稳健可靠,可进一步应用于研究区热带气旋的定量精细化的风险评估,能提高气旋风险灾害评估的可信度。     

2011年度江苏省雷电活动及雷击灾害特征

从雷暴日时间分布、区域性雷电活动时间分布、地闪时间分布等方面分析了2011年度江苏省雷电活动的时间分布特征,并从雷暴日空间分布、地闪频次空间分布等方面分析了雷电活动的空间分布特征,继而对2011年度江苏省雷电灾害的时空分布及受灾类型特征进行了分析.结果表明:2011年江苏省雷电活动峰值出现在8月,全省范围雷暴过程达11次,较往年偏多,11月出现2次大范围雷暴过程,为历史罕见;全省雷电活动空间分布总体为南多北少,江淮之间南部及苏南中东部大部分地区为雷暴高发区;雷电灾害主要出现在6—8月,办公电子设备受损案例最多,其次为家用电子设备;85%的雷击人员伤亡事故发生在农村.最后,提出了雷电防御的对策及建议.     

1949—2010年西北太平洋热带气旋特征分析

文章分析了1949—2010年发生在西北太平洋上的热带气旋的空间分布特征。并利用趋势分析、小波分析和滑动t检验方法分析了热带气旋的年际变化特征、季节变化特征、周期特征和突变特征。结果表明:西北太平洋热带气旋多生成于5~25°N,110~170°E的海域。频数的年际变化存在三个阶段,月际变化明显,集中出现在7—10月。整个时域上10~15a的波动明显,并经历了三次突变过程。62a间强热带风暴生成最多,台风次之,热带风暴最少。热带气旋强度的年变化不明显。热带气旋强度越强,频数最大值的月份出现越晚。亚洲季风和西太平洋副高对热带气旋的产生起很大的作用。