FY-4A/LMI闪电与浙江三维闪电对比分析

为进一步加强星地闪电观测资料运用,本文基于2020年6—8月FY-4A/LMI闪电数据(LMIG)和浙江省ADTD-2C三维闪电定位数据,对比分析两套闪电数据的时空分布特征,并结合雷达和云顶亮温资料,分析了2020年7月15日浙江省雷暴过程两套闪电观测资料的演变规律。结果表明:2010年6—8月,浙江省LMIG与三维闪电比值为1∶44.43;两套资料闪电月分布和空间分布总体一致;就日分布而言,LMIG呈现双峰结构,三维闪电则为单峰结构。两套数据时间匹配窗口大于1.8 s、经纬度匹配窗口大于0.5°时,匹配率趋于稳定;与LMIG匹配的三维闪电高度主要集中在16 km以下,闪电强度主要集中在50 kA以下。2020年7月15日浙江省午后雷暴天气,LMIG与三维闪电比值为1∶25.44;LMIG首次闪电及峰值时间均滞后于三维闪电首次闪电及峰值时间;此外两套闪电资料时间演变与雷暴发展有较好的对应,空间变化与云顶亮温低值区也有较好的对应。

FY-4A闪电成像仪在干旱区应用评估及与多源数据对比

为加强多源闪电数据在干旱区的融合应用,利用新疆民航三维地基闪电探测系统(3-Dimension Lightning Location System,3-DLLS)、全球闪电定位网(World-Wide Lightning Location Network,WWLLN)和气象部门ADTD(Advanced Time of Arrival and Direction System)、FY-4A闪电成像仪(Lightning Mapping Imager,LMI)等多源闪电资料,针对新疆地区2019年11次典型雷暴过程,开展FY-4A LMI探测性能的初步评估,并结合FY-4A云顶温度(Cloud Top Temperature,CTT)资料,详细分析2019年7月21日强雷暴过程的闪电特征,探寻CTT与闪电活动的相关关系。结论如下:(1)FY-4A LMI闪电“组”(LMI Group,LMIG)数量约为3-DLLS的1/5、WWLLN的1.02倍、ADTD的1/3。白天,在太阳背景光影响下FY-4A LMI的探测效率有所下降,即使日出后雷暴系统有所加强,但LMIG数量并无增加趋势。(2)在2019年7月21日强雷暴过程中,3-DLLS探测的闪电时空分布与ADTD重合度较高,而WWLLN的闪电定位与前两者在时空上存在一定偏差,这主要是各系统的探测原理(WWLLN主要探测的是强地闪,ADTD主要监测地闪回击,而3-DLLS探测的是全闪)及测站布局和数量不同所致。(3)在强雷暴过程不同发展阶段,闪电发生区域的FY-4A CTT值差异较大,初始阶段、旺盛阶段和消散阶段闪电区域对应的CTT值分别为260~280 K、230~240 K和240~260 K。

黄渤海地区FY-4A闪电成像仪(LMI)探测效果评估

基于大连和青岛地区地基三维雷电探测网数据,对FY-4A闪电成像仪(lightning mapping imager,LMI)在黄渤海地区的探测效率进行评估。结果表明:针对2019年大连地区4次强对流天气过程,绝大多数地基三维雷电探测网探测的雷电脉冲发生在强回波区,回波强度为30 dBZ,强回波区的云顶高度超过9 km,FY-4A LMI探测到的组(group)数量与地基三维雷电探测网探测的雷电脉冲数量之比平均值为0.2,变化范围为0.15~0.26;针对2019年青岛地区5次强对流天气过程,FY-4A LMI探测的group数量较少,其与地基三维雷电探测网探测的雷电脉冲数量比值的平均值为0.34,变化范围为0.27~0.4,地基三维雷电探测网和FY-4A LMI测到的雷电活动的空间位置比较一致,都基本处于强对流核心区域。总体来看,FY-4A LMI在黄渤海地区的探测效率比较低下。

FY-4A白天对流风暴和闪电产品在华北强雷暴天气分析中的应用

我国第二代静止气象卫星FY-4A观测能力较之前有明显提升,在天气特别是对流性天气监测和预测中具有较强的应用潜力。利用FY-4A气象卫星多通道扫描辐射成像仪(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)和闪电成像仪(Lightning Mapping Imager,LMI)数据开展研究,分析了反演产品在强雷暴天气中的应用。研究表明,扫描辐射成像仪多通道组合白天对流风暴红-绿-蓝(red-green-blue,RGB)合成产品可以突出具有强上升气流的对流性雷暴云,较单通道及多通道可见光合成产品具有监测优势;闪电成像仪产品较地面闪电探测闪电产品能够探测到更多的闪电,对新生对流和较弱对流产生的闪电监测具有优势;在华北和黄淮一次强雷暴天气过程中,白天对流风暴RGB合成产品能够监测云系发展的过程,卫星监测闪电活动频数和冰雹活动一致性较好。

基于风云四号卫星LMI数据的黑龙江省闪电活动特征研究

FY-4A闪电成像仪(LMI)为亚太地区首次研制发射的同类载荷,可以实现对闪电活动的实时、连续监测和跟踪。利用2018—2021年6—9月LMI的闪电事件(Event)观测数据,分析了黑龙江省闪电密度和辐亮度变化特征,结果表明:黑龙江省闪电密度和平均辐亮度空间分布不均匀,闪电密度高值区主要分布在黑龙江省北部、中南部和西部;平均辐亮度高值区主要分布在黑龙江省北部、中部和东南部部分地区。黑龙江省东部和西部地区闪电密度和辐亮度呈反相关,西部闪电密度高但辐亮度较低,东部闪电密度低但辐亮度较高。闪电次数高发月份是6—7月,约占闪电事件总数的78.6%,闪电次数日变化呈现“双峰”,凌晨3时和傍晚16时为峰值时刻。闪电平均辐亮度随月份呈线性降低,且辐亮度月分布呈右偏态,日变化呈现“单峰”,峰值为中午12时左右。2018—2021年闪电事件辐亮度分布为偏态单峰型,0~20μJ/m^(2)/ster范围是高频率区间。

双镜头镶边处理的“风云四号A星”闪电成像仪在轨几何定标

风云四号A星FY-4A上搭载的新型闪电成像仪LMI能够从静止轨道高度监测和跟踪覆盖东亚大陆大部分地区的闪电活动。LMI使用双镜头设计,在轨成像过程中存在镜头分离误差与内外定向误差,高精度在轨几何定标是确保FY-4A/LMI数据应用的关键所在。使用在轨匹配的控制数据,采用镶边匹配处理技术将FY-4A/LMI内外定标参数与镶边参数一并求解,纠正FY-4A/LMI两个镜头之间指向上的不一致。实验结果表明,相较于直接定位、使用控制点进行分镜头几何定标,FY-4A/LMI使用双镜头镶边匹配处理算法,在轨几何定标的图像定位精度分别从13像元、2像元提升至1.5像元以内,镶边匹配几何定标方法已被广泛应用于FY-4A/LMI图像定位业务化系统的在轨处理。