偏振雷达参量对融化层回波的探测敏感性分析

融化层特征的研究及其微物理性质的识别在云物理降水研究、人工影响天气、航空飞行以及积云参数化方案修订等都有重要意义。利用南京信息工程大学C波段双偏振雷达(简称为NUIST C-Pol雷达)的回波强度Z,差分反射率因子ZDR、差分传播相位常数KDP、正交相关系数ρHV,研究融化层回波(即零度层亮带,简称亮带)敏感性及其对应水凝物微物理特征。根据NUIST C-Pol雷达2014年实测数据,分析亮带的偏振参数探测特性时发现相关系数最敏感,它比其他参量更早出现亮带特征;其次是差分反射率因子、差分传播相位常数,最后才在回波强度上看到明显的亮带。进一步地,探讨了亮带中相关系数的探测敏感性及其数值减小的机理。研究结果对于用双偏振雷达参数研究云降水物理特性具有理论和应用价值。     

利用相控阵雷达对2020年5月闽南一次降雹过程分析

利用厦门翔安X波段相控阵雷达,结合厦门海沧S波段双偏振雷达、风廓线雷达等多源观测资料,对2020年5月闽南沿海一次罕见大范围降雹过程进行了分析。研究表明,此次过程是一次发生在副高边缘暖湿气流控制下低层暖强迫型强对流,午后西南风超低空急流的建立极大改善了水汽及不稳定条件,地面冷锋入倒槽触发大范围强对流。相控阵雷达分析表明,降雹单体伴有低层钩状回波、有界弱回波区和回波悬垂。双偏振特征显示,冰雹的差分反射率因子(ZDR)与差分传播相移(KDP)在零值附近,相关系数(CC)低,有明显差ZDR柱。降雹阶段,强反射率因子迅速下降,ZDR柱消失,低层KDP与CC快速减小。相较于传统双偏振雷达,相控阵雷达时空分辨率高,可以更快捕捉到强对流单体云微物理特征变化,为冰雹预报预警业务提供参考。     

江淮地区一次雷暴过程双极性窄脉冲事件活动特征的相关研究

利用2014年8月5日江淮地区一次产生多个双极性窄脉冲事件(narrow bipolar event,NBE)的雷暴个例,结合空基资料(TRMM卫星,NCEP/CPC Global IR Dataset)和地基资料(闪电探测和多普勒雷达回波数据),讨论了NBE与雷暴相关参数的关系以及位于不同雷暴区域NBE的孤立性和辐射强度.结果表明,NBE主要发生在云顶温度小于210 K、极化修正亮温(PCT-85)小于100 K的雷暴对流旺盛区域.通过分析NBE与30 dBZ多普勒雷达回波最大发展高度及闪电频次的关系,发现NBE主要发生于闪电频次较高时期,且NBE与闪电频次的相关性强于其与30 dBZ雷达回波最大高度的相关性.对NBE孤立性及VLF/LF波段辐射强度的分析表明,大多数孤立NBE发生于雷暴发展期,位于20 dBZ及以下的NBE辐射强度最大且最孤立.     

双偏振天气雷达双通道一致性分析与校准

差分反射率和差分相位与双偏振天气雷达双通道一致性密切相关。以S波段双偏振天气雷达为例,首次对包括旋转关节在内的接收通道一致性、除天线反射体以外的收发全链路一致性进行测试分析,并采用逐径向校准的方法对双通道偏差进行校准。结果表明:校准前差分反射率因子最大变化范围为0.04 dB,标准差为0.012 0 dB,差分相位最大变化范围为1.60°,标准差为0.385 7°;校准后差分反射率因子最大变化范围为0.03 dB,标准差为0.005 1 dB,差分相位最大变化范围为0.20°,标准差为0.033 6°。     

东北较高纬度地区夏季闪电与雷暴相关参数的关系研究

利用VLF/LF闪电定位系统数据,并结合多普勒雷达以及卫星云图资料,对2009~2010年较高纬度东北地区夏季的闪电与雷暴相关参数的关系进行了研究.结果表明:闪电多发生在雷达回波强度大于40dBz的区域,雷暴发生闪电时其30dBz雷达回波最大高度大于6km;在雷暴的演变过程中,闪电的峰值时间略滞后于30dBz雷达回波最大高度的峰值;闪电频数和30dBz雷达回波最大高度存在指数增长关系;闪电主要发生在云顶红外温度在210~240K的区域,在消散阶段,雷暴云云顶高度降低、红外温度较高.     

清远连州CINRAD/SA-D型业务试验双偏振天气雷达技术评估

以北京敏视达雷达有限公司生产的国内首部S波段业务试验双偏振雷达（清远连州CINRAD/SA-D型）为研究对象,从硬件升级、在线/离线标定方法、信号处理及软件技术等方面与美国WSR-88D双偏振天气雷达进行比对分析,重点对采用机内信号源法的长期标定结果和小雨数据全链路标定结果进行统计分析.研究结果表明:机内长期标定情况下,差分反射率因子ZDR和差分传播相位φDP的统计方差分别为0.205 3 dB和1.135 8°;通过关键参数筛选出的业务观测小雨数据,ZDR的标准差值控制在了0.5 dB以内,这些结果与美国天气雷达标定指标相当.      

驻马店市两次强对流天气的多普勒雷达产品特征的对比分析

针对近年来河南省驻马店市出现的强对流天气,用多普勒天气雷达产品如反射率因子、径向速度、垂直液态含水量、风暴跟踪信息等进行普查分析,重点对两次不同性质的强对流天气的雷达产品进行详细研究.发现强对流天气的雷达回波强度在40 dBz以上,强度为40~50 dBz的回波移速为25~35 km/h时,一般出现强降水,无雷暴和大风;回波移速为35~45 km/h时开始伴有雷暴和大风的出现;当回波移速达到45~60 km/h时,强雷暴和大风的出现几率上升,而强降水的出现几率急剧下降;当回波移速达到60~69 km/h时,则以雷雨大风为主,强降水出现很少.冰雹时强回波伴有"V"型缺口,回波强度可达55 dBz以上,强回波中心出现在9~12 km高度,回波顶可高达15~18km,强回波下方有强上升气流造成的弱回波区.短历时强降水的雷达回波强度比冰雹、雷暴弱,一般为40~50 dBz,强回波中心高度5~6 km;当回波强度大于50 dBz,强回波中心达到8 km以上时,往往伴有强雷电和大风冰雹出现;回波形态多呈现絮状混合型回波,其中有块状的强回波,对流性的强降水回波则是边缘清晰的块状结构.     

降雪回波的双偏振雷达云相态垂直特征分析

双偏振多普勒天气雷达为探测降雪回波提供了丰富信息,其中距离高度显示RHI(range height indicator)垂直特征有助于识别降水云体相态分布的精细结构。以2018年1月3～5日南京信息工程大学C波段双偏振雷达RHI扫描的暴雪回波为例,结合探空资料进行物理量诊断,研究暴雪回波偏振参量和非偏振参量的相态分布垂直特征及其与大气风温湿结构的关系。结果表明:暴雪回波中,雷达高带或淞附效应存在于6 km高度附近,温度在-12～-15℃,含有湿雪和冰晶粒子;2 km高度附近的差分反射率因子强回波带为增温增湿的层云,层云之上的热力不稳定易促进对流抬升,揭示了冬季降雪具有高架对流的特点。研究结果有益于深入认识降雪在垂直方向上的精细结构及云微物理机制,提高降雪的预测能力。     

青藏高原东部地区雷暴及其地闪活动特征分析

为进一步了解青藏高原地区雷暴及其地闪特征,对2013～2017夏季(6～8月)青藏高原东部地区典型强雷暴过程的地闪和雷达资料进行了综合分析,重点研究了24次以负极性闪电为主的强雷暴过程,分析表明:所有雷暴最大回波顶高均超过7 km,第一次地闪为正地闪的雷暴其组合反射率和回波顶高明显高于第一次地闪为负地闪的雷暴过程。以地闪极性和频数差异将雷暴分为负地闪雷暴、正地闪雷暴、多地闪雷暴三种类型。负地闪雷暴过程中闪电数量较少且大多发生在雷暴成熟阶段;正地闪雷暴过程中闪电数量在几十次左右,主要发生在成熟阶段后期和消散阶段;多地闪雷暴在初始阶段、成熟阶段和消散阶段都有闪电发生,但主要集中在成熟阶段和消散阶段。三类雷暴强反射率中心移动距离和移动速度也有不同,地闪数量多的雷暴比地闪数量少的雷暴有更长的移动距离,负地闪雷暴较正地闪雷暴有更快的移动速度。     

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/m²附近,而一般降水的VIL都在10 kg/m²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。     

发生冰雹灾害的对流性天气地闪特征分析

利用地面雷电定位系统的观测资料,结合天气背景及地理特征,对2004～2006年期间发生在湖南省湘西自治州、邵阳市、株洲市等3市（州）的10起冰雹灾害天气进行综合分析,并详细分析3次典型过程的地闪特征,结果表明：冰雹天气都伴有地闪发生,地闪平均持续时间为2h左右,每10min的地闪峰值在1～19次之间,正地闪比例不高,与北方冰雹天气的高正地闪频数特征存在明显不同,持续过程中都会出现地闪频数峰值或次峰值,其平均雷电强度和平均雷电陡度均高于一般雷暴天气．     

双线偏振雷达测雨公式优化方案的仿真研究

基于滴谱理论和散射原理,利用模拟的雨滴谱及其反演的雷达偏振参数,讨论双线偏振雷达参数随雨滴谱变化而变化的规律;并提出一种测雨公式的优化改进方案。在不同的差分反射率因子Z_(DR)取值区间内,统计相应的测雨公式系数。同时,提出了3种Z_(DR)区间划分的方法:1利用统计学中的t检验法检测测雨公式系数随Z_(DR)变化而变化的曲线图中的显著突变点;并将这些点对应的Z_(DR)值作为区间划分的临界值。2直接按一定的步长等间距地将Z_(DR)的范围划分为不同区间。3依托于Z_(DR)与中值体积直径D_0的拟合关系,通过对D_0的取值范围等步长划分而间接得到相应的Z_(DR)的范围。在对方法二、三最优等分步长进行讨论的基础上,利用模拟的雨滴谱对上述方法进行检验;并对检验效果逐一进行对比分析。结果表明这三种分级统计方法的效果较未进行分级统计,直接采用固定系数测雨公式估测降水的计算结果更加精确,误差有明显改善。     

秦微1,2,张其林1,2,赖悦1,2,姜苏1,2,陈媛1,2,苏建峰1,2

为了更好的利用闪电资料和雷达回波资料来对雷电进行临近预警,本文以深圳地区2012年4月一次强飑线过程为例,分析该次过程中的闪电活动与雷达回波特征,发现地闪分布与雷达回波强度之间表现出很好的对应关系。因此,本文采用TITAN(Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis, and Nowcasting)算法对这次强风暴过程中40dBZ以上的强回波区进行识别、跟踪和外推,并与闪电高密度区域的识别、跟踪和外推结果进行对比分析。结果表明：TITAN算法识别效果理想,且识别结果与单体的发展旺盛程度有关;另外,雷达强回波区和闪电高密度区的外推精度与外推开始时刻、外推时间的长短有关;利用闪电高密度区进行外推时,外推的质心误差小于雷达强回波区的外推质心误差。     

Spatial and temporal characteristics of VHF radiation source produced by lightning in supercell thunderstorms

The three-dimensional temporal and spatial characteristics of VHF radiation events produced by lightning discharges in three supercell thunderstorms have been analyzed based on the data measured by the lightning mapping array system with high time and space resolution. The results indicate that lightning hole (lighting free region) with about 5-6km in diameter or lighting ring (annular lighting free region) is associated with the strong updraft in thunderstorm.The lasting time of lightning holes is either short or long, being about 20min in a tornado-producing thunderstorm. The lightning holes appear before the occurrence of tornado.The lightning hole is the most obvious during the occurrence of tornado and some self-existent lighting radiation events appear at a height of 15-16km. The lightning channels of inter-cloud (IC) lightning discharge exhibit clockwise rotary structures and do not have clear bilevel structures in the vicinity of the tornado.The lightning holes are corresponding to the strong updraft region.The temporal and spatial distribution of lightning radiation events reveals the structure of strong updraft in supercell thunderstorms.Positive cloud-to-ground (CG) lightning discharges dominate in these thunderstorms and the peak of positive CG lightning flash rate appears, with the maximum of 6 per minute,after or before the occurrence of tornado.     

A gigantic jet event observed over a thunderstorm in mainland China

Gigantic jet(GJ) is a type of large-scaled transient discharge which occurs above thunderstorms.It connects the thunderstorms and ionosphere directly.Compared with the other transient luminous events(TLEs),gigantic jet is very difficult to be seen from the ground.We report a GJ event that was clearly recorded in eastern China(storm center located at 35.6°N,119.8°E,near the Huanghai Sea) at 20:16:22(local time) on 12 August,2010.It is by far the furthest from the equator ground-based GJ recorded over summer thunderstorm.The top altitude of this GJ was estimated to be about 89 km.The GJ-producing storm was a multi-cell thunderstorm and the GJ event occurred in the storm developing stage,with the lowest cloud-top brightness temperature about 73°C and the maximum radar echo top around 17 km.Altitudes with reflectivity of 45 dBZ were estimated to reach 12-14 km.Different from results from other countries that positive CGs(Cloud-to-ground lightnings) dominated during a time period centered at GJ,our study shows that negative CGs dominated during a time period centered at the GJ event and during most of the storm lifetime in this study,indicating a diversity of the lightning activity in the GJ-producing storms.It is interesting that two different storms produced two types of TLEs,that is,the GJ-producing storm only produced one GJ event during its lifetime and five sprites were produced over another storm,different from the other study that sprites and GJs were usually produced by the same storm,enriched the knowledge of GJ-producing storms.In addition,the GJ event in this study is located beyond the effective coverage area(30°S-30°N) of the ISUAL instruments onboard the FORMOSAT II satellite,and results of this study could be useful for GJ studies in the future.     

2019年8月29日海南儋州台风雨带中夜间龙卷的多源资料分析

为研究台风雨带在夜间发生的龙卷结构与演变,本文针对2019年8月29日凌晨海南儋州在台风“杨柳”的外围螺旋雨带发生的EF2级龙卷,利用micaps资料、海口双偏振天气雷达资料以及FY2G卫星等资料,对儋州龙卷从热力和动力因素分析夜间台风外围雨带龙卷的演变特征。分析表明：台风“杨柳”从28日20时到29日08时明显加强,夜间海南云顶亮温较周围低,云顶的辐射降温及云团合并,促进热力不稳定;夜间台风雨带登陆海南后,受地面摩擦影响,高低层垂直风切变加大,儋州附近山地地形促进了动力抬升。T-logP图上对流指数以及温度层结和湿度层结特征,均使对流加强。海口双偏振雷达回波显示了龙卷的典型特征,经过退速度模糊,凸显了中气旋、TVS和TDS特征,偏振参量Zdr、KdP和CC的特征也揭示了探测中气旋和龙卷的敏感性。研究结果为预警台风雨带中的夜间龙卷提供了参考依据。     

唐山地区220kV输电线路综合防雷模拟仿真研究

为研究220 kV输电线路易发生雷电跳闸事故的原因及其综合防治措施,通过对输电线路仿真建模,利用ATP-EMTP仿真计算输电线路的反击跳闸率,利用基于EMG电气几何模型开发的C++程序计算输电线路的绕击跳闸率,以唐山地区某220 kV输电线路为例,对输电线路各基杆塔进行雷击闪络风险评估及防雷风险等级划分,确定了输电线路9个易闪点杆塔;且针对雷击风险较高的杆塔,进行原因分析,因地制宜提出了具有针对性的各基杆塔防雷改造措施。结果表明,差异化防雷对提高输电线路耐雷水平作用显著,所开发软件可提高仿真计算速率。     

Response of global lightning activity to air temperature variation

It is an issue of great attention but yet not very clear whether lightning activities increase or decrease on a warmer world. Reeve et al. presented that lightning activities in global land and the Northern Hemisphere land have positive response to the increase of wet bulb temperature at 1000hPa. Is this positive response restricted only to wet bulb temperature or in land？ What is the response of global lightning activities （in both land and ocean） to the global surface air temperature variation like？ This paper, based on the 5-year or 8-year OTD/LIS satellite-based lightning detecting data and the NCEP reanalysis data, makes a reanalysis of the response of the global and regional lightning activities to temperature variations. The results show that on the interannual time scale the global total flash rate has positive response to the variation in global surface air temperature, with the sensitivity of 17±7% K^-l. Also, the seasonal mean flash rate of continents all over the world and that of continents in the Northern Hemisphere have sensitive positive response to increase of global surface air temperature and wet bulb temperature, with the sensitivity of about 13±5% K^-1, a bit lower than estimation of 40% K^-1 in Reeve et al. However, the Southern Hemisphere and other areas like the tropics show no significant correlation.