柳州市强对流暴雨的闪电和雷达回波特征及相关性研究

利用闪电监测资料和多普勒天气雷达探测资料,对2015年汛期强对流暴雨的闪电和雷达回波特征及相关性进行分析,结果表明:柳州强对流性暴雨时的闪电以负闪电为主;暴雨日降水量与日闪电数相关小,强的降水不一定有强的闪电活动;伴随有闪电活动的强对流暴雨逐时降水量与逐时闪电频数演变曲线具有峰型特征和趋势一致,闪电先于降水之前开始,降水量峰值比闪电频数峰值落后1小时;径向速度不均匀风场结构存在利于对流回波的发展和闪电的发生,强对流暴雨的闪电活动与强回波区有较好的对应关系,闪电一般发生在反射率因子≥45dBz和回波顶≥6km的区域。     

南京一次雷雨的闪电特征与多尺度资料分析

为探究闪电与其他气象要素之间的关系及可预报性,本文利用探空资料、多普勒天气雷达资料、闪电定位仪资料、卫星云图资料和地面自动气象站资料,对2009年7月7日南京雷雨天气进行多尺度分析.结果表明:暴雨过程中负地闪始终占较大比例,正地闪的数目在雷暴消散阶段稍有增长;地闪频数与地面风速时序变化呈现很好的一致性;雷暴来临前风矢位温特征表明对流云发展高度较高,对流层顶的薄层超低温为强对流发生提供了热力不稳定的先兆信息,整层大气深厚的顺时针垂直切变及中低层偏南风为强对流天气提供了有利的动力和水汽条件,为雷暴潜势预报提供了依据;地闪分布与雷达回波顶高、强的风切变区域以及暴雨落区有明显对应关系;负地闪密集区位于雷达强回波核前方强度为40 ～45dBz区域处,对于回波的未来移向有指示作用.     

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。     

山东中部一次强对流天气的中尺度结构和闪电特征分析

利用常规资料、NCEP再分析资料、闪电定位资料、多普勒雷达资料、FY-2E云图资料及全球定位系统(GPS)可降水量资料对2013年7月4日山东中部出现的一次强对流天气过程进行分析,结果表明:高空短波槽东移、地面中尺度气旋系统发展和东北低压槽后干冷空气入侵,是造成本次鲁中地区强对流天气的成因;强对流发生在低层辐合、高层辐散区域并与上升气流最强区对应;负地闪密集区,对应对流有效位能(CAPE)和假相当位温高值区;地闪主要分布在云顶亮温(TBB)-60℃的区域内,TBB值越低,负地闪越密集。在整个强对流发展过程中,负地闪占绝对优势;负地闪多存在于回波强度48 d BZ和顶高≥10 km的强回波区;雷达垂直累积液态含水量(VIL)和GPS可降水量能反映出降水出现时间和降水性质,雷达VIL峰值与降水出现时间较吻合;特殊地形对降水有很大贡献。     

低纬高原中部一次强对流天气过程的多普勒雷达和闪电特征分析

利用MICAPS资料、多普勒雷达资料和地闪资料,分析了2008年8月1日低纬高原中部一次强对流天气过程。结果表明:台风登陆和副热带高压北抬西伸导致外围的偏东气流带来充沛的水汽和热量,为强对流天气过程提供了有利的环流背景条件;在强对流发展过程中,前部始终有入流存在,多普勒雷达回波上具有"弓"型回波、前侧"V"型槽口、弱回波区、后侧"V"型槽口等特征,强回波区与多普勒雷达速度图上的逆风区和辐合区相关;-10℃层高度上雷达回波强度≥35dBz时,才开始有地闪活动发生,负地闪占整个地闪过程的99.6%,大多数负地闪出现在强度30dBz的强回波区,对应着强辐合上升气流区,正地闪出现在回波前部的云砧或回波后部的较弱回波区域,对应着辐散的下沉气流区域;整个雷暴云发展演变过程中负地闪电流强度呈现出先增大后减小的单峰型变化特征,而正地闪电流强度基本呈现逐渐增大的直线型变化特征。     

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。      

两次大暴雨的新一代雷达产品和闪电特征分析

应用新一代雷达产品、闪电监测定位资料等对2007年河南省郑州、信阳两次突发大暴雨过程进行了对比分析.结果表明:高空冷涡后部的冷空气和副热带高压西北侧的暖湿气流在信阳地区交绥是信阳暴雨产生的主要原因,锋前暖区暖平流使地面出现热低压产生辐合,从而激发局地强对流是郑州暴雨产生的主要原因;地面冷锋是两次突发暴雨的触发机制,信阳、郑州均处于中尺度辐合线上强辐合上升运动处.从闪电参数看,信阳暴雨过程全部为负闪,郑州暴雨过程正闪比例为39%,且闪电总频次明显高于信阳.郑州暴雨是由快速发展的块状单体回波造成,信阳暴雨是由混合降水回波持续造成.新一代雷达平均径向速度特征对突发暴雨有很好的指示意义,分析径向速度图对提前发布暴雨预警信号有一定的参考价值.     

两次大暴雨的新一代雷达产品和闪电特征分析

应用新一代雷达产品、闪电监测定位资料等对2007年河南省郑州、信阳两次突发大暴雨过程进行了对比分析。结果表明:高空冷涡后部的冷空气和副热带高压西北侧的暖湿气流在信阳地区交绥是信阳暴雨产生的主要原因,锋前暖区暖平流使地面出现热低压产生辐合,从而激发局地强对流是郑州暴雨产生的主要原因;地面冷锋是两次突发暴雨的触发机制,信阳、郑州均处于中尺度辐合线上强辐合上升运动处。从闪电参数看,信阳暴雨过程全部为负闪,郑州暴雨过程正闪比例为39%,且闪电总频次明显高于信阳。郑州暴雨是由快速发展的块状单体回波造成,信阳暴雨是由混合降水回波持续造成。新一代雷达平均径向速度特征对突发暴雨有很好的指示意义,分析径向速度图对提前发布暴雨预警信号有一定的参考价值。     

新一代天气雷达与闪电定位仪资料在一次区域性暴雨过程中的分析应用

根据一次大范围暴雨天气过程的闪电定位资料和多普勒雷达资料,利用统计和对比分析的方法,发现了闪电发生频数、强度和雷达回波强度在时间序列上有较好的一致性;在雷达回波发展的不同阶段,闪电发生的位置与雷达强回波位置有时相同,有时偏离,有时甚至无闪电发生;雷达回波速度场分析表明,在低层存在不利于对流发展的环境风场特征时,降水回波在向测站移动的过程中趋于消散,闪电频数也随着减少;在降水回波速度辐合区,对应闪电活动频繁。     

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.     

CHARACTERISTICS AND RELATIONS OF LIGHTNING AND RADAR ECHOES FOR STRONG CONVECTIVE RAINSTORMS IN YUNNAN

Based on cloud-ground lightning data and Doppler weather radar echo products, both thecharacteristics and the relations of lightning and radar echoes for strong convective rainstorms over Yunnanare analyzed during the flood season of 2007. The results show that most rainstorms are convective in whichlightning is mostly negative and the negative lightning number accounts for more than 90% of the total.Although the correlation between precipitation and the lightning number is small on the rainstorm day, thelarge day-lightning frequency usually produces heavy precipitation. Hourly evolution of precipitation andlightning frequency shows peak-style characteristics. And their evolution is very coherent in strongrainstorm, but lightning often occurs before precipitation, whose peaks are in phase with or 1-to-2-hourlagged behind that of lightning frequency. Meanwhile the peaks of positive frequency are in phase with orfall behind that of precipitation. When the wind field is heterogeneous in radial velocity, it is conducive toboth the development of convection echoes and occurrence of lightning. Strong lightning-producingconvective rainstorms correspond to strong echo fields and usually result in reflectivity above 30 dBZ andecho top ET of more than 9 km, respectively.     

2007年7月8日特大暴雨过程的中尺度特征

利用雷达、卫星、闪电定位仪及NCEP资料分析了2007年7月8日在安徽沿淮西部出现的特大暴雨过程的中尺度特征.分析结果表明:造成特大暴雨的强对流回波带与近地面层925hPa辐合区位置一致,而且回波单体移向与回波带走向一致,另外发现该中尺度对流雨团(rainstor ms)属于后向传播,其传播方向和单体的移动方向相反,使得强回波在特定区域保持相对静止,造成特大暴雨;逐时降水极值基本出现在对流发展旺盛和对流回波发生合并时.另外通过分析单多普勒雷达反演二维风场发现,中低层气旋性切变的维持是强降水形成和维持的重要条件.     

强对流天气雷达回波与闪电特征的个例分析

利用闪电定位资料和多普勒天气雷达强度产品,分析了2006年6月22日发生在南京西南140km处的一次强对流天气过程中闪电的演变特征及其与回波强度的关系。结果表明,地闪多发生于雷暴云中回波强度大于40dBz且回波强度梯度较大的区域;正、负地闪频次在强对流系统发展的不同阶段呈现出不同的特点,负地闪占总闪数的90％以上,正地闪出现在系统进入成熟阶段之后,且占总闪的比例在系统消散阶段明显增大;地闪强度越大,相应的地闪频次越小,除少数弱闪（1/1〈10kA）外,二者基本上呈反相位关系。     

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。     

两个中尺度对流系统的降水结构和闪电特征

对两个处于不同发展阶段的中尺度对流系统(MCS)降水结构的分析结果表明,处于初生至发展阶段的MCS,对流降水和层云降水的面积比相对较大,处于成熟至消亡阶段的MCS的相对较小。本文进一步分析了这两个MCS个例在6km高度处的雷达回波特征及其和闪电的关系,结果表明处于初生至发展阶段的MCS的绝大部分事件(闪电资料的一种)集中发生在MCS中的强对流单体回波区,而对处于成熟至消亡阶段的MCS,事件集中发生在对流区和对流云向层云转化的回波区。     

地闪与对流性天气系统中降水关系的分析

利用１９９７年夏季在中国科学院兰州高原大气物理所平凉雷电与暴雹实验站设置的３站闪电定位系统所取得的地闪资料与雷达、降水及探空等资料进行了对比分析,发现地闪与对流性天气中的降水有较好的相关性,这种相关性用来对一般性对流天气中降水进行估测是可行的。通过非线性回归近似拟合得到平均雨强与对应时段内的地闪数回归方程为Ｒ＝１．６９２ｌｎＦ－０．２７３,相关系数ｒ为０．８６４１。同时地闪频数与层结最大不稳定能量一样能够指示对流性天气的发生和发展。     

Investigating Lightning Characteristics through a Supercell Storm by Comprehensive Coordinated Observations over North China

Electrical characteristics of an isolated supercell storm observed on 13 June 2014 over Beijing were investigated using lightning data obtained from the Beijing Lightning Network, radar reflectivity, and hydrometeor retrievals during the 6-h lifetime. Positive cloud-to-ground(+CG) lightning took a high percentage of CG lightning. Before and during a hail event,+CG lightning was more frequent than negative cloud-to-ground(-CG) lightning, except that +CG lightning took a high percentage at the beginning and in the dissipating stage. After the hail event ended,-CG lightning dominated and reached its maximum value. An analysis of hydrometeors retrieved by X-band polarimetric radar revealed that the discharge concentrated in the convective region with graupel particles and hailstones, whereas graupel, snow and ice crystals in the stratiform region. Lightning radiation sources were located mainly in the convective region, some of which were distributed along a gradient of radar reflectivity from the convective region to the stratiform region. The indication is that the supercell demonstrated an inverted tripole charge structure before the hail event, which converted to a normal tripole structure after the hail event.     

一次西南涡引发暴雨的地闪特征

利用高频次多普勒雷达回波资料、闪电定位仪及区域自动站资料,对2011年6月9日湖北暴雨过程的闪电特征进行分析。结果表明：MCS不同生命阶段地闪所处位置不同,正、负闪同时跃增到峰值是MCS成熟阶段的标志之一,地闪密集区和MCS中移速较快的强回波位置基本吻合,MCS强回波区域出现正、负闪和45-55 dBz回波后部区域对应较好,强降水发生在MCS成熟后趋于消亡阶段。