云南闪电活动的时空分布特征

利用1998-2013年TRMM卫星上携带的闪电探测仪(LIS)监测的闪电资料以及云南6个气象站降水观测资料,分析云南闪电活动的时空分布特征及其与降水量的关系。结果表明:(1)云南地区平均闪电密度为4.7 fl·km^-2·a^-1,闪电密度分布与地形密切相关,自西北向东南呈"V"字型带状增大,滇南的西双版纳、普洱东南部和中越边境的闪电活动最为活跃,最高值为30.6 fl·km^-2·a^-1。(2)闪电活动具有明显的季节变化和日变化。春、夏季闪电活动明显多于秋、冬季,其中春季闪电活动主要发生在滇南,而夏季则在滇东。滇北闪电活动的月分布呈单峰型,峰值在7月或8月,且闪电密度与降水量有较好的相关性,而滇西、滇南和滇东南则呈双峰型,峰值在4月,次峰值在7月或8月,闪电密度与降水量的相关性较差。云南大部地区闪电易发生在当地时间16:00-20:00,而密度高值区的闪电活动多发生在夜间。(3)云南闪电活动明显受地形和海拔高度影响,且与季风密切相关。     

大连地区闪电活动时空特征分析及雷击风险度综合指数预测研究

本文利用辽宁省大连市2007年1月—2011年12月连续5 a的闪电监测数据,分析了大连地区闪电频数和强度的时空分布特征,并基于雷电频次和强度构建雷电危险度综合指数预测模型。研究结果表明,大连地区闪电高发期集中在6—8月,该段时间内闪电数超过全年闪电总数的80%;6、7月雷电明显集中于午后和夜间,而从8月开始雷电发生时间向凌晨时段集中,午后明显减少,夜间闪电次数略高于白天。大连地区大部分区域的平均雷击密度值低于10次·km-2,两个极大值中心位于长海县和普兰店市;大连地区大部分区域的平均雷击强度值介于5~30 k A之间,平均雷击强度的极大值中心位于主城区、金州区、瓦房店市西部及庄河市东部,最大可达98 k A。本文依据模糊函数法综合闪电频次与雷击电流,构造雷电危险度综合指数预测模型,并以2011年4月14日雷击灾害为例,预报雷电危险度等级为4级。该模型可对大连地区的雷电危险度等级进行预测并发布预警,更加直观、方便、高效地为公众提供气象服务信息。     

青藏高原雷暴天气层结特征分析

青藏高原那曲地区夏季雷暴活动相当频繁,这种雷暴主要是受地形的影响,在地形的热力和动力作用下形成雷暴,但强度不大,最大反射率一般不超过4 0 dBz,相对云顶高度可伸展到1 0.0~13.0 km,强弱雷暴差别不大。雷暴持续时间大约为30 min左右,主要发生在13:00~19:00(北京时,下同)之间,峰值出现在16:00左右。此外,在晚上也有弱对流,最大反射率约为20 dBz。高原雷暴天气层结具有与平原雷暴完全不同的特征,一般为整层弱不稳定,高度可以伸展到100 hPa,整层不稳定能量不大,强雷暴CAPE值平均为782 J.kg-1,弱雷暴约为406 J.kg-1,分布较均匀,不出现能量特别大的不稳定层次。近地层相对湿度有“逆湿”现象,厚度约1~2 km,平均为60%~80%(雨季后)。无论是强雷暴天气还是弱雷暴天气都具有上述相似层结。这种层结可触发对流,发展高度很高,但强度不大,能量较小。这种特殊层结揭示了高原雷暴的特殊结构。雷暴的闪电频数可以表征雷暴发展强度,通常可以建立闪电频数与雷暴单一参量(云顶高度)之间的统计关系式,从而可以利用测量闪电频数来预报雷暴的强弱,但上述关系对于高原雷暴并不适用,必须建立闪电频数与多参量之间的综合关系。     

华中地区不同地形下的雷暴地闪特征分析

利用湖北省2013—2018年6—8月ADTD闪电探测数据对该地区的闪电活动进行特征分析后发现, 地闪密度和日变化特征与地形密切相关, 其中, 闪电密度高值区出现在海拔500~1 500 m的中尺度山脉向平原的过渡地带以及山脉之间的平原(河谷)地区; 山区的地闪集中在午后至傍晚时段, 具有明显的单峰特征, 平原的地闪日变化相对平缓, 虽然主峰值同样出现在午后, 但夜间地闪活动依然活跃。基于2015—2016年6—8月逐6 min雷达组合反射率拼图产品和地闪资料挑选了94例伴有显著闪电活动的雷暴系统个例, 经统计分析后发现, 雷暴系统的初次地闪、峰值地闪和末次地闪均集中出现在13:00—18:00, 其中, 山区雷暴的地闪持续时间较短, 地闪频数峰值较小; 平原雷暴的地闪持续时间更长, 地闪频数峰值也更大; 山麓雷暴的特征则介于两者之间。利用ERA-Interim再分析资料进行成因分析后可知, 地形强迫和局地热力不稳定是影响湖北山区夏季闪电密度分布和日变化特征的关键因子。      

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。     

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。      

2006-2009年南京地区闪电活动分布特征

利用2006-2009年江苏省闪电监测定位系统资料,对南京地区闪电活动特征进行了分析,发现闪电集中发生在6-8月的12-20时,其他各月闪电频数较低,这主要是由于南京夏季对流活动频繁,且在午后至傍晚的时间段内,气温偏高,较易产生强对流的雷暴天气等原因造成的.南京地区大部分区域的平均雷击大地密度值介于2～6次/(km²·a)之间,平均雷击大地密度极大值中心出现在江宁区,平均雷击强度值介于5～40kA之间,南京长江大桥附近出现了平均雷击强度极大值的中心,最大值达75kA以上.地形地貌、下垫面性质、水汽条件等因素可能是导致上述特征的主因.所获得的闪电活动特征闪电参数在雷电防护、雷击风险评估等领域具有一定的应用价值.     

ENSO期间海洋性大陆典型地区闪电活动特征分析

利用星载闪电探测器(光学瞬变探测器(OTD)和闪电成像传感器(LIS))的观测资料,配合其他气象资料,对厄尔尼诺期间(1998年春季)和拉尼娜期间(1999年春季)海洋性大陆典型地区(11.25°S—3.75°N,96.25°—128.75°E)的闪电活动变化特征进行研究,分析了雷暴单体数目以及雷暴单体闪电率对闪电活动变化的影响,并通过对比厄尔尼诺年春季和拉尼娜年春季的大气环流形势、相对湿度、最大对流有效位能、对流风暴高度等气象要素,讨论闪电活动变化的原因。结果表明:(1)从ENSO期间雷暴单体密度和闪电密度的空间分布变化特征来看,厄尔尼诺年春季的闪电活动及雷暴活动均比拉尼娜年春季的多,并且,从闪电数目和雷暴单体数目的纬向平均、经向平均的年际变化可以发现在厄尔尼诺年春季闪电活动、雷暴活动有东伸南移的趋势。(2)在海洋性大陆典型地区,雷暴单体数目的变化是闪电数目变化的主要因子,而雷暴单体闪电率的变化是闪电数目变化的次要因子。(3)与1999年春季相比,1998年春季的副热带高压范围大、强度大;地面相对湿度大,高空相对湿度小,上下层湿度差异大,有利于对流发展;对流风暴高度较高,冰相粒子层厚度也较深厚,对流发展旺盛;最大对流有效位能大于300 J/kg的天数的空间分布极大值区域正好与闪电密度、雷暴单体密度的大值区域对应,雷电活动与对流有效位能值密切相关。     

南海雷暴大风时空分布及闪电和对流活动特征北大核心CSCD

利用2019-2020年风云四号气象卫星A星(FY-4A)多通道扫描成像辐射计(AGRI)提供的云顶数据和地基全球闪电定位网(WWLLN)提供的闪电数据,结合MICAPS气象观测站和海洋浮标记录的极大风数据,研究南海区域(5°~30°N,105°~125°E)71次雷暴大风过程的时空分布及其闪电和对流活动特征。结果表明:观测站记录的雷暴大风主要分布在南海北部;雷暴大风主要发生在5-9月,峰值出现在8月,3月发生次数最少;雷暴大风主要发生在07:00-12:00(北京时,下同),10:00频次最高,午后频次减少。雷暴大风闪电密度的极大值分布在广东南部近海区域,且闪电集中发生在距离观测站40~80 km半径范围内;孤立雷暴大风过程首次闪电跃变的发生时刻相对大风峰值时刻超前30 min至2 min。在对流特征方面,在雷暴大风风速峰值时刻,观测站处的云顶亮温为200~220 K,云顶高度为12.5~15 km。孤立雷暴大风云团云顶亮温最低值(即最强对流发生位置)与大风观测站点的距离平均为77.2 km,云顶亮温平均相差2.6 K。     

青岛地区闪电活动气候特征

利用10 a TRMM卫星的总闪电资料和3 a的地闪定位资料,研究青岛地区闪电的时空分布特征及其规律.结果表明:青岛地区逐月闪电次数差异较大,闪电的季节变化明显,8月闪电最多.闪电活动日分布呈现双峰形式,最高峰值出现在17:00-19:00之间.从空间分布来看,闪电多发生在靠近青岛市的四个边缘地带,而青岛市中部闪电发生较少.青岛地区的平均总闪电密度为5.95次·km-2a-1,地闪平均密度为1.077次·km-2a-1.青岛地区的云闪与地闪比值平均为4.52,正地闪占总地闪的5.9%.正地闪的平均强度为51.63 kA,最大值为561 kA;负地闪的平均强度为34.53 kA,最大值为481 kA.     

雷暴天气过程中降水结构与闪电活动特征个例研究

为深入分析四川雷暴天气过程中降水和闪电活动特征,运用统计与对比方法,对四川东南部一次雷暴过程中闪电活动及降水结构之间的特征进行研究。结果表明,强降水易发生在低层辐合,高层辐散的流场中,局部地区最大降水强度发生在2~5km高度。降水开始1h后,地闪频数达到最高,地闪主要以负地闪为主,正地闪不活跃。对闪电活动与亮温分布关系知,闪电活动主要发生在低于220K降水云内,闪电活动发生的区域与降水落区一致。对总闪与地闪的分布知,负地闪主要分布在总闪的外围。通过对四川雷暴过程的研究,对雷暴预报有一定的指导意义。     

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气现象之间存在关联性,部分雹暴过程具有两次闪电活跃阶段。台风中大部分闪电发生在外雨带,眼壁/外雨带闪电爆发很可能预示气旋强度的增强以及路径的改变。由闪电持续时间、通道空间扩展所表征的闪电尺度与雷暴对流强度相关。弱对流雷暴或雷暴的弱对流区域可能由水平扩展、垂直分层的电荷分布形态主导,闪电频次低,闪电空间尺度大;强对流雷暴或雷暴的强对流区域可能由交错分布的小电荷区主导,闪电频次高,闪电尺度小。      

Inverted-polarity electrical structures in thunderstorms in the Severe Thunderstorm Electrification and Precipitation Study (STEPS)

Balloon-borne electric field soundings and lightning mapping data have been analyzed for three of the storms that occurred in the Severe Thunderstorm Electrification and Precipitation Study field program in 2000 to determine if the storms had inverted-polarity electrical structures. The polarities of all or some of the vertically stacked charge regions in such storms are opposite to the polarities observed at comparable heights in normal storms. Analyses compared the charge structures inferred from electric field soundings in the storms with charges inferred from three-dimensional lightning mapping data. Charge structures were inferred from electric field profiles by combining the one-dimensional approximation of Gauss's law with additional information from three-dimensional patterns in the electric field vectors. The three different ways of inferring the charge structure in the storms were found to complement each other and to be consistent overall. Charge deposition by lightning possibly occurred and increased the charge complexity of one of the storms.Many of the cloud flashes in each case were inverted-polarity flashes. Two storms produced ground flash activity comprised predominantly of positive ground flashes. One storm, which was an isolated thunderstorm, produced inverted-polarity cloud flashes, but no flashes to ground. The positive and negative thunderstorm charge regions were found at altitudes where, respectively, negative and positive charge would be found in normal-polarity storms. Thus, we conclude that these storms had anomalous and inverted-polarity electrical structures. Collectively, these three cases (along with the limited cases in the refereed literature) provide additional evidence that thunderstorms can have inverted-polarity electrical structures.     

北京一次强飑线过程的闪电辐射源演变特征及其与对流区域和地面热力条件的关系

利用2015年夏季北京闪电综合探测（BLNET）总闪辐射源定位、多普勒天气雷达、地面自动气象站和探空资料等多种协同观测资料,详细分析了2015年8月7日北京一次强飑线过程不同阶段的闪电特征,并探讨了闪电与对流区域和地面热力条件之间的关系。飑线过程整体上以云闪为主,根据雷达回波和闪电频数可以将飑线过程分为发展、增强及减弱三个阶段。发展阶段表现为多个孤立的γ中尺度对流降水单体,随着北京城区降水单体的迅速发展,强回波顶高延伸到-20℃温度层高度,闪电辐射源高度也逐步增加,闪电明显增多,但总闪电频数整体低于80次/min。增强阶段单体合并,闪电频数快速增长,0℃层以上及以下的强回波（＞40 dBZ）体积明显增大,飑线形成后,总闪和地闪均达到峰值,分别约248次/min和18次/min,负地闪占总地闪比例为90%,辐射源主要分布在线状对流降水区内,辐射源数量峰值出现在5～9 km高度层。减弱阶段飑线主体下降到0℃以下并迅速衰减,辐射源分布明显向后部层云降水区倾斜。95%的闪电发生在对流线附近10 km范围内,即对流云区和过渡区。在系统发展和增强阶段,对流云区与层云区辐射源的活跃时段基本一致;系统减弱阶段,对流降水云区辐射源数量迅速减少。在系统的不同发展阶段,闪电活跃区域对应于冷池出流同平原暖湿气流在近地面形成的相当位温强梯度带内。     

Comparison of lightning activity and radar-retrieved microphysical properties in EULINOX storms

A combined analysis of microphysical thunderstorm properties derived by C-band polarimetric Doppler radar measurements and lightning observations from two ground-based systems are presented. Three types of storms, a multicell, a supercell, and a squall line, that were observed during the European Lightning Nitrogen Oxides project (EULINOX) are investigated. Correlations are sought between the mass of rain, graupel, hail, and snow derived form radar observations at different height levels and the electrical activity, represented either by cloud-to-ground or intracloud flashes. These relationships are explained by connecting the radar-derived properties with the non-inductive charging process. For the multicell and the supercell storm, the lightning activity can be linearly correlated to both the hydrometeor total mass and class specific mass in the upper part of the storm. It is shown that the fractions of graupel and hail above the −20 °C-level in these storms positively correlate with the intracloud flash activity in the supercell, and negatively for the cloud-to-ground lightning frequency in the multicell. No such relation can be established for the squall line, indicating that the convective organization plays a crucial role in the lightning development. The analysis of the masses in the different storms shows that lightning activity cannot be parameterized by total mass alone, other parameters have to be identified. The results provide important information for all lightning studies that rely on bulk properties of thunderstorms, e.g., the parameterization of lightning in mesoscale models or the nowcasting of lightning by radar.     

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。     

广州地区雷暴过程云-地闪特征及其环境条件

应用雷电定位系统和高空观测资料并结合雷达回波资料, 对广州地区雷暴过程云-地闪特征进行分析, 并就有、无云-地闪出现的两组不同对流天气过程的环境条件进行了比较研究。结果表明:广州地区的雷暴过程以负的云-地闪为主, 负云-地闪所占比例在90%以上。云-地闪发生频率与雷暴系统强度演变有直接联系, 对于同一系统来说, 随着系统回波强度的增强, 云-地闪发生的频率也增高。但不同系统中, 云-地闪发生频率有很大不同, 回波强(弱)的对流系统并不意味着云-地闪发生的频率就高(低)。有云-地闪记录的对流天气过程具有更大的垂直切变、更高的相对风暴螺旋度以及更多的对流抑制能量, 云-地闪现象更易于出现在更加有组织和更强的对流系统中。研究还发现广州及周边城市区域对雷暴系统回波强度及云-地闪现象可能有影响, 两个典型个例分析表明, 雷暴系统移经城市区域时回波强度减弱, 云-地闪发生频率减小, 雷暴移过城市区域后, 强度可重新加强, 云-地闪发生频率增大。     

Some aspects of the correlation between lightning and rain activities in thunderstorms

The lightning activity of convective systems is a sometimes fruitful indicator of their precipitation production. The present study compares rain volume with different types of lightning activity in several convective systems. The study uses data obtained in the Paris area where two lightning detection systems coexist. The Météorage network provides the location and the polarity of cloud-to-ground flashes, while the SAFIR system detects the total flash activity: cloud-to-ground, intra-cloud flashes and VHF individual sources within a given time window. The overall spatial correlation between rain and lightning appears to be very consistent for all lightning types. A pixel-to-pixel study shows that positive CG flashes are associated with higher rainwater volume than negative flashes. Introducing a weight coefficient for positive CG flashes considerably improves the correlation between rain amount and lightning production. Taking into account the specific contribution of each type of lightning flash, the amount of rain can be estimated from the total electrical activity of each system. Comparison with the amount derived from radar measurement shows reasonable agreement. Finally, the parallel time evolutions of rain and lightning rates display quite similar characteristics.     

用TRMM/LIS资料分析长江三角洲地区的闪电活动

统计分析了1998~2004年长江三角洲(长三角)地区由星载闪电成像传感器(LIS)观测的闪电资料，发现了该地区LIS闪电活动的一些时空分布特征:闪电次数的年差异较大，最多年份是最少年份的3倍；7~8月盛夏季节是闪电高发期，闪电次数和日数分别占全年的70%和60%；闪电高发期间的抬升指数(IL)小于-2℃；7~8月闪电主要集中于午后，3~6月则集中在上半夜；上海地区单日LIS闪电次数超过8次时，多伴有强对流天气和短时强降水；长三角地区的闪电活动区主要分布在上海的东部，部分沿江、沿湖地区和浙江的龙门山等山区；水域闪电少于陆地，大城市城区下风方向闪电活动较多，部分雷暴刚入海时有加强的趋势。分析表明:太阳辐射的季节变化和日变化等是造成闪电时间分布的主要原因；地形的动力作用和下垫面的物理特性及其差异是造成气候意义上中小尺度闪电空间分布差异的主要原因。文章对LIS闪电定位资料进行了探测效率订正，根据LIS注视时间计算了闪电密度，并与地基闪电定位资料和多普勒天气雷达资料进行了对比。LIS闪电活动特征的分析，对雷暴预警和防灾减灾有指导意义。