大气电场的FFT频谱分析及雷暴预报研究

采用傅里叶变换方法将时域数据转换到频域,针对首次地闪发生(简称“雷暴天气”)和首次地闪不会发生(简称“非雷暴天气”)的大气电场强度数据做了幅度谱分析.研究发现,首次地闪前0.5h的大气电场数据与非雷暴天气中任意时段0.5h的大气电场数据的幅度谱分布具有明显差异,两类天气的幅度谱分布有一定规律可循.在此基础上对样本整理分类,将两类天气的平均幅度谱视为判别标准,利用欧氏距离判别法,对63个未知天气样本进行判别分类和效果检验,结果表明,此方法可供短时临近的首次地闪预警工作中予以参考.     

基于气象卫星观测资料的雷电预报指标研究

本文利用风云二号静止卫星获得的红外通道观测资料相当黑体温度TBB,对南京及其周边地区2009-2010年出现的16次雷暴天气过程进行了研究。结果表明：雷暴云中心冷云顶降温率达到10°C／h,并且冷云顶亮温TBB在-33℃以下时,雷暴云中会有闪电发生;雷暴云中心冷云顶到对流云区边界的温度梯度达到0．65°C／km是雷暴得以快速发展加强重要指标;各种参数指标相互配合可以为雷电预报提供有力的理论依据。     

雷达资料时间循环同化应用于闪电落区等研究初探

为研究夏季雷暴天气条件下的对流、降水、闪电的发展过程,有效使用高时空分辨率的遥感手段,如多普勒雷达、闪电定位仪等,利用中尺度数值模式ARPS及敏感的数据同化系统ADAS将VCP21模式下每6 min一次的雷达基数据资料进行时间循环同化,模拟得到相对可靠的三维空间、每10 min输出一次的对流云初步性态描述信息;进而结合目前公认的感应及非感应起电机制,通过云中电场强度与同化得到的云内相态模拟资料之间粗略微分关系,设定放电阈值,初步得到放电主要落点等信息;把本次模拟结果与江苏省闪电定位系统(LLS)实测资料做了对比,发现二者具有一定的可比性:(1)实测30 min内共有78次闪电,感应起电机制下共模拟出40次,非感应起电下有76次且首发时间较早。这也说明了非感应起电机制更易于雷暴云内电荷的衍生;(2)30 min内两种机制下模拟得到雷电发生的主要位置差别不大,和实测基本一致。     

浙江和甘肃两地区地闪特征的初步对比分析

利用浙江和甘肃两地区地闪活动的闪电定位资料,对两地地闪的时间变化规律和强度分布及其差异进行了对比研究.结果表明,两地闪电活动的月变化、日变化以及强度分布差异较大,浙江地区正地闪占总地闪的比例及夜间地闪所占的比例均小于甘肃地区,浙江地Ⅸ地闪频数在6～8月较多,甘肃地区地闪频数在7～9月较多,浙江地区地闪日变化中总地闪达到峰值的时间比甘肃地区要早,而正地闪达到峰值的时间较为一致;最后,将地闪活动与大气不稳定因子(CAPE)结合讨论,对比分析发现夏季杭州附近的CAPE平均值比兰州附近的大,但地闪活动频数对CAPE变化的敏感性要比兰州附近的小.而造成两地地闪活动差异的原因可能与两地不同的地理条件及雷暴产生系统有关.     

探空气球漂移位置订正在MM5模式中的应用研究

通过对模式MM5V37中客观分析系统加以改进,并采用包含有实际探空气球在各个气压层上精确的经纬度信息的新型探空资料,加以研究探空资料随高度的漂移对高分辨率中尺度数值模式MM5V37的影响。通过对一次层状云降水个例的模拟可看出:位置订正所带来的初始场差异在低层较小,高层较大,且在500 hPa以上较明显;位置订正对模拟的气象要素场的修正有明显的正面效果,对强降水天气系统的反映比较敏感;模拟结果对于雨区分布和强降水中心的位置有较大改进;位置订正后的评分总体优于不加探空和不加漂移的评分,随着模式分辨率的提高,位置订正后对小量级降水的模拟效果欠佳,但对大量级降水的模拟效果较好。     

黄河上游河曲地区对流云催化增雨的数值模拟研究

应用中国科学院大气物理研究所开发的三维对流云模式,对青藏高原河曲地区强对流云的催化增雨效果及催化云的动力特征、微物理机制进行了模拟研究.模拟结果显示:黄河上游河曲地区的对流云具备一定的催化潜力.如果催化时机、部位选择适当,降水总量增加有望达到30%～50%,催化所产生的动力效果比较显著.催化剂的加入使得云中凝华潜热释放量增加,上升气流加强,云顶升高,云水平尺度也有所加大,地面降水区域扩大,降水时间延长.由于云中冰晶大量生成,导致过冷云水、雨水减少,暖雨过程迅速减弱,云中霰和冻滴量增多,其融化过程加强引起的降水增加远远超过了暖雨量的减少,总的增雨效果比较显著.敏感性实验表明,催化高度对增雨效果的影响最为显著,高于某一催化高度,有可能产生增雨防雹的好效果;低于某一催化高度,则会在防雹的同时使地面降水减少.对流云早期催化的增雨效果较好.一定范围内催化剂量的变化对增雨量影响不大,小剂量催化也有可能达到较好的增雨效果.     

黄河上游地区强对流云特征的模拟分析

利用中国科学院大气物理研究所发展的完全弹性三维积云模式,对相似天气背景下黄河上游及渭北地区的强对流云的宏微观特征进行了数值模拟对比研究,并与相应的雷达回波及地面观测资料做了比较分析.模拟结果表明,模式对黄河上游玛曲和渭北地区旬邑的强对流云结构和降水均有很好的模拟能力.与旬邑相比,玛曲零度层低,云底温度低、比湿小,为冷云过程.云中雨水含水量极低,冰晶出现早,维持时间长.云中上升气流弱,对流云发展浅薄.地面降雨量相对较小,固态降水所占比例大,霰为主.霰胚对冰晶的碰并增长是地面软雹的主要来源.旬邑冰雹主要来源是霰,但冻滴也占了一定比例.霰融化是玛曲雨水的最重要来源.而冻滴融化对旬邑雨水的贡献最大.     

GPS水汽含量自动处理系统的研究及应用

随着北京全球定位系统(GPS)综合网的建设,以及地基GPS水汽反演技术的不断成熟,建立实时GPS数据下载和水汽自动处理系统,可提供气象科学研究所需的数据资料,为地基GPS气象学的业务化提供技术支持。本文介绍地基GPS反演水汽的基本原理及北京市GPS综合网的水汽含量自动处理系统,并利用该系统对2004年7月10日北京的一次强降水过程的大气水汽含量进行了反演。结果表明:在暴雨发生前3~4小时左右,GPS测量的气柱水汽含量在两小时内突增了6-7mm,很好地预示了其后的降水过程。可见该系统反演的全天候大气水汽场,可为准确监测和预报突发性强降水提供有意义的指标。     

黑龙江省闪电活动及与降水、气温相关特征分析

利用2006—2008年国家雷电监测网数据库中黑龙江省闪电监测资料,结合自动站资料,采用统计分析方法对黑龙江省闪电的时空分布特征、强度分布及闪电频数与月平均降水量、月平均气温的关系进行了分析。结果表明:近年来黑龙江省闪电活动年变化呈增加趋势;夏季地闪活动频繁,冬季很少有地闪发生,地闪日变化大部分呈双峰态势;闪电密度的地区差异十分明显,山区及邻近地区明显大于平原地区,密度高值区位于大兴安岭地区,其中以塔河最高;地闪密度随季节呈明显的纬度变化,春季到夏季有明显的北进过程,而夏季到秋季则呈明显的南退过程;正闪与总闪具有相同的强度谱分布,谱型较负闪略宽;正闪密度强值中心有两个,位于大兴安岭地区,季节移动规律与总闪相似;黑龙江省雷电频数与月平均降水量呈较好的线性相关,与月平均气温呈较好的指数相关。     

全国雷电灾害分析及雷灾经济损失预测

利用中国气象局雷电防护管理办公室编写的《1998-2008年全国雷电灾害汇编》资料,对1998-2008年全国雷电灾害进行了时间、空间、行业分布,经济损失,人员伤亡等方面的统计分析。结果表明:我国近11 a雷电灾害总体上呈增长趋势,每年的6-8月为雷灾的高发期。我国雷灾在地域上的分布主要集中在华南沿海和华东沿海地区。全国雷灾涉及行业最为严重的是电力业。近年来因雷电导致的建筑物损害、供电故障、火灾爆炸事故次数之间的整体比例为9∶5∶3,建筑物损害的事故发生最多,但火灾爆炸事故的经济损失最大。我国近年来所发生雷灾中因雷电致死致伤的人员比例为1∶1。利用上述统计分析结果,运用灰色关联法,预测2009-2012年间我国雷灾直接经济损失年均40591.53万元。