云南2020年4-6月区域性气象干旱特征和成因分析

基于2020年云南125个站逐日MCI指数和区域性气象干旱过程监测评估标准,分析了4-6月区域性气象干旱的时空分布特征,并从高低层大气环流分布研究了其发生的成因。研究表明:(1)2020年4-6月发生了两次区域性气象干旱过程,一次是4月1-25日云南西南部有重度以上强度的气象干旱,另一次是5月9日至6月30日全省性、持续时间长的严重气象干旱。(2)2020年4月1-25日500 hP高度场在乌拉尔山和东亚东部为低压槽区,巴尔喀什湖至贝加尔湖一带为高压脊区,在中高纬度形成“负-正-负”波列,有利于西伯利亚冷空气堆积南下影响云南,但低纬度地区为带状正异常高度场控制,云南区域700 hPa风场为南风异常,所以冷空气主要影响云南东部。低纬度地区阿拉伯海-孟加拉湾-南中国海高度场偏高,不利于西南暖湿气流向云南输送,云南区域70%的水汽输送轨迹来自西风带。因此云南西部降水偏少、气温偏高,发生了区域性气象干旱过程。(3)5月9日至6月30日南亚高压季节性转换偏晚,孟加拉湾区域季风环流建立偏迟。季风建立前,云南区域水汽输送轨迹均来自西风带,比湿以负距平为主。季风建立后,云南区域水汽输送轨迹97%来自印度洋,比湿以正距平为主,但500 hPa中高纬度环流分布不利于冷空气南下影响云南,同时云南区域为10 gpm以上正距平的高度场控制,下沉运动加强,水汽输送与辐合上升运动对应关系不好,所以发生了全省大范围的气象干旱。

内蒙古阿拉善盟雷暴天气特征分析及其防灾减灾措施分析

雷暴相对于其他灾害性天气,在时间上的分布呈现瞬时性和季节性,空间上的分布呈现离散性、局地性,破坏性极大。社会科技进步,雷暴引起的灾害日益增多,特别是内蒙古阿拉善盟地区,雷暴气候问题不容忽视。为加强对雷暴灾害的监控与预测,减少灾害损失,保障人们的生命和财产安全,应对此开展研究。以内蒙古阿拉善盟地区为例,分析了雷暴天气特征,探讨了雷暴天气防灾减灾措施,以实现对雷暴天气的有效预防与处理。

江苏雷暴大风双偏振雷达特征统计分析

利用双偏振雷达、地面自动站、闪电定位仪、探空等资料对江苏2012—2022年262次雷暴大风过程的环境参数和2020—2022年41个导致雷暴大风的对流风暴演变特征进行分析。结果表明:(1)雷暴大风发生在大气层结不稳定背景下,850 h Pa和500 h Pa温差中位数超过25°C,对流层中层存在干层;春季动力条件较好,0~6km垂直风切变中位数达到18.4 m·s^(-1),是夏季的2倍;夏季能量条件较好,CAPE平均值可达2 491.0 J·kg^(-1),而春季仅为977.5 J·kg^(-1)。(2)凝练和定量验证了基于双偏振特征量的雷暴大风风暴演变的概念模型:对流风暴的生命史分为3个阶段,初生阶段存在较强的Z_(DR)柱,Z和K_(DP)较弱且未及地;发展阶段K_(DP)柱显著增强,Z_(DR)柱稍有减弱;雷暴大风发生阶段Z、Z_(DR)和K_(DP)核心高度均明显降低。因此,较强的Z_(DR)柱,并伴随显著增强的K_(DP)柱是雷暴大风发生的前兆信号。(3)统计获得双偏振特征量预警指标:初生阶段和发展阶段多数分别发生在雷暴大风发生前60 min和前20 min;在0~2 km的高度上,3~4 d B的Z_(DR)大值区提前10~15 min到达雷暴大风站点。

长江中下游地区夏季降水年际差异的多尺度分析

基于中国气象局(CMA)提供的降水站点观测数据和ECMWF提供的ERA5再分析数据集,通过尺度分离方法,对降水率进行定量诊断,探究了长江中下游地区1980—2020年夏季降水年际差异形成的多尺度特征。结果表明该区域降水呈现显著的天气尺度(小于10天)和次季节主导周期(10~30天以及30~60天)。通过定量诊断背景尺度(大于60天)、季节内尺度(30~60天)、准双周尺度(10~30天)和天气尺度(小于10天)变量之间的相互作用,发现长江中下游地区夏季降水主要决定于背景水汽、背景风和天气尺度风,并且降水强年背景环流贡献最大,降水弱年天气尺度扰动贡献更大。针对长江中下游地区的两个降水大值中心进行了进一步的分析,发现长江中游平均降水更多依赖于天气尺度扰动,下游降水更多依赖于背景环流。在长江中游降水强年,西北太平洋副热带高压更加西伸,且强度更强。在次季节尺度两个降水大值中心也存在较大差异,下游地区30~60天振荡更为显著,尤其表现在降水偏强年份。

三亚市雷暴气候特征统计分析

利用1981—2013年三亚市逐日雷暴观测数据,对海南三亚地区雷暴变化规律进行分析。结果表明,1981—2013年三亚市年平均雷暴日数为57.2 d,频发时段在5—10月,年际变化特征显著,年雷暴日以6.584 d/10 a的速率在减少;雷暴日年变化具有单峰型特征,5月雷电活动逐步增多,雷电活动高峰期出现在6月、8月;夜间及午后2个时段时雷暴活动的强势期,降水和气温两个要素与雷电活动具有高度的正相关性。研究结论可为做好雷电灾害天气预测预警、有效开展气象防雷减灾等工作提供科学依据,为进一步研究三亚市雷暴的形成机理奠定基础。

贵州“雷击村”雷击事件调查分析及防御措施

通过对贵州省黄平县一碗水乡的“雷击村”(长龙湾村)雷击事件进行现场走访和实地调查,结合当地的气象特征、地形地貌,调取当时的气象历史资料进行研究分析,找到了“雷击村”雷击事故发生和雷电多发的原因:当地春季受西南热低压影响,水汽抬升凝结易形成局地的雷暴天气;夏季受东南和西南暖湿空气的共同影响,加上地形作用触发了局地雷暴天气。通过总结该地区雷电灾害发生的一般规律和特征后,结合当地实际情况提出了几点针对性的防御措施和建议,旨在有效保障当地人民群众的生命财产安全,增强农村的雷电灾害防御能力。

山东一次典型持续冰雹过程的闪电活动和雷达特征分析

2020年6月1日下午至夜间,山东部分地区出现降雹天气,利用卫星和雷达以及闪电探测资料详细分析此次降雹过程的闪电和雷达参量特征。结果表明:(1)鲁北和鲁中雹暴闪电活动的主要差异为:鲁中雹暴的对流强度强于鲁北雹暴,其正地闪比例和正地闪平均强度明显高于鲁北雹暴。其相同特征为:在开始阶段正地闪比例和云闪占总闪电的比例较高;在地面降雹开始之前总闪电频数均出现跃增,其峰值提前降雹6~18 min,同时云闪表现更加活跃;地面出现降雹之后,云闪频数快速下降,地闪占总闪电比增加,甚至超过50%。(2)雹暴的闪电活动均发生在云顶温度小于-50℃的云区内,且密集出现在云顶温度小于-60℃的范围内。闪电主要发生在30 dBZ以上回波区域,密集的云闪对应强对流区,表明云内垂直运动剧烈。负地闪与差分相移率KDP>0.5 (°)·km-1和差分反射率ZDR>2.0 dB的区域对应关系非常一致,表明负地闪与强降水区密切相关。雹暴回波穹隆区的ZDR值较高、零滞后相关系数(Cc)值较低,很好地指示了上升气流区。较高的水平反射率因子(ZH)和较低的Cc以及较低的ZDR区域对应冰雹粒子区域。闪电很好地对应于云内霰、湿雪、冰雹、干雪等大的冰相粒子区。(3)0℃以上ZDR≥1.0 dB的体积、ZH≥30 dBZ的体积、ZH≥30 dBZ的冰水含量与总闪电频数的时间演变趋势基本一致,其与总闪电频数的相关系数分别为0.756、0.780和0.710,进一步证实大的冰相粒子在起电过程中发挥着主导作用。

贵州中北部一次冰雹和雷暴大风过程综合诊断

2021年5月15日贵州省中北部发生了一次以冰雹和雷暴大风为主的强对流过程,最大瞬时风速达到44.3 m∙s^(−1),最大冰雹直径达到40 mm。基于MICAPS常规气象观测资料、欧洲中心ERA5逐小时再分析资料和多普勒雷达资料,对本次过程的天气系统配置、物理量场和雷达回波特征等进行综合诊断。结果表明:(1)500 hPa高原槽东移,槽后冷平流推动低层切变线南压,配合地面冷锋和辐合线活动,触发了本次强对流天气。(2)过程前后,贵州省中北部呈“上干下湿”和“上冷下暖”的结构特征,中低层西南急流带来充足水汽,K指数、△T(850~500)hPa显示大气层结呈较强不稳定状态,此外还有中等偏强的垂直风切变、适宜的0℃和−20℃层高度,整体表现为有利于冰雹、雷暴大风发生发展的环境。(3)雷达回波特征显示,午后地面辐合线附近多个雷暴单体生成发展,回波由团状变为弓状,高质心、高伸展且50~60 dBZ回波接地,表现出有界弱回波区、回波悬垂和前后向的V型槽口等特征,形成大冰雹和极端雷暴大风;夜间雷暴单体先分裂再弥合,强度减弱,形成层状云和积状云的混合云团,雷暴大风和短时强降水天气发生。

雷电定位监测预报技术研究

雷电潜势预报是雷电灾害预警预报的重要基础。通过构建雷电系统框架结构,从基础算法、数据采集模块建立、数据处理的角度,设计一套针对闪电雷电定位监测的系统结构。该技术对预防雷电灾害、保障煤矿电力安全有着重要价值。

阿勒泰地区地闪时空分布特征及影响因素分析

为更好了解近年来阿勒泰地区地闪的时空分布特征及其影响因素,利用阿勒泰地区2013-2021年的地闪定位监测资料、气象参数和DEM高程等数据,采用反距离权重法、皮尔逊相关性分析等方法,对阿勒泰地闪进行分析。结果表明:年平均负地闪比例为89.03%,年平均白天地闪所占比例为64.48%。正地闪、负地闪、总地闪频次月变化均呈单峰型。总地闪、负地闪频次日变化整体呈M型。总地闪频次主要发生时段为14-18时。阿勒泰地区正地闪、负地闪频次百分比都呈单峰型,且均在20~40 kA达到顶峰。阿勒泰地区北部为地闪密度高值区。地闪频次、地闪电流强度与海拔高度通过了显著性检验。地闪频次与平均气温、平均相对湿度、降水量、2 min平均风速均通过了显著性检验。

一次雷暴回波短带产生强天气的特征分析

为了研究雷暴回波短带在强降水和雷暴大风事件中的特征,使用地面气象要素、闪电信息、MICAPS天气图、雷达拼图等资料,对2023年5月17日江西中北部出现的雷暴回波短带进行分析,结果表明:1)雷暴回波短带发生在200 hPa“出流区”、500 hPa槽前西南气流低涡发展、850 hPa低涡切变线西南气流大气环流中,地面低气压和辐合线发展,为午后雷暴回波短带的形成提供了触发机制。2)雷暴回波短带在雷暴发展初期,通常呈现出不是很强的回波和较弱的闪电活动;在低涡回波团后侧地面辐合线附近发展。随着时间的推移,回波强度快速增强发展,闪电开始增多。3)雷暴回波短带特征包括回波强度较强(50~55 dBZ)、回波顶较高(10~12 km左右)、回波带较短(相比冷锋回波带和飑线回波带),影响区域较小,持续时间较短和短带上回波单体强度分布不均匀等。4)强降水的垂直积分液态水含量(VIL)在20~25 kg/m^(2)附近,而一般降水的VIL都在10 kg/m^(2)以下。因此,在雷暴天气监测和预报中需要综合多种资料分析,以更好地预测强降水和雷暴大风事件的发生。

大范围暴雨发生前一次局地极端大风天气分析

2022年6月26日13:00~17:00,临沂市出现大范围偏南大风,14:15郯城县高峰头镇最大瞬时风速达37.2 m/s(13级)。利用多源气象资料,重点探讨了出现极端大风的可能原因。研究表明:(1)此次极端大风天气发生在深厚的暖湿平流背景下,低层和地面的辐合提供了触发条件。(2)强降水和冰雹的共同下沉拖曳作用是产生极端大风的启动机制。(3)中层明显偏干且近地面近似干绝热层,有利于风暴中层夹卷,同时降水下沉拖曳启动后降落到低层后还会进一步蒸发,导致地面温度骤降、气压涌升,强烈的冷池外流造成了地面的极端大风。(4)被夹卷进下沉气流中的环境空气(偏南气流)在下降到地面附近的过程中将一部分南风动量带到地面附近,加强了偏南大风。

基于双偏振多普勒雷达的一次强雷暴特征分析

利用阜阳S波段双偏振多普勒雷达和闪电定位系统资料分析2021年6月13日发生在阜阳市境内的一次强雷暴过程特征;将闪电定位仪探测的闪电频次与双偏振多普勒雷达的偏振参量进行匹配分析,并采用插值算法绘制雷达回波偏振产品剖面图,分析回波偏振参量的垂直分布特征与闪电的关系,进一步研究阜阳地区的雷暴特征。结果表明:闪电频次与水平反射率因子(Z_(H))有较好的相关性,相关系数达0.78;有闪电时的Z_(H)、差分反射率因子(Z_(DR))、差分相移率(K_(DP))平均值均大于无闪电时。闪电发生时的Z_(H)达40 dBZ以上,且强回波突破-10℃高度层以上,Z_(DR)、K_(DP)在-10℃层为较小的正值或局部的负值;0℃层以下Z_(DR)和K_(DP)值均较高,其大值区出现在风暴前侧入流区。

昆明长水机场两次静止锋雷暴过程对比和保障难点分析

运用常规探空观测资料、风廓线雷达和多普勒雷达资料对2019年8月13-14日和2020年6月13-14日两次典型的静止锋雷暴天气和保障过程进行对比分析。两次天气均是昆明准静止锋配合500hPa槽后西北气流和700hPa切变线南压的过程,不同之处在于2019年8月13-14日700hPa本场处于滇中槽前,而2020年6月13-14日位于西太平洋副高西南侧东南气流控制。二者的区别也造成了航班影响状况的不同,前者是锋面从东北面过境先后造成本场和五边延长线雷雨,后者是锋面迅速过境后首先造成五边延长线长时间雷雨覆盖,然后随着锋面的北退才造成本场雷雨,与前者影响顺序正好相反,且两次过程主要影响的时段都是每日0-2点的回港小高峰。

西安一次“雷打雪”天气过程分析

利用综合气象要素、多元融合实况格点产品、探空资料、雨雪相态和雷达特征的结果,分析了2023年11月11日发生在西安地区的1次“雷打雪”天气过程。结果表明:该过程是在冷暖空气交汇的典型天气形势下发生的,伴有雷电,预报难度较大。降雪过程发生在有利的天气形势下,包括西南暖湿气流和低槽东移,提供了充足的水汽和动力条件。中低层湿度条件良好,为降雪过程提供了足够的不稳定能量,随着冷空气侵入,冷垫逐渐增厚。雨雪相态转换复杂,受多种因素影响,出现了雨、雨夹雪和湿雪等降水相态。雷达特征显示降水初期回波分散,后期逐渐增强,降水粒子较小且分布不均匀,-10℃层高度冰相粒子浓度较大,可能是雷电形成的机制之一。

“12·14雷打雪”过程的闪电特征及成因

2023年12月14日在山西和河北南部、河南北部、山东西部出现一次大到暴雪过程,并伴随频繁的闪电活动。利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)资料以及闪电、大气电场仪、双偏振多普勒天气雷达等观测资料对此次“雷打雪”天气过程进行详细分析,得到以下研究结果:(1)此次“雷打雪”是一次明显的高架对流天气过程,低层一直存在逆温层,850~600 hPa为显著的暖湿平流,925 hPa以下近地面东北风形成的“冷垫”楔入到条件性对称不稳定层结下方,抬升暖湿空气,触发对流天气,释放不稳定能量,产生较强的上升运动。(2)降雪过程的雷电活动比较活跃,闪电频数高达99次·(10 min)^(-1),云闪和地闪比例为1.7∶1,正地闪的占比为19.4%。此次“雷打雪”天气过程的闪电空间分布和走向与强降雪落区表现出良好的一致性,闪电密集区域对应强降雪区域,74%的暴雪站周围30 km范围内出现闪电,100%的大暴雪站周围30 km内发生了闪电。(3)高空正K_(DP)区域与地面降水率的增大密切相关。总闪电与6 km等高层雷达回波的空间一致性很好,基本分布在大于20 dBZ的云区内,闪电落区的回波顶高几乎都在5 km以上。雷达发现在5~8 km的高度范围出现Z_(DR)和K_(DP)的正值区,揭示云内存在明显的垂直上升运动和过冷却液态水,存在良好云内起电条件,结合地面电场观测资料和闪电资料,推测此次降雪云系的电荷结构为上正下负的电荷结构。

湖北雷暴阵风锋特征及其对流触发作用分析

基于2016—2021年湖北多普勒雷达及加密自动气象站资料,对湖北雷暴阵风锋特征进行分析。结果表明:(1)湖北阵风锋主要出现在6—8月,占总数的96%,其中8月最多;一天中主要发生时段为15:00—18:00(北京时,下同),峰值在17:00;大多数阵风锋持续时间为1.5~3.0 h;产生阵风锋的母雷暴中35%为多单体雷暴,40%为多单体雷暴群,25%为飑线。(2)阵风锋主要有5个生成区域,分别为省外、鄂东北、江汉平原、鄂西北的襄阳和鄂西南的宜昌,相同区域生成的阵风锋移动方向有较好的规律性。鄂东北生成的阵风锋最多,占总数的33%。(3)不是所有母雷暴及其阵风锋都能引发地面大风,69%的母雷暴和9%的阵风锋产生的地面极大风速大于等于17.0 m·s^(-1)。在多单体和多单体雷暴群中,母雷暴的回波强度越强,母雷暴及其阵风锋产生的地面大风概率越大,阵风锋产生的地面风速强度与其回波强度、空间尺度关系不大。(4)阵风锋有较强对流触发能力,91%的阵风锋在其后部、附近和前侧触发对流单体。母雷暴与其阵风锋反馈作用不同,对流触发与阵风锋的相对位置有差别,正反馈型大多在阵风锋后部触发对流,负反馈型在阵风锋后部、附近和前侧均可触发对流,29%的触发对流回波强度大于等于55 dBZ。35%的阵风锋与周边已有雷暴合并发展形成合并型阵风锋,此型在鄂东北发生次数最多。

雷暴电场对LHAASO观测面宇宙线次级光子的影响

LHAASO实验利用到达探测器的宇宙线次级粒子来获取原初宇宙线信息,而次级粒子中成分最多的是光子.雷暴期间,大气电场会影响次级带电粒子,进而改变地面光子信息.本文利用Monte Carlo方法,模拟研究了近地雷暴电场对LHAASO观测面次级光子的影响.模拟中使用了一个厚度均匀、方向垂直于地面的电场模型.结果表明,雷暴电场中光子的数目和能量变化显著,且依赖于电场强度.当电场为-1000 V/cm时,光子数目增加23%,能谱变软,当能量小于2 MeV时,数目增加超过29%.当电场为1700 V/cm时,光子数目呈指数增长,达到279%,能谱相较于-1000 V/cm变得更软,当能量小于2 MeV时,数目增加超过361%,符合相对论电子逃逸雪崩机理.这些变化主要源于电子被大气电场加速,数目增加(-1000 V/cm中增加65%,17000 V/cm中增加992%),能谱变软.同时,高能自由电子通过轫致辐射产生光子,导致光子的数目和能量也发生变化,且变化趋势与电子的一致.本模拟结果有助于理解雷暴期间LHAASO实验数据变化特点,并为大气电场加速宇宙线次级带电粒子的物理机制提供信息.

基于三种聚类算法的雷暴系统识别效果对比研究

为了评估不同聚类算法对雷暴系统的识别效果,进一步提高雷电临近预报能力,本文采用地闪定位数据和雷达反射率数据,利用基于密度的空间聚类(Density-Based Spatial Clustering of Application with Noise,DBSCAN)、快速搜索和查找密度峰聚类(Clustering by Fast Search and Find of Density Peaks,CFSFDP)以及改进的快速搜索和查找密度峰聚类(Ex-tended Clustering by Fast Search and Find of Density Peaks,E_CFSFDP)三种聚类算法,对2018年9月21日19∶15—20∶57(北京时)发生在(114°—117°E、27°—30°N)区域的一次雷暴过程进行了聚类识别计算,探讨了三类聚类算法在雷暴系统识别中的差异。结果表明:(1)DBSCAN算法在地闪数据分布清晰且不同数据簇之间有显著距离间隔时,分类识别的准确率较高;当各个闪电数据簇的簇间距离或密度相差很大时,分类识别的准确率较低;(2)地闪数据“无密度峰值”分布时CFSFDP算法会分裂出错误类,每个闪电数据簇仅具备唯一的密度峰值点是CFSFDP算法识别准确的前提条件;(3)E_CFSFDP算法解决了CFSFDP算法的“无密度峰值”问题,受地闪数据分布影响较小,因此基于E_CFSFDP算法的雷暴系统识别准确率明显高于DBSCAN和CFSFDP算法。

中国南方地区闪电活动特征

利用活动目录拓扑图(ADTD)闪电定位数据,结合地形高程数据统计分析中国南方地区的闪电时空分布特征,重点分析地形差异下的闪电活动特征、峰值变化及其季节性变化。统计分析发现,中国南方地区闪电夏多冬少,季节交替对闪电峰值时刻影响较小,主要分布在14时(北京时,BJT)至16时附近。中国南方地区地形高程变化较大处附近闪电峰值时刻会出现在0时左右,可见地形对闪电活动数量亦有影响。