基于R语言的高原地区地闪频次和雷电流幅值特征分析

为探究西宁地区地闪频次与雷电流幅值的关系,利用2013—2017年闪电定位监测数据,运用R语言研究该区域内地闪频次和雷电流幅值变化特征,通过可视化直观展示两者间的相关性,在相关性分析基础上,建立基于地闪频次的小时雷电流幅值回归模型。结果表明,2013—2017年西宁市辖区内小时地闪频次最大为98次,雷电流幅值最大值为138 kA;地闪频次极值点处,雷电流幅值为峰值或在峰值左右;累计时次内的地闪频次和雷电流幅值最大值呈显著正相关,相关系数达0.856(N=29);基于地闪频次拟合的小时雷电流幅值回归模型能够解释观测值73%的方差,模型的模拟效果较好,可用于小时雷电流幅值的预测。但由于样本有限,需要在多资料融合的基础上研究闪电定位监测数据,才能使模型稳定性更强,更深入了解雷电流幅值变化的机制,从而为雷电灾害风险区划和雷电灾害调查提供技术指标,为气象防灾减灾提供决策依据。

不同时间尺度下福建省地闪频次同大气污染物浓度间的相关性研究

本研究利用2017—2018年福建省9个设区城市的地闪资料和环境监测数据,开展了逐季节与逐月份时间尺度下,福建省地闪频次及同大气污染物浓度[包括:二氧化硫(SO_(2))、二氧化氮(NO_(2))、直径小于等于2.5μm、10μm的颗粒物(PM 2.5与PM 10)、臭氧(O_(3))和一氧化碳(CO)]的相关性分析,并筛选出2个人为因素影响较小的环境监测站点,从中选取4个有效雷电天气作为个例,用以探讨地闪发生过程中各大气污染物浓度的逐小时变化趋势。不仅如此,本研究还尝试分析地闪频次与大气污染物浓度间的潜在影响机制。结果表明:福建省地闪频次夏季高、冬季低,在5—9月地闪活动最为活跃,且负地闪频次普遍高于正地闪频次。此外,在季节与月份的时间尺度下,因雷电活动常伴随着降水的湿清除作用,使得地闪频次与PM 2.5、NO_(2)、PM 10、SO_(2)、CO呈负相关,而地闪频次同O_(3)呈正相关则可能由于大气中的电解与光解反应效应叠加大于湿清除作用所导致。在雷电天气个例分析中,并未发现NO_(2)、SO_(2)与CO的浓度变化规律,这或与降水湿清除作用的强弱差异以及在短时间、小面积内无法被立即监测站记录有关。此外,O_(3)在地闪发生过程中呈现逐渐下降的变化趋势,可能因地闪天气伴随着光照强度降低,空气中的光化学反应条件不充分所导致。

包含三次降雹的雹暴过程地闪活动特征分析

为研究雹暴的地闪活动特征,利用地闪资料与3组双雷达探测资料反演的风场,对包含3次降雹的一次雹暴过程的地闪活动特征及其与雹暴动力、微物理条件的关系进行了分析与讨论.主要结果为:(1)整个雹暴过程中发生了3次持续降雹事件,并伴随着3次地闪活动出现峰值,在降雹前地闪频次均有跃增现象.降雹开始后,地闪频次均迅速减少.(2)整个雹暴过程中对应地闪接地位置的0℃层、-20℃层高度的垂直速度范围分别集中在-2-2 m/s和-10-10 m/s.但3次降雹时段的地闪接地位置分别对应-20℃层高度的强下沉气流区附近、强上升与下沉气流区的交界区和弱的下沉气流区.(3)选取的雹暴内最大反射率(Zmax)、-20℃层高度最大反射率(Zmax_-20℃)、-20℃层高度大于40 dBz格点数(Sum(Z-20℃>40 dBz))3个雷达回波参量与地闪频次变化趋势一致,其相关系数分别为0.64、0.64、0.76.选取的对应地闪接地位置-20℃层高度的最大垂直速度绝对值(|W|max-20℃)和-20℃层高度以上垂直速度绝对值大于5 m/s的体积(|V|5 m/s↑-20℃)两个垂直速度参量与地闪频次成正比,且阶段最大值与地闪频次阶段最大值对应,相关系数分别为0.72、0.65.综合考虑动力和微物理影响的可降冰质量通量(F)与地闪频次的相关最显著,相关系数达0.85.整个雹暴过程发展最旺盛的第2次降雹阶段的地闪频次较低,推测强动力过程作用下的电荷结构特征不利于地闪发生.但动力过程在整个雹暴过程中具有正向支配作用,上升气流变化超前于冰晶质量和闪电频次变化,影响着雷达回波变化.

福建省地闪时空分布特征分析

为了给防雷减灾工作提供必要的参考依据，以福建省2007—2011年闪电监测资料及ASTERGDEM高程数据为基础，运用数理统计方法并结合SURFER及ARCGIS软件，详细分析了福建省地闪的时空分布特征。研究表明：正／负地闪活动均在8月最为强烈，负地闪主要集中在5～9月，正地闪在12～3月发生概率较高；一天中，负地闪在13：00—20：00发生最为频繁，正地闪迟于负地闪，并在凌晨存在一小高峰；正地闪强度中位数呈现较为显著的月变化，负地闪则不明显；一天中各时段都以0—37．5kA的地闪为主，但任何时段都可能发生强地闪；地闪密度分布受地形影响较大，受流域分布影响小，地闪密集地带多处于丘陵与平原交接地带；地闪强度中位数在沿海海岛较大；正／负地闪密度及正地闪强度中位数与海拔存在着非线性关系，负地闪强度中位数随海拔变化不明显。

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(|I|<10kA)外,二者基本上呈反相位关系。

包头市雷电活动特征分析

选取包头市国家气象观测站雷暴日观测资料和闪电定位监测资料对包头市雷电活动变化进行分析。雷暴日观测资料选取的是包头市1978—2013年7个国家气象观测站的数据,运用常规数据统计、气候倾向率等方法,对包头市雷暴日数的时空分布特征进行分析。结果表明:近36年包头市雷暴日数总体呈波动减少趋势,其气候倾向率为2.71 d/10年,即每10年雷暴日数减少2.71 d。利用2014—2020年包头地区的闪电(地闪)探测资料进行分析,发现2014—2020年负地闪所占比例为92.46%,平均电流强度为-24.15 kA;正地闪所占比例为7.54%,平均电流强度为51.28 kA。地闪活动主要发生在每年6—9月,约占全年地闪总次数的97.9%,且集中在15:00~19:00。

安徽省皖南山区地闪特征对比分析

利用2011—2013年安徽省ADTD闪电定位系统资料,对皖南山区地闪的发生频次、强度、时间及空间等分布特征进行了分析,并与安徽省的地闪分布特征进行了对比。结果表明:皖南山区地闪发生频次占安徽全省地闪发生频次的28.2%,皖南山区地闪的平均密度为3.21(次/km^2)·a^(-1),明显高于安徽全省地闪的平均密度2.51(次/km^2)·a^(-1)。安徽全省和皖南山区地闪的主要类型为负地闪,6—9月为皖南山区地闪活动频繁期,此时段的地闪发生频次约占全年地闪发生频次的90.8%。皖南山区地闪活动主要集中出现在午后至傍晚,14—17时为雷电活动最频繁时段,与安徽全省闪电日变化特征基本相同。皖南山区地闪电流强度主要集中在10—50kA,在雷电流强度高值区,正地闪比例略增加,皖南山区正地闪平均强度为45kA,负地闪平均强度为36kA,均略低于安徽全省的平均值。

2011-2021年安徽省闪电时空分布特征分析

利用2011—2021年安徽省地闪资料,对全省闪电时空分布特征进行统计分析。结果表明:负地闪为安徽省地闪主要类型,占地闪总数的94.02%,每年5—9月是闪电活动高发期,8月闪电频次最大,但地闪回击电流峰值最小,正地闪比例随总地闪发生次数的减少而增多。日变化特征中,闪电多发时段为14—19时,与强对流天气活跃时段对应,平均地闪回击电流峰值波动相对较小,最大值出现在06时。全省地闪平均密度为1.72次/(km2·a),空间分布呈南高北低特征,与地闪回击电流峰值分布大致相反。对安徽省总地闪频次进行主成分分析表明,前5个特征向量累计方差贡献达到90.05%,能够全面反映安徽省闪电整体异常结构,全省闪电活动及频次变化趋势基本一致,但南北存在明显差异,空间分布型可划分为全省一致型、大别山区型、江淮东部型、江南江北型和沿淮型,安徽省南部地区的水汽条件、热力条件和触发机制均优于北部地区,更易发生雷暴等强对流天气。

基于DEM数据的长沙地区地形因子与地闪活动关系研究

利用2009—2018年长沙地区地闪定位资料和30 m精度高程数据,通过数理统计、回归分析等方法,分析地闪参数的空间分布特征,建立基于地表因子的单位面积年均地闪回击频次模型、平均电流强度模型。结果表明:地闪回击主要发生在平原和丘陵。随着海拔高度的增加,长沙地区地闪回击频次呈减少趋势,地闪平均电流强度呈上升趋势。电流强度主要集中在25~65 kA,其中发生在平原的地闪占比为77.84%。应用2019年闪电数据对模型进行检验表明,单位面积年均地闪回击频次的模型计算值小于观测值,误差平均值为9.20%;平均电流强度模型计算值偏高,与观测数据之间的误差平均值约为4.40%。

2012-2014年河源市地闪活动特征分析

利用2012—2014年闪电定位探测资料对河源市地闪活动的时空特征进行分析。结果表明：河源市地闪活动高发期在4—9月，5月最为频繁，但后汛期多于前汛期；雷暴活动频次与太阳辐射热力条件关系密切，正、负地闪的最高峰值均出现在15：00-17：00；汛期内，负地闪月强度最大值出现在6月，正地闪月强度最大值出现在4月；正、负地闪强度日峰值均未出现在频次的峰值时段：逐时正地闪和总地闪的平均绝对强度均与频次之间存在显著的负相关关系；正、负地闪和总地闪的密度空间分布均呈南多北少，西多东少的特征，密度最大值也均落在南部紫金的西南角；地闪密度的整体分布受地形的影响较大，受流域分布的影响较小，闪电密集地带多位于山区，在向西、向南的迎风坡一侧一般地闪频发。

SPSS软件在地闪密度空间分布规律研究中的应用

通过详细阐述如何运用SPSS软件对省级或国家级闪电定位系统监测到的市县级地区闪电数据进行经验正交函数或旋转经验正交函数分析,从而深入掌握市县区域内地闪频次的空间分布规律的方法,并与利用Fortran程序进行计算得出的结果对比分析证明运用SPSS软件对地闪频次进行主成分分析的可靠性,为地市级雷电防护工作者对掌握本地区内地闪活动时空分布规律提供了一种简单有效的方法。

2008—2013年晋城市地闪特征分析

以Google Earth高程数据和山西省气象局2008-2013年闪电定位资料为基础,运用Mapgis及Meteo Info软件,对晋城市地闪特征进行了分析。结果表明：地闪中以负地闪为主,正地闪占总闪比例仅为6.5%,并随纬度降低而减小;正、负地闪活动在7月最强,负地闪主要在5-9月发生,正地闪集中在3月和11月;日地闪变化中,负地闪为双峰型,在13：00-17：00与23：00至翌日1：00发生频率最为频繁,正地闪主要集中在15：00-17：00。地闪密度分布受纬度、地形影响较大,多集中于洼地与山区缓冲地带;正、负地闪密度及正地闪强度与海拔存在一定的关系,在高度空间分布上闪电发生频次最多高度为海拔800～1 000 m的区域;地闪强度和陡度的频次呈现对数正态分布。存在2个明显的地闪密度中心,分别在阳城县的偏南地区和陵川县东南地区。

巴彦淖尔市雷电活动特征分析

文章选取巴彦淖尔市国家气象观测站雷暴资料以及闪电定位监测资料对巴彦淖尔市雷电活动变化分析。结果表明:1981—2013年巴彦淖尔地区雷暴日数呈显著减少趋势,2014—2020年地闪频次呈增加趋势。雷电活动季节性特征显著,主要出现在夏季和初秋季,每年5—9月雷暴日数占全年的95%以上。每年11月到次年2月基本无雷电活动。一日中雷电活动一般峰值出现在午后时段,谷值出现在上午,雷电活动主要集中在14—22时。雷电活动空间分布不均匀,北部、中东部雷电活动多于南部和西南地区。正地闪的电流强度明显大于负地闪,正地闪占总地闪的比例平均为15.87%,正地闪在初春和晚秋发生的概率高。了解区域的雷电活动为当地雷电灾害防御、风险评估等提供参考,更好地开展防灾减灾工作。

2014年～2018年内蒙古地区雷电活动及雷电灾害特征分析

利用2014年~2018年内蒙古自治区气象局雷暴资料以及雷电灾害资料,采用常规数理统计分析方法对内蒙古地区雷电天气特征及雷电灾害特征进行了分析.结果表明,近五年内蒙古地区雷电频次总体呈上升趋势,且正地闪发生的概率较高,占总地闪的12%以上;内蒙古地区雷电灾害的时间分布,主要集中在6~8月份,全年其他月份雷电灾害较少,甚至没有雷电灾害发生;雷电灾害的空间分布,雷电灾害的发生频次在东部、中部地区较高,尤其是赤峰市地区雷电灾害发生总数占全区雷电灾害总数的36%,而西部地区雷电灾害的发生次数相对较少.

2019年内蒙古雷电活动分析

基于闪电定位资料,文章对2019年内蒙古雷电活动进行了分析。结果表明:2019年内蒙古雷电活动最频繁的区域出现在兴安盟西南部与锡林郭勒盟东北部的交界地区,地闪密度可以达到21次/km2;内蒙古雷电活动存在明显的季节变化,雷电活动主要集中在5—9月,约占全年地闪总数的97.13%;尽管夏季雷电发生频次很多,但电流强度相对较小,相反的,冬季发生的雷电频次虽少,电流强度却较大。地闪频次的日变化总体呈现单峰型,峰值出现于15—16时;地闪强度平均值的日变化幅度不大。负地闪主要集中在10~30 kA,0~30 kA负地闪的累计概率可以达到65.89%,正地闪主要集中在25~40kA,不同强度区间的地闪频次差异不显著,0~50kA正地闪的累计概率为50.62%。