一次多单体冰雹天气过程的雷达回波与闪电特征分析

利用多普勒雷达资料、三维闪电监测网资料和MICAPS常规观测资料,对2017年4月5日发生在贵州中部一次多单体冰雹天气过程雷达回波演变与闪电特征进行了综合分析,结果表明:(1)在高空槽和低空切变线配合的有利天气背景下,对流单体相继在贵州西部生成并向东移动发展,造成下游大范围冰雹灾害。(2)冰雹云单体移动发展过程中表现不同的增长特性,偏北路径冰雹云单体属于"跃增型"增长,偏南路径冰雹云单体属于"递增型"增长。"递增型"雹云单体具有较长的孕育时间,其产生的冰雹直径及密度高于"跃增型"冰雹云单体。(3)地闪频次5 min变化在降雹之前出现"跃增"现象并伴随地闪峰值,地闪频次峰值时间提前于降雹时间平均为7.3 min。"跃增型"冰雹云单体与"递增型"冰雹云单体平均正闪比和负闪比相当,但"跃增型"冰雹云单体云闪比率(Z)远高于"递增型"单体,在闪电发生空间分布上没有差异性,均沿脉冲单体移动方向呈带状分布。(4)闪电发生空间分布与雹云回波移动位置基本一致,闪电逐时分布标识出冰雹云的发展移动方向,对冰雹云移动发展具有指示作用。     

冰雹云中闪电特征观测研究

通过对西北地区11次冰雹过程闪电定位仪和多普勒雷达观测资料的分析结果表明,闪电5min频次分布呈现规律变化,在降雹前4-97min出现频次大于20次的峰值,冰雹过程正地闪占总地闪比值在24．7％-40％之间;闪电密度最大中心区出现在降雹位置之前,闪电逐时空间分布标识出冰雹云的发展移动路径;闪电分布在雷达回波区,并不与雷达最强回波区对应,闪电频次、正地闪所占的比值和闪电时间序列分布,可能起到预警冰雹的作用。     

一次冰雹云形成发展与闪电演变过程分析

2004年4月23日,江西中部和南部出现了大范围的冰雹强对流天气过程。通过分析这次强对流天气过程发生前的天气形势和云图特征,并应用闪电定位系统、卫星和多普勒天气雷达观测资料,对这次过程的闪电特征进行了研究。结果表明,在雹云的形成发展和减弱阶段,每10min闪电频数<60次,正闪电频数明显低于负闪电。在雹云成熟阶段,闪电频数每10min平均值>60次,负闪电频数大于正闪电。在降雹前10min,闪电频数有跃变现象,其正闪增加速率和降雹呈正相关关系,降雹的起始时刻与总闪电和正闪电每10min频数出现较大值的时刻有明显的一致性。     

贵州中西部冰雹云闪电活动特征及对降雹指示作用研究

利用VLF/LF三维闪电监测资料、CINRAD/CD雷达资料和地面降雹观测资料,对贵州中西部冰雹云闪电特征进行分析。结果表明：高原台地威宁平均POP和Z值均高于斜坡过渡带区域,两者平均POP值均高于贵州10a（2006—2015）平均POP统计特征值。斜坡过渡区域内总闪峰值平均为22次/（5 min）,威宁总闪峰值平均为13次/（5 min）。斜坡过渡带区域2σLFCR闪电跳跃信号和闪电频次峰值提前量平均为20 min和 13 min,威宁2σLFCR闪电跳跃信号和闪电频次峰值提前量平均为33.7 min和29 min。2σLFCR闪电跳跃信号指示降雹优于闪电频次峰值信号,在实际中可以综合利用闪电2σLFCR跳跃信号与峰值信号识别降雹。     

冰雹云形成发展与闪电演变特征分析

1998年4月23日下午在中尺度对流系统(MCS)的影响下，山东潍坊地区出现了一次大范围的冰雹强对流天气。应用闪电定位系统、卫星和雷达观测资料，研究了这次降雹过程形成和发展不同阶段闪电的变化特征。分析发现雹云在形成发展和减弱消亡阶段，每5分钟闪电频数低于20次，且正闪电频数明显低于负闪电；雹云在成熟阶段，闪电频数每5分钟平均值大于20次，且正、负闪电频数相当，而在强降雹前短时会出现正闪电频数超过负闪电现象。此外还发现，在降雹前20～30分钟闪电频数有跃增现象，其增加速率和降雹强度呈正相关关系，降雹的起始时刻与总闪电和负闪电每5分钟频数出现极大值的时刻有明显的一致性。     

冰雹云形成发展与闪电深变特征分析

1998年4月23日下午在中尺度对流系统（MCS）的影响下，山东滩坊地区出现了一次大范围的冰雹强对流天气，应用闪电定位系统，卫星和雷达观测资料，研究了这次降雹过程形成和发展不同阶段闪电的变化特征，分析发现，雹云在形成发展和减弱消亡阶段，每5分钟闪电频数低于20次，且正闪电频数明显低于负闪电，雹云在成熟阶段，闪电频数每5分钟平均值大于20次，且正，负闪电频烽相当，而在强降雹短时会出现正闪电频数超过负闪电现象，此外还发现，在降雹前20－30分钟闪电频数有跃增现象，其增加速率和降雹强度呈正相关关系，降雹的起始时刻与总闪电和负闪电每5分钟频数出现极大值的时刻有明显的一致性。     

冰雹云形成发展与闪电演变特征分析

1998年 4月 2 3日下午在中尺度对流系统 (MCS)的影响下 ,山东潍坊地区出现了一次大范围的冰雹强对流天气。应用闪电定位系统、卫星和雷达观测资料 ,研究了这次降雹过程形成和发展不同阶段闪电的变化特征。分析发现 :雹云在形成发展和减弱消亡阶段 ,每 5分钟闪电频数低于 2 0次 ,且正闪电频数明显低于负闪电 ;雹云在成熟阶段 ,闪电频数每 5分钟平均值大于 2 0次 ,且正、负闪电频数相当 ,而在强降雹前短时会出现正闪电频数超过负闪电现象。此外还发现 ,在降雹前 2 0～ 30分钟闪电频数有跃增现象 ,其增加速率和降雹强度呈正相关关系 ,降雹的起始时刻与总闪电和负闪电每 5分钟频数出现极大值的时刻有明显的一致性。     

广西冰雹云闪电变化特征分析及其防雹应用

利用广西2006―2011年4-6月17个降雹样本资料和以降雹点为中心半径50km范围内闪电监测定位网探测到的所有闪电数据对广西冰雹云闪电变化特征进行分析,结果显示:广西地区冰雹发生前的短时间内负闪频数远大于正闪频数,正负闪强度的比值大多都在1.5以上,而正负闪陡度的比值相差不大,5min闪电频次峰值都在5次以上,降雹前峰值出现明显跃增,降雹出现在闪电密度最大中心的下风方右侧,闪电变化分析结果在广西地区人工防雹作业中有一定的指导作用。     

山东省冰雹云系发展与闪电演变特征分析

对山东地区6次冰雹过程闪电定位仪资料和雷达回波资料进行分析，结果表明：闪电行政区域内10min频次分布呈现规律变化，在降雹前32-220min，10min频次陡然上升。冰雹发生前两个小时正闪电迅速增加，雹后又迅速减弱。雹前正闪电基本占总闪电的50％以上。闪电基本分布在雷达回波内，但闪电密集区与强回波区并不完全对应。闪电密集区移动可以标识出冰雹云的发展移动路径；10min行政区域闪电频次、正闪电所占的比值和闪电时间序列分布，可能起到预警冰雹的作用。     

冰雹云系发展演变与其地闪的相关性分析

对山东地区6次冰雹过程闪电定位仪资料和雷达回波资料的分析结果表明,降雹区域内10 min闪电频数分布呈规律变化,在降雹前32～220 min闪电出现10次以上的峰值,冰雹发生前2 h正闪电迅速增加,雹后又迅速减弱.雹前正闪电基本占总闪电的50%以上.闪电基本分布在雷达回波内,但闪电密集区与强回波区并不完全对应.闪电密集区移动可以标识出冰雹云的发展移动路径;10 min降雹区域闪电频数、正闪电所占的比值和闪电时间序列分布,可能起到预警冰雹的作用.     

冰雹云卫星早期识别与自动预警

利用陕西、山东、贵州和新疆等地近十年日间降雹记录和对应的极轨卫星数据,采用卫星云微物理反演技术,定量分析冰雹云微物理特征,比较不同地区间差异,并利用FY-4A静止卫星定量分析一次冰雹过程云微物理特征演变,探讨冰雹云卫星识别预警应用潜力。结果表明:（1）陕西、山东等地冰雹云微物理特征具有一致性,卫星早期识别指标为:晶化温度（T_g）较冷,均值为?33°C;全部冰晶化时T_g对应的云粒子有效半径r_e（表征为r_eg）未饱和（<40 μm）,均值36.9 μm,且r_eg 越小冰雹云越强;云顶呈现r_e随高度减小带。（2）各地冰雹云早期识别指标在数值上存在一定差异,实际应用时应针对各地进行相应调整。（3）在静止卫星上,冰雹云微物理特征与极轨卫星相一致,将早期识别指标应用于FY-4A静止卫星,跟踪云团发展演变,实现自动预警。（4）经过4次降雹过程中应用,FY-4A卫星自动预警与实况吻合22次,漏报2次,自动预警平均提前约2小时。FY-4A卫星自动预警对及时有效组织实施人工防雹作业具有重要现实意义。     

雹暴系统中单体相互作用宏微观物理过程研究

为探究雹暴过程中单体相互作用的演变特征,利用X波段双线偏振天气雷达和二维闪电监测数据,结合常规气象探空和ERA5再分析资料,分析了贵州威宁县2018年4月30日一次雹暴天气过程中单体合并特征。结果表明:本次雹暴天气主要受两单体合并影响,合并初期有“云桥”现象发生,两单体的强降水促进了连接处的增长;合并使对流系统整体加强发展,初期上升气流和下沉气流的相互作用使雷暴回波顶高降低;冰雹粒子在合并阶段呈现增长趋势,大值主要出现在合并结束前6 min和合并后6 min。本次天气过程中,负地闪频次占总地闪的94%;闪电频次在合并阶段出现跃增现象且达到峰值,较大的上升速度使得低密度霰和冰晶的增速超过高密度霰增速的5倍,低密度霰与冰晶粒子之间非感应碰撞是主要的起电过程;合并完成后,回波顶高下降,上升气流减弱,大粒子下落,受附近新生对流的影响,系统的霰粒子与冰晶粒子数短暂增加,闪电发生频次再次上升。      

陇东地区冰雹云系发展演变与其地闪的关系

利用１９９７年设在陇东地区的闪电定位系统及双线偏振雷达资料,分析研究了该地区冰雹云系发展演变及其地闪的关系。结果表明：在降雹前３０ｍｉｎ左右时,每５ｍｉｎ地闪频数陡然上升,降雹前１８ｍｉｎ,每５ｍｉｎ地闪频数平均上升为３．５,每５ｍｉｎ地闪频数的最大值一般是出现在开始降雹前１６ｍｉｎ到前６ｍｉｎ之间,在冰雹云演变的发展、成熟和消散三个阶段中负地闪数远大于正地闪数,并且起着主导作用。冰雹云中心的冰相     

基于火箭探空资料的冰雹云内部结构个例分析

利用探空火箭、新一代天气雷达和气象探测资料对2015年7月17日延安宝塔区冰雹云进行了综合探测,结果表明:（1）当日08:00（北京时,下同）500 hPa河套低涡分裂东移,有较强冷平流且移动速度较快,地面14:00升温明显造成了这次降雹。（2）偏后位置的冰雹云内部温、湿条件以及对流指数（T_g）、整层比湿积分（IQ）、总指数（TT）均小于外部的自然大气;层结稳定度指数（K）、抬升指数（LI）、沙氏指数（SI）冰雹云内部比外部自然大气偏小;热力参数风暴强度指数（SSI）冰雹云内部低于外部自然大气;冰雹云内部能量参数（CAPE）明显低于自然大气;冰雹云内部0°C层高度低于冰雹云外部自然大气。（3）火箭探测的位置偏冰雹云后部,冰雹云由低层到高层风向呈逆时针变化,探空仪摆动明显,?20°C温度层偏高,气流较强,整层偏下沉气流。（4）冰雹云0°C附近,在温度区间?1.8～5.0°C、厚度1.0 km范围内有最大湿度区,湿度达80%以上,最大湿度87.1%,为冰雹的形成提供了水汽条件。（5）紧贴0°C下正温区,有最大水平风速为19 m s?1急流,厚度为0.022 km。在温度区间?4.8～5.0°C、厚度1.6 km范围内维持13 m s?1以上水平风速,为冰雹的形成提供了动力场条件。（6）在温度区间?8.7～?9.2°C、厚度0.2 km,有小于或等于2 m s?1弱风区;弱风区下方,在温度区间?4.6～?8.8°C、厚度0.889 km有上升气流,平均上升速度1.79 m s?1,最大上升速度4 m s?1,这种配置为冰雹的生长提供了环境场。     

Lightning evolution related to radar-derived microphysics in the 21 July 1998 EULINOX supercell storm

Results of a combined analysis of data from a C-band polarimetric Doppler radar and a 3D VHF interferometric lightning mapping system, as obtained during the European Lightning Nitrogen Oxides project (EULINOX) field campaign, are presented. For 21 July 1998, the lightning data from a supercell thunderstorm weakly indicate a tendency for a bi-level vertical distribution of lightning VHF emissions around the −15°C and −30°C temperature levels. Also, in some parts of the clouds, evidence is found for the presence of a lower positive charge center near the freezing level. However, where strong vertical motions prevail, VHF emissions are not organized in horizontal layers but in oblique or vertical regions. Correlation of VHF signals with radar quantities shows that in the growing storm, peak VHF activity is low and related to reflectivity factors around 30 dBZ, while after the mature stage, the peak VHF activity is about three times larger. The highest density of VHF signals is now found near reflectivity factors of 45 dBZ. A polarimetric hydrometeor classification indicates that during storm development, most lightning activity occurs where graupel and, secondarily, snow and small dry hail are present. In the decaying phase of the supercell hailstorm, however, most lightning VHF emissions stem from the region with hail and heavy rain. Furthermore, while the VHF signal frequency per cubic kilometer in the graupel and rain regions remains nearly constant throughout the supercell life cycle, the signal frequency in the hail region rises during storm decay.     

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。     

下垫面对雹云形成发展的影响

利用中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting)对2005年5月31日发生在北京地区的一次强冰雹天气过程进行了数值模拟研究,并与观测的雷达回波、冰雹云移动路径和冰雹落区进行比较,在此基础上探讨了城市和农田两种下垫面对雹云的影响。结果表明,由于"城市热岛"效应的作用,城市下垫面的地面感热通量显著增加,有利于雹云的发展增强和大冰雹的形成,使地面累积降雹量增加,但对雹云移动路径影响不大。农田下垫面具有较大的潜热通量,局地蒸发强,有利于大量小冰雹的形成,云中冰雹含量增加,但降雹强度较弱,地面累积降雹量小。     

闪电定位资料在天山北坡强对流天气短临预警中的分析及应用

选用2013—2015年4—9月天山北坡短时强降雨和冰雹过程,及其前后对应的闪电定位资料进行研究。通过分析,发现两种强对流天气过程前后正、负闪均在一定范围内呈波动性变化,且均以负闪为主。两种强对流过程前后均有2次闪电突增现象,且都是第一次突增现象更具指导意义,突增现象发生在强对流天气开始前10～40 min不等,持续时间10～20 min,突增量在2～8次。可得出闪电极性和闪电突增在强对流短临预警中的阈值。