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.     

FY-4A卫星闪电资料在台风飑线天气监测中的应用能力分析

为更好地开展风云四号气象卫星(FY-4A)闪电资料的业务化应用提供参考,结合地闪和多普勒雷达数据,对受2018年第22号台风"山竹"影响、于9月17日晚间在江西境内形成的台风飑线过程,对比分析了2种闪电资料的空间分布和时间演变差异,以及两者的频数与45 dBz以上强回波面积的时间演变特征,分析了卫星闪电与TBB低值区和地面大风位置的关系.研究结果发现:地闪的位置多超前于卫星闪电,两者的时间变化趋势基本一致,但卫星闪电的变化幅度远较地闪显著;卫星闪电基本位于TBB≤-72℃处及邻近区域;在对流强烈影响阶段,尽管卫星闪电频数的波动较大,但仍与强回波面积有同步增大的特征;伴随的雷暴大风大都发生在卫星闪电密集区的前沿,且偏于移动方向一侧,与相同时段的地闪相似,表明它们对判识雷暴大风的可能发生位置有较好的辅助作用.     

卫星云分类产品在低纬高原强雷暴过程中的闪电特征分析

利用卫星云分类产品资料和云南省地闪资料,对云南省4次强雷暴过程进行分析,得出:对于闪电产生时,积雨云生成0~1h,开始有闪电活动;对于强闪电时段,积雨云也是发展阶段,积雨云面积不断增加,形状为椭圆形或带状,而且闪电均发生在积雨云移动发展方向的边缘区域;对于闪电减弱阶段,积雨云也逐渐减弱,面积不断减小,在闪电结束时,积雨云的面积发生剧减或者积雨云面积剧减且积雨云发生断裂.同时强闪电活动与积雨云的发展移动有一定的对应关系,主要是闪电的移动、发展与积雨云的移动发展基本保持一致,这样可以用云分类资料来判别闪电的发展减弱,进行闪电监测及预警.通过强雷暴个例分析,把云分类产品也加入到闪电分析资料中,拓宽闪电预警的资料使用,同时也是云分类产品资料在低纬高原的适用研究.     

卫星云图云检测的一种综合优化方法

为了提高云检测过程的自动化程度和云检测精度,利用FY2C、MTSAT等卫星资料以及其他辅助资料,综合采用优化的ISCCP法、多通道阈值法、空间纹理法等,找到了卫星云图云检测的一种综合优化方法,经过近两年的实际研究和业务化应用,判云的准确率达到90%以上,并得出以下结论:(1)优化的ISCCP法在云检测中的贡献最大,消除了由于地表差异带来的阈值选取困难;(2)红外、可见光合成底图对于中高云检测较有效,而红外与近红外的差值合成底图,无论对白天还是夜间的低云检测都有较好的效果;(3)空间纹理方法对海上积云的检测效果较好;(4)对于洋面上的中高云应用基于气候SST数据的阈值方法可得到较好效果;(5)严格的多通道阈值方法,可以起到有效的补充作用。     

静止卫星云图的云位置偏差及其几何校正

利用静止气象卫星云图红外亮温数据和大气的温度层结曲线计算云顶高度。根据几何关系推导出观测云与真云位置偏差的计算公式, 得到中国大陆地区对流云的观测偏差一般为5~20 km的结论。通过观测云经纬度和云顶高度计算真云经纬度, 在此基础上进行了卫星云图几何校正实验, 得到误差不超过2 km的云图校正结果。通过校正前后云图与雷达图的对比, 验证了校正方法的有效性。最后, 分析了云顶高度估算误差所造成的云图校正误差。     

基于匹配法的卫星云图自动定位微调算法

利用交叉相关系数法,通过设计晴空合成底图模板,并与当前云图进行匹配,以计算由于卫星飘移等问题出现的云图定位偏移量△x、△y,从而实现卫星云图的精确定位.结果表明：对于自动校正卫星云图中较小的定位误差效果（偏移量小于20个像素）的这种方法,可以用于静止卫星接收处理系统中在初定位后的精确校正.该算法从原理上也可用在定位误差较小的极轨卫星云图的准确定位上.匹配区域选择在海陆交界处、岛屿、湖泊和起伏大的山地等地表特征差异明显的区域效果明显.     

温湿层结对雷暴云起电过程及闪电活动的影响

为了探究环境温湿配置对雷暴云微物理、电过程及闪电的影响,本文利用法国三维非静力中尺度数值模式Meso-NH,通过改变该模式初始各层的环境温度和相对湿度,对南京地区雷暴云云微物理过程及闪电活动的发生情况进行了模拟。研究发现:大气低层、中低层环境温度和湿度的改变对雷暴云中对流强度,电场强度及分布,4种水成物粒子(雨、冰晶、雪、霰)的分布及其所带电荷量和总闪电数造成了较大影响;在低层和中低层增湿对雷暴云及闪电发生的增强效果要好于增温;在中层和中高层,降温对雷暴云及闪电发生的增强效果要好于降湿。结果表明,对低层、中低层大气环境温湿层结的影响能显著地改变雷暴云的云微物理过程,影响起电和放电,并剧烈地改变闪电活动的强度。     

贺兰山东麓一次飑线过程演变特征分析

2020-06-17午后，在贺兰山东麓出现一次飑线天气过程，宁夏中北部及内蒙古乌海市等地出现了雷电、大风和短时强降水等强对流天气.基于多普勒雷达资料、卫星云图、闪电定位仪监测数据及地面常规气象观测资料，结合地形对该次飑线过程的发生发展机制进行分析.结果表明，在飑线过境期间，地面气象要素出现剧烈变化，并伴有明显的雷暴、闪电现象.飑线经过沙湖时，湖面蒸发水汽的垂直输送促进了飑线系统的进一步发展，在沙湖附近出现的最大降水中心、闪电强中心与降水中心吻合.在该过程前期，宁夏中北部及周边地区的大气层结不稳定，且午后的近地面辐射增温进一步加剧不稳定层结，当中高纬度冷空气沿脊东移南下时，在内蒙古阿拉善盟境内与暖气团交汇，诱发飑线形成.高低空对应的温压场不对称，系统配置呈现前倾结构，低层暖平流、高层冷平流的配置以及强的垂直风切变对该次飑线的生成与发展有利.贺兰山地形和沙湖水面对该次飑线系统起到增幅和能量补充作用.飑线系统在东移过程中，由于中低层气流受贺兰山脉地形抬升，垂直运动进一步增强，促进了飑线系统的发展.从雷达回波和卫星云图演变看，飑线系统翻山后得到明显加强；在东移经过沙湖时，又得到了湖面水汽和热能...     

2000—2012年宁夏雷击灾害统计与分析

利用2000—2012年宁夏雷击灾害资料,结合近5a闪电定位仪资料和多年人工雷暴观测资料,对宁夏雷击灾害的时空分布和行业分布进行了分析.结果表明,宁夏雷击灾害的空间分布集中在银川市和固原市.雷击灾害一年四季都有发生,主要集中在7、8月份.经济损失数额大的地区为银川市和固原市.雷击灾害时空分布与宁夏平均雷暴时间分布相吻合.人员伤亡的事故主要集中在农村,而在城市环境主要是对电气电子设备的损害.     

利用地面大气电场和雷达资料进行雷电临近预报方法

 根据雷暴云电场特征,结合雷达等观测资料,本文提出一个利用电场幅值阈值和差分阈值方法,为进行电场测站的首次地闪的雷电临近预报方法。该方法首先判断电场是否达到设定的幅值阈值或者差分阈值。如果电场达设定阈值,认为此时测站周围云中电荷量较大,发生闪电的概率也较大,进而判断该时刻之前的雷达资料是否达到设定的阈值。如果雷达资料达到设定的阈值则发出预警;如果未达要求则继续查看下一体扫的雷达情况,直到发出预警或者电场阈值取消为止。利用此方法对2009年南京周边观测区7个站点数据进行预警检验,得到其探测概率约为80%,平均预警时间约为14min。同时,本文尝试用该预报方法对雷暴云移过测区的整个过程进行区域性雷电临近预报。结果发现区域雷电预警可以直观呈现雷暴云和闪电发生发展情况,对发生闪电潜在区域也能够直观判断,并收到较好的预警效果。区域预警不仅能实现对一个地区的监测预警,而且能对雷暴云的整个过程进行监测预警,具有单站电场所没有的优势。     

云闪定位算法研究及其精度分析

为了减少云闪对各种空间飞行器和电子设备造成的损失,同时研究雷暴活动物理机制以及云闪时空分布规律,开展云闪定位算法研究具有重要意义。概述了闪电定位原理及其基本方法,结合测向测时差联合定位法,研究了VHF频段云闪四站定位算法原理,并且分析了对定位精度造成影响的主要因素。在解决测角精度问题方面重点介绍了基于均匀圆阵的二维ESPRIT算法。最后利用Matlab仿真了不同云闪高度和测角精度情况下的定位误差分布图,为提高云闪定位精度提供了坚实的理论依据。     

高原山区地形对雷暴云地面电场影响规律的数值模拟

为了在高原山区有效利用雷暴临近阶段的地面电场数据实现雷电的精准预警，搭建了典型雷暴云和基本山体模型，并结合高程数据模拟了真实高原山区地形，然后通过有限元方法研究了高原山区地形对雷暴云产生的地面电场分布特点和演变趋势的影响规律。结果表明：基本山体表面的雷暴云电场会发生畸变，畸变程度与山体形态和观测位置有一定关系；真实地形表面的雷暴云电场分布因为地貌的高低不平出现起伏波动，但整体趋势与平坦地面情况下基本一致；雷暴云临近观测点时近地电场的演变过程呈现先大幅上升再小幅下降的规律，但观测点地形特征会影响电场变化幅度。     

昼夜变化对FY-4A闪电成像仪探测性能的影响

为了探究昼夜变化对卫星闪电成像仪探测性能的影响,利用低频磁天线闪电定位系统与FY-4A闪电成像仪(Lightning Mapping Imager,LMI)的闪电探测数据匹配方法,分析了2020年9月份于广东省及其周边地区发生的四次雷暴过程,并阐明昼夜变化因素对LMI探测性能的影响。研究发现：地基与星载闪电探测的空间分布特征、时间变化特征具有较好的一致性,但是地基探测的闪电数量更多,闪电分布更加密集。闪电匹配率与卫星探测率在日出后三至四小时内突然下降,于日落前2小时左右突然增加,匹配率与探测率的突然增加与减少是由昼夜交替时LMI探测闪电数量的快速变化引起的。昼夜变化对LMI的探测性能产生显著影响,夜晚的探测效率大约是白天的10倍。即使雷暴活动增强,白天匹配率和探测率依然相对较低。     

基于多时相高分四号影像的雪盖范围提取

积雪覆盖监测是地球科学研究的基础,对于研究全球气候变化,开展防灾减灾救灾等工作都有重要的意义.高分四号卫星是我国高分辨率对地观测系统重大专项中唯一一颗民用高轨卫星,也是世界上首颗静止轨道高分辨率光学成像卫星,其机动灵活、高频次观测能力在积雪遥感业务化监测中具有广阔的应用前景.该文利用高分四号卫星多谱段、高时效、大幅宽和中分辨率等成像优势,紧密结合积雪和移动云层在多时相图像上的反射特点,提出了基于多时相高分四号卫星数据的积雪覆盖范围提取方法.首先对高分四号卫星全色图像进行二值化分割以消除低反射目标的影响;然后对多时相云雪覆盖区域进行合成来剔除移动云层的干扰;在此基础上,利用云、雪在多时相近红外图像上反射值变化的差异性,通过对多时相高分四号卫星近红外图像的最小值合成和阈值分割精细化地提取积雪覆盖范围,进一步去除变化云层的影响.以新疆中西部为试验区,通过与基于HJ-1B卫星的积雪覆盖结果比较,实验表明：两类数据提取的积雪空间分布具有较好的趋势一致性,高分四号卫星影像监测积雪范围更广,总体精度达92.19%,高于HJ-1B卫星图像的89.84%;但受空间分辨率和“不变云层”的影响,基于高分四号卫星影像的积雪识别精度为85.16%,低于基于HJ-1B卫星图像的识别精度94.53%.     

地面湿度对雷暴云电过程影响

分析了南京地区2002～2011年(共10年)闪电和地面相对湿度的卫星观测资料,分析表明:闪电密度与相对湿度呈正相关。为了进一步研究相对湿度对雷暴云起电和放电的影响,采用二维雷暴云起、放电数值模式进行敏感性试验。结果表明:随着相对湿度的增大,云滴数目增多,上升风速增强;当相对湿度增加时,较大的上升气流和云水含量有助于产生更大尺寸的冰晶和霰粒子;较大的云滴、霰和冰晶通过非感应起电和感应起电机制促进电荷分离;当相对湿度从60%增加到90%时,总闪数增加,并且只有当相对湿度高达90%时,才能产生地闪。整体而言,相对湿度越大,对流活动更快更强,促进了雷暴云初始起电和放电。     

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。     

重庆北碚6·5雷击事故分析及其防护措施研究

针对重庆北碚2013年6月5日20时50分左右发生的一次雷击事件,通过雷击事故现场勘查,并结合闪电定位、探空、卫星云图等监测资料,认定该起雷电灾害事故是由于防雷装置安装不规范、线缆布设不合理所致.提出了相应的雷电防护措施,可为雷电灾害调查鉴定提供参考.     

云南中部一次雷暴过程的多普勒雷达和电场特征分析

利用闪电定位系统、大气电场仪和多普勒雷达等多种探测资料,对2009年7月20日导致云南省中部地区发生5起雷电灾害事故的1次雷暴过程进行了分析.结果表明:在雷暴天气过程中,无论是大气电场仪范围内还是雷达回波内的地闪都是以负地闪占绝对主导地位;雷暴期间电场值在-12.540～13.907 kV/m之间剧烈变化,且不断向正向或负向突变;负地闪主要发生在强回波区,对应着径向速度场上的逆风区,成熟阶段增加的正地闪分散地出现在弱回波区中;整个雷暴过程中-10℃层回波强度维持在40 dBz以上,-20℃层回波强度在35 dBz以上,-10℃层和-20℃层雷达回波强度的每一次跳跃变化都对应着地闪频数的跳跃发展,且总在地闪频数变化之前11～30 min;回波顶高均大于9 km,地闪最密集时段,回波顶高保持在14 km左右.