强雷电天气过程闪电定位资料分析及预警服务

利用ADTD雷电定位显示监测系统资料和常规天气预报资料及驻马店多普勒雷达回波资料,对2013年7月20日信阳地区强雷暴天气的地闪和雷达回波的特征及相互关系进行了分析,结果表明闪电密集区移动方向的前沿位置与30dBz雷达回波区位置重叠,闪电密集区的移动可以准确地反映出对流云团的移动趋势。闪电密集区消失早于雷达回波区消散,地闪强度减小趋势比雷达回波减弱有30到60min的提前量。正地闪的出现,预示对流云团发展;正地闪消失,预示对流云团进入消亡阶段。利用闪电定位资料分析预测闪电落区和时效性比单一使用雷达回波资料更准确。闪电密集区的移动可以准确地反映出对流云团的移动趋势,因此可以将30或60min闪电分布图引入对流性天气的跟踪监测和预警预报业务中。     

利用地面大气电场监测实现雷电预警

地面平均大气电场仪通过监测地面附近一定范围内的大气电场,间接实现了对云层中,特别是雷暴云中的带电状况实时监测.以2008年的5月发生在西安泾河的三次雷电天气过程为例.结合闪电定位实时监测资料和雷达回波产品进行分析.结果表明:大气电场监测资料与地闪定位监测实况、雷达回波产品结合,能够有效监测发生在探测点周围局地对流的发生、发展、成熟、减弱不同阶段特征,实现对雷电灾害的短时预警.     

大气电场资料在黑龙江雷电监测预警中的应用

文章利用大气电场仪资料,结合常规气象资料、黑龙江省闪电定位系统监测资料和雷达资料分析了哈尔滨市2014年5月18日的一次雷暴天气过程。结果表明:这次由午后强对流活动引发的雷暴过程分布不均,具有局地性、突发性。负地闪所占比例较高,平均雷电流强度为中等,其中首次地闪的雷电流强度最大;大气电场能够较好地反映带电云的产生、聚集、消亡过程;此次雷暴过程中大气电场仪曲线在雷暴发生前15min剧烈快变抖动,对雷电监测预警具有明显的指示作用。大气电场仪资料结合雷达资料和闪电定位仪资料能够提高雷电预报的准确率。     

青岛地区电场仪资料在一次雷暴天气过程中的应用分析

利用大气电场仪资料,结合天气实况、天气雷达和闪电定位仪等资料,对2013年7月1日青岛地区一次雷暴天气过程进行了综合分析。结果表明,当地面电场强度曲线在几十到几百毫秒量级内发生极性反转,变化幅度在2 kV/m以上,且完成后电场值会迅速回到极性反转前的电场值附近时,可以判断为发生了一次地闪。单站电场强度曲线可以反映出雷暴云与测站间距离的变化,闪电发生前电场强度的增加可为雷电预警提供时间。大气电场仪组网监测资料可以对雷暴云的移动路径做出判断。综合分析大气电场仪组网数据、天气雷达以及闪电定位资料等多源资料,可以更好地判断雷暴云的活动状况,提高雷电的预警准确率和时间提前量。     

地闪过程与降水量及雷达回波相关性特征分析

针对2006年7月31日发生于陕西省的强雷暴灾害性天气过程,对闪电定位监测资料、多普勒雷达资料以及自动站降水资料之间的相关特征进行了分析。研究表明：局地性短时暴雨天气发生前,地闪频数有一个“跃增”;短时暴雨发生时,地闪频数较高,正闪与负闪的比例较低,各区最大正负闪比例仅6．7％,强度较大的地闪多分布于地闪密集区。空间上,地闪密度大值区与短时暴雨中心落区基本一致;时间上,地闪最大频率出现比短时强降水的发生提前30min以上,说明地闪最大频率的出现对强降水发生有指示意义。通过地闪与不同仰角多普勒雷达基本反射率回波的叠加分析,发现1．5°仰角上二者具有很好的对应关系,地闪演变对30dBz以上雷达回波的强度和移动演变有引导作用。     

地面大气电场资料在强对流天气预报中的应用

利用大气电场仪对2008年6～10月天津地面大气电场变化进行连续监测。讨论晴空、稳定型降水、飑线和暴雨天气下地面大气电场强度特点,结合新一代多普勒天气雷达资料和闪电定位资料,对2008年9月4日飑线过程和2008年7月14日暴雨过程进行分析。结果发现:大气电场仪曲线在雷暴发生前15～50min剧烈变化,在强对流天气的雷电监测中有明显的指示作用。结合雷达资料和闪电定位仪资料能够提高雷电预警和短时临近预报的准确率,多站点的大气电场仪数据能够扩大雷暴监测范围并且判断雷暴云移动路径。     

一次强对流过程中的闪电特征分析

利用闪电定位系统和多普勒雷达资料,通过2007年4月24日广东省一次强对流过程,剖析了不同阶段的闪电特征和雷达回波的关系。结果表明,(1)对流云带放电整体上呈带状分布,闪电随云带的移动而移动,强对流单体发生的闪电频数大且密集。(2)强降水过程中闪电活动呈双峰型分布,负闪占绝对优势,正负闪同步增加或减少,正闪电流平均幅值大于负闪,基本上是负闪的2倍。(3)闪电频数、强度和雷达回波强度在时间序列上对应较好;发生发展阶段,闪电出现位置超前雷达回波约10~40 min;在成熟和消散阶段,闪电主要发生在雷达回波>40 dBz和VIL>20 kg/m2所对应的区域,并在其周围形成一个小范围的闪电密集区。     

雷电预警中的风暴参数研究

目前,国内大多城市陆续建设了大气电场仪,旨在提前开展雷电预警,但基于大气电场仪开展雷电预警的虚警率始终较高。该文基于闪电定位仪和雷达风暴产品,提取了雷电发生时的风暴参数,即发生闪电的雷电预警指标需同时满足风暴中心强度在40d Bz以上、中心高度在3 km以上、回波顶高在4.5 km以上,在此基础上再与大气电场仪预警阈值结合,在降低雷电预警虚警率的基础上,实现了雷电预警时间的提前,为闪电定位、雷达、大气电场仪数据在雷电预警中的研究提供一定的应用参考。     

星地探测闪电在一次中尺度对流系统中的活动特征分析

为更好地发挥星地闪电探测资料在中尺度对流系统中的监测预警应用潜力，本文以2018年6月27日山东地区的一次中尺度对流系统为例，利用云顶温度、云顶降温率、雷达等资料与FY 4A闪电成像仪LMI（Lightning Mapping Imager）、ADTD（Advanced TOA and Direction system）闪电定位系统星地闪电探测资料，分析了星地闪电数据在中尺度对流系统中闪电分布特征及其与对流演变的关系，结果表明:星地探测闪电一致性较好，LMI相对位于对流云前方，星地闪电与降水区域吻合度较高。在系统发展初期，LMI超前于ADTD探测到闪电，且位于回波中心和前侧，回波垂直方向呈现出向前倾斜特征，这对于判识对流移动和演变趋势有较好的指示作用，在预报业务中可采用LMI的位置来辅助制作强对流落区预报。在成熟阶段，星地闪电频次出现跃增，正地闪比例较高，该时段山东多地发生冰雹灾害，LMI多出现在对流系统移动方向前方的弱回波或无回波区内，ADTD则更接近回波中心位置。合并阶段，部分LMI位于前方强回波区后部，与强回波区相对应。     

四川盆地地闪与对流性降水和雷达回波的关系

利用ADTD型闪电观测资料、SWAN拼图资料及成都CINRAD/SC多普勒天气雷达数据,对2009—2011年12次区域性大暴雨过程中的100个地闪、强降水个例和雷达回波的特征及时间关系进行了统计分析。结果表明:负地闪频数和降水强度随时间的变化较一致,有单峰、多峰的特征;负地闪频数越高,出现强降水的可能性越大;持续性强降水开始之前6~30min,83%的事件伴随有负地闪频数突增并持续性增长的现象,56%的事件有负地闪频数峰值出现,地闪频数突增对持续性强降水的开始有较好的指示意义;负地闪频数峰值出现之后的6~30min,67%的事件有出现降水量峰值,负地闪频数峰值的出现可预示雨强峰值的迅速到来;此外,在强回波移动方向的前方常伴有弱的负地闪活动,负地闪活动主要集中在35dBZ以上的强回波区,且移向与强回波的移动方向较一致。     

一次全省性强雷暴天气的地闪特征

2009年6月26日浙江出现全省范围的雷暴天气,此次过程中出现的地闪频数是自2006年闪电定位系统建立以来出现最多的一次。利用闪电定位实测资料、加密雨量站雨量实况以及多普勒天气雷达产品,对这一过程的地闪特征进行了分析。结果表明:此次地闪以负地闪为主,负地闪广泛分布于25～55dBz雷电回波区域内,而正闪多出现在25～35dBz回波中;地闪多出现在回波发展和前进的一侧,且密集分布在回波的梯度最大处,强回波中心处地闪较少出现;在回波开始减弱到中心强度为35dBz左右的区域没有地闪发生。地闪频数与全省过程累积降水量有很好的相关性,地闪的出现及其频数的增加意味着影响某地的强对流风暴正在发展或正向本地移来,对于单站来说雨强峰值滞后于地闪频数峰值半个小时以上,对于全省累积降水量则提前1～2h。因此地闪资料可以作为强对流天气的短时强降水预报的预警依据。     

北京夏季强雷暴降水回波结构与闪电特征个例分析

利用北京市气象局短时临近交互预报系统（VIPS）资料,对2008年奥运会期间两次强降水天气过程雷达回波结构及闪电时空特征进行了细致分析。结果表明,局地性强雷暴降雨天气中,降雨率峰值与闪电活动峰值关系有超前也有略滞后的情况;关于云闪和地闪出现时间,云闪一般要超前地闪5～15min;强降水回波单体中,总闪电次数的70％以上出现在大于40dBZ的强回波区,当最大回波强度大于60dBZ时,云闪出现在强回波区的概率接近90％,说明回波强度越强,云闪出现在强回波区的概率越大;对云闪与雷达回波垂直结构分析发现,强降水单体中云闪发生的高度主要在6km以上,且云闪发生频数峰值出现在8～11km高度。     

雷达、闪电资料在典型雷暴单体中的应用

用闪电定位资料和雷达回波资料进行分析,即从雷达产品的4个参数与地闪频数的关系进行相关分析,分析结果表明:(1)反射率因子的回波面积大小和强回波中心的移动与闪电发生的时间、地点有很好的一致性。(2)闪电发生前最大回波顶高有明显的增大,闪电发生的位置和最大回波顶高的位置有很好的对应关系。(3)地闪频数的变化与VIL(垂直累积液态含水量)最大值的变化并不完全对应,但VIL最大值下降到25 kg/m2以下时,可以考虑作为雷暴消散的一个因子。VIL大值区的移动以及VIL大值区面积的变化与地闪频数的整体变化是一致的。(4)雷达VWP产品的无数据区破坏的时间提前于闪电的发生和地闪频数的增长,其恢复滞后于闪电消失。     

安徽闪电与雷达资料的相关分析以及机理初探

WSR-98D多普勒天气雷达和新型闪电定位仪是监测灾害性天气十分有效的手段,利用合肥多普勒天气雷达的物理量产品和中国科技大学研制的新型闪电定位仪资料,对2001年7月24日、2002年5月27日、2004年4月6日发生在安徽省的冰雹和强降水的3次天气过程的闪电与雷达回波特征做相关性分析和机理初探,发现一些有意义的统计规律：（1） 闪电发生的数目和变化与回波顶高（ET）有较好的对应关系, 而与垂直含水量积分（VIL）对应关系不明显;（2） 强对流天气的云地闪中正地闪与负地闪发生频次相当,甚至超过负地闪,但正地闪比较分散,负地闪比较集中,闪电发生的位置与强回波位置不一致,云下一般存在一个次正电荷层;（3） 强降水天气的负地闪占优势,闪电发生的位置比较集中并且与强回波位置一致,云下没有正电荷层;（4） 垂直累积液态水含量（VIL）和回波顶（ET）很小处出现的闪电是由云砧和对流云分裂的碎云产生的.     

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。     

雷电临近预警预报技术的业务应用

中国气象科学研究院雷电物理和防护工程实验室承担科技部奥运攻关课题“奥运会雷电监测预警和预报关键技术研究”和气象新技术推广项目“雷电预警和预报技术在气象业务中的应用”以及业务建设项目等,针对北京地区强对流活动的特点,结合闪电定位系统和地面大气电场仪网对雷电活动的监测,以及卫星和雷达资料,提出典型区域强对流天气的闪电特征诊断和短时预报方案,     

贵州2008—08—15强降水过程闪电特征浅析

利用闪电定位仪、常规地面观测、物理量场、雷达卫星资料来分析一次强降水过程的闪电特征。着重分析了地闪的时空分布、地闪潜势、地闪和雷达回波强度的关系,得出本次降水过程主要以负地闪为主,但不同降水时段正地闪所占比例不同,负地闪主要分布于贵州中部地区及东北部,正地闪分布较为分散,不稳定能量的积聚对闪电的发生起重要作用。雷达回波强度对闪电的发生有重要的指示作用,地闪主要发生在回波强度〉40dBz的地区及周围,但不同降水时段回波值不同,有的时段地闪主要发生在回波强度〉35dBz的地区及周围。     

强雷暴天气的闪电和雷达回波特征个例分析

利用粤港澳闪电定位系统、广州多普勒天气雷达和自动气象站等资料, 分析了2017年6月2日发生在广州市中北部的一次强雷暴天气过程的地闪变化特征及闪电与雷达回波特征的关系。(1)本次强雷暴天气是华南一起典型的以西南急流和切变线为环流背景的强对流天气过程。在整个雷暴生命史中以负地闪为主, 占69.3%;正闪在雷暴发展的初始和结束阶段占比较大。(2)闪电频数分布与强雷达回波区域存在着较好的对应关系, 闪电活动位置稍有提前, 地闪频数峰值的时间比雷达回波峰值时间平均提前了11.1 min。(3)回波顶高是产生闪电的先决条件, 闪电较多分布在回波顶高9~15 km范围内, 地闪频数峰值落后于回波顶高峰值12~18 min。      

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。     

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。