大气环境层结对闪电活动影响的模拟研究

利用一个二维面对称雷暴云起电、放电模式,选取了北京地区3次雷暴过程的环境层结,计算并讨论了不同层结条件下雷暴中动力、微物理过程及其对起电、放电活动的影响。结果表明,上升速度和水汽条件是影响雷暴动力、微物理过程和闪电活动的最重要因子。上升速度的大小决定了雷暴发展到成熟的时间和雷暴的强弱,较强的上升气流有利于雷暴云在较短时间内达到较大的高度。而持续的上升气流和充足的水汽有利于雷暴的成熟期延长从而增强闪电活动。较强的上升速度和充足的水汽可以产生更多的对闪电起电、放电有直接影响的冰相物并能使其持续生成,从而形成较大的电荷浓度。较强的上升速度和不利的水汽条件也可以在某时形成较大的冰相物浓度,但冰相物难以持续生成。而较弱的上升速度和充足的水汽则容易形成暖云过程,对冰相物的生成也有不利影响。上升速度和水汽相互影响,又共同受到环境层结的支配。大气低层潮湿、中层湿度适中,较大的不稳定能量和一定量的对流抑制能量将有利于强闪电活动的发生。表现在大气不稳定参数的取值上,对流性稳定度指数的值小于-10℃(负值表示不稳定),对流有效位能值在1000 J/kg以上,对流抑制能量大于40 J/kg,700 hPa相当位温在340 K以上,700—400 hPa中层平均湿度在35%—85%,有利于强闪电活动的发生。     

Impact of updraft on neutralized charge rate by lightning in thunderstorms: A simulation case study

The rate of neutralized charge by lightning (RNCL) is an important parameter indicating the intensity of lightning activity. The total charging rate (CR), the CR of one kind of polarity (e.g., negative) charge (CROP), and the outflow rate of charge on precipitation (ORCP) are proposed as key factors impacting RNCL, based on the principle of conservation of one kind of polarity charge in a thunderstorm. In this paper, the impacts of updraft on CR and CROP are analyzed by using a 3D cloud resolution model for a strong storm that occurred in Beijing on 6 september 2008. The results show that updraft both promotes and inhibits RNCL at the same time. (1) Updraft always has a positive influence on CR. The correlation coefficient between the updraft volume and CR can reach 0.96. Strengthening of the updraft facilitates strengthening of RNCL through this positive influence. (2) Strengthening of the updraft also promotes reinforcement of CROP. The correlation coefficient between the updraft volume and CROP is high (about 0.9), but this promotion restrains the strengthening of RNCL because the strengthening of CROP will, most of the time, inhibit the increasing of RNCL. (3) Additionally, increasing of ORCP depresses the strengthening of RNCL. In terms of magnitude, the peak of ORCP is equal to the peak of CR. Because precipitation mainly appears after the lightning activity finishes, the depression effect of ORCP on RNCL can be ignored during the active lightning period.     

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。     

基于人工引雷的粤港澳闪电定位系统性能评估

利用2014—2019年中国气象局雷电野外科学试验基地广州从化人工触发闪电试验所获资料,评估粤港澳闪电定位系统(Guangdong-Hongkong-Macau Lightning Location System,GHMLLS)性能,结果表明:GHMLLS对人工触发闪电和回击的探测效率分别为96%(48/50)和88%(233/265),回击位置定位误差的算术平均值、几何平均值和中值分别为279 m,193 m和202 m。对于触发闪电的回击过程,GHMLLS探测的回击电流峰值(I_LLS)全部偏低,与通道底部雷电流峰值的直接测量结果(I_DM)相比,I_LLS的相对偏差平均值(中值)为-37%(-36%),但I_LLS和I_DM相关系数为0.93,存在显著正相关关系(达到0.01显著性水平);截距为0的线性拟合结果表明I_LLS与I_DM存在65%的比例关系,利用该系数校正I_LLS,结果的相对偏差绝对值的平均值(中值)为15%(12%)。GHMLLS有对应定位记录的233次触发闪电回击中,16次定位结果为云闪,判别正确率为93%。被误判为云闪的回击的I_DM更低,可用于定位的站点数量更少,定位误差更大,I_LLS的精度更低。     

一次强降水天气过程的雷暴及闪电活动特征分析

利用雷达、地闪定位系统、电场观测等资料,结合天气观测记录,分析了北京及周边地区一次强降水天气过程的雷暴及闪电活动特征.结果表明:当日在分析区域内主要两种不同类型的雷暴天气,其中北京西北山区的雷暴多是局地的强对流引起,并产生了大量的地闪,而西南平原地区的雷暴多是系统雷暴,产生的地闪较少.北京城区的雷暴过程是由市区附近发展...     

低频电场变化探测阵列建设及其初步运行结果

在低频(LF)和甚低频(VLF)频段探测全闪活动是近年来闪电探测技术发展的一个重要方向.中国气象科学研究院于2014~2015年在广州地区建设了由9个快电场变化测量仪构成的低频闪电电场探测阵列(Low-frequency E-field Detection Array,LFEDA).本文介绍了LFEDA构成以及针对闪电低频电场信号建立的闪电定位算法,基于蒙特卡罗法和人工触发闪电试验对LFEDA的定位精度和探测效率进行了理论模拟和客观评估.前者表明站网中,具有较长基线的定位站有助于改善垂直于该基线方向的水平定位精度和沿着该基线方向的高度定位精度.后者表明LFEDA对触发闪电事件和回击的探测效率分别为100%和95%,回击平面定位误差平均值为102m.定位结果与雷暴结构的对比分析表明,闪电脉冲放电事件与反射率柱所表征的对流特征较强区域有较好对应,脉冲放电事件在垂直方向上呈现合理的分布.此外,通过单次云闪、地闪的定位结果发现,LFEDA能够描绘闪电发展形态,基于三维定位结果获得的云闪初始阶段垂直发展速度以及地闪先导垂直发展速度变化趋势与之前观测结果类似,研究结果表明,LFEDA具备了全闪电三维定位能力,为闪电发展特征研究以及雷暴电学研究提供了新的技术手段.     

二氧化钛纳米颗粒对序批式反应器中活性污泥胞外聚合物产量及其组分的影响

研究了二氧化钛纳米颗粒(TiO_2 NPs)浓度变化对序批式反应器(SBR)性能及活性污泥胞外聚合物(EPS)特性的影响。结果表明,TiO_2 NPs浓度为0~5mg/L时SBR对COD平均去除率高于91.07%,但TiO_2 NPs浓度为10~60mg/L时对SBR对COD的去除产生轻微抑制。NH_4~+-N平均去除率在整个运行过程中均高于98.10%,表明TiO_2 NPs浓度小于60mg/L时对SBR中硝化过程没有影响。磷去除率随着TiO_2 NPs浓度从0mg/L增加到5mg/L而逐渐降低,随后在TiO_2 NPs浓度从10mg/L增加到60mg/L过程中出现了逐渐升高的趋势。活性污泥中松散附着EPS(LB-EPS)和紧密附着EPS(TB-EPS)产量随着进水TiO_2 NPs浓度从0 mg/L增加到60 mg/L而逐渐增加。LB-EPS和TB-EPS中蛋白质(PN)和多糖(PS)含量随着TiO_2 NPs浓度增加而增加。LB-EPS和TB-EPS的三维荧光(3D-EEM)光谱中代表芳环蛋白类物质、色氨酸蛋白类物质、胡敏酸类物质和富里酸类物质的荧光峰在不同TiO_2 NPs浓度下或增加或消失,且荧光峰位置和强度也发生了相应变化。LB-EPS和TB-EPS的傅里叶红外(FTIR)光谱中不同吸收峰的强度随着TiO_2 NPs浓度变化而变化,表明TiO_2 NPs对活性污泥中LB-EPS和TB-EPS的蛋白质和多糖中C=O键和C-H产生了影响。     

东亚和西太平洋闪电时空尺度及光辐射能

利用2002—2014年的TRMM/LIS（Tropical Rainfall Measuring Mission/lightning imaging sensor,热带测雨卫星/闪电成像仪）闪电观测数据分析了18°~36°N和70°~160°E范围内闪电尺度和光辐射能空间分布特征,并选取6个区域（区域1~6）,探讨09:00—14:00（地方时,下同）和18:00—次日06:00两个时段闪电上述属性的逐月变化和参数分布特征。研究指出:闪电空间尺度和光辐射能在深海最大,次之为近海和陆地,持续时间在中国东部近海最大,次之为深海和陆地。不同闪电属性大值分布区域差异明显,小值则分布在区域1和区域2。多数区域分析时段内闪电空间尺度和光辐射能的逐月变化趋势较一致,陆地上它们与闪电活动逐月变化的反向对应关系较明显。分析时段内闪电时空尺度和光辐射能均呈对数正态分布,陆地闪电各属性值比海洋闪电更向小值方向集中。在LIS观测性能较高的18:00—次日06:00,各区域内闪电持续时间中值为0.18~0.29 s,通道延展距离中值为12~21 km,光辐射能中值为0.11~0.52 J·m-2·sr-1·μm-1。分析时段内闪电空间尺度与光辐射能的相关性明显优于它们与持续时间的相关性。     

雷电临近预警方法和系统研发

为满足高速发展的现代社会对雷电预警预报气象服务日益增加的需求,中国气象科学研究院研发了雷电临近预警系统(CAMS_LNWS).CAMS_LNWS采用了多资料、多参数和多算法集成的雷电临近预警方法,能够综合利用雷达、卫星、闪电监测系统、地面电场仪和探空仪等的观测资料,参考天气形势预报产品和雷暴云起电、放电模式运行的结果,结合区域识别、跟踪和外推算法与决策树算法,自动生成雷电活动潜势预报结果和雷电临近预警结果,并提供多种形式的雷电临近预警产品,以满足不同的应用需求.该系统人机界面友好,参数接口丰富,简单易用,有利于在各地区的推广应用.同时该系统采用了模块化的结构设计,具有灵活的扩充性,便于今后对预警方法的不断升级和改进.