闪电活动与降水的相关关系研究
闪电活动与降水的相关关系研究
闪电活动与降水的相关关系研究
引言：
天气现象的研究一直以来都是气象学领域的重要课题之一。
而闪电活动和降水作为常见的天气现象，也被广泛关注和研究。
闪电是一种大气放电现象，它产生的原因与云电荷的分布以及气象条件等因素密切相关。
而降水则是由大气中的水蒸气凝结形成的，它的形成和发展受到许多因素的影响。
本文将对闪电活动与降水之间的相关关系进行研究，旨在揭示二者之间的可能关联和影响机制。
一、闪电活动与降水的关联性
1.1 闪电活动与降水的地理分布特征
根据过去的研究可知，闪电活动和降水在地理分布上具有一定的相关性。
通常来说，闪电活动和降水量较多的地区会有更频繁的雷电事件发生。
这可以与气象条件、大气稳定度和云电荷分布等因素有关。
例如，在热带地区和季风区域，由于气候湿润，闪电活动和降水往往较为集中。
1.2 闪电活动与降水的季节性变化
闪电活动和降水的季节性变化也揭示了二者之间的相关性。
在大部分地区，随着降水量和降水频率的增加，闪电活动也会相应增加。
特别是在夏季，由于地面辐射加热形成强大的对流活动，闪电活动和降水往往高度活跃。
二、闪电活动对降水的影响
2.1 闪电活动与降水的正反馈关系
闪电活动与降水之间存在着正反馈的关系。
研究表明，闪电活动可以促进降水的形成和发展。
当闪电活动频繁时，它会释放
大量的热量和辐射，改变大气的稳定度，进而促使更多的水蒸气凝结成云雨，从而增加降水量。
2.2 闪电活动对降水的时空分布影响
闪电活动还对降水的时空分布产生影响。
由于闪电发生在大气中的冷凝核上，它们会吸引和聚集水蒸气，从而形成较强的上升运动，促使云层的发展和降水的加强。
同时，闪电活动的空间分布也可能影响降水的覆盖范围和强度分布。
三、降水对闪电活动的影响
3.1 降水对闪电频率的影响
研究表明，降水量的增加往往会引发闪电活动的增加。
这可以解释为，降水时空分布的变化会引起大气中的水蒸气和电荷分布的变化，从而导致闪电频率的增加。
3.2 降水对闪电类型的影响
降水对闪电类型也有一定的影响。
一般来说，强降水往往伴随着多次闪电事件，其中以云地闪和大地闪最为常见。
而轻微的降水往往很少出现闪电，或者只有云闪，这与降水强度和持续时间等因素有关。
结论：
根据对闪电活动与降水关系的研究，我们可以得出以下结论：闪电活动和降水之间存在一定的相关性，地理分布和季节性变化上呈现一致趋势。
闪电活动对降水的影响主要体现在促进降水形成和发展，以及对降水的时空分布产生影响。
而降水则对闪电活动的频率和类型有一定的影响。
这些研究结果对于气象预报和防灾减灾具有一定的参考意义，也为进一步深入研究天气现象提供了基础数据和理论支持
闪电是一种大气电击现象，在大气中产生的主要原因是云层中的正电和负电之间的电荷分离。
这种电荷分离是由于空气中的颗粒的碰撞和摩擦而产生的。
当正电和负电之间的电荷分离足够大时，就会发生闪电放电，从而产生闪电现象。
闪电活动的空间分布与大气中水蒸气的分布有关。
闪电发生在大气中的冷凝核上，这些冷凝核可以吸引和聚集水蒸气，从而形成较强的上升运动。
这种上升运动促使云层的发展和降水的加强。
因此，闪电活动的空间分布可以影响降水的覆盖范围和强度分布。
研究表明，降水量的增加往往会引发闪电活动的增加。
这可以解释为，降水时空分布的变化会引起大气中的水蒸气和电荷分布的变化，从而导致闪电频率的增加。
另外，降水还可以影响闪电的类型。
一般来说，强降水往往伴随着多次闪电事件，其中以云地闪和大地闪最为常见。
而轻微的降水往往很少出现闪电，或者只有云闪，这与降水强度和持续时间等因素有关。
闪电活动和降水之间存在一定的相关性，这种相关性在地理分布和季节性变化上呈现一致趋势。
根据对闪电活动与降水关系的研究，可以得出以下结论：
首先，闪电活动对降水的影响主要体现在促进降水形成和发展方面。
闪电发生在冷凝核上，吸引和聚集水蒸气，从而形成较强的上升运动，促使云层的发展和降水的加强。
其次，闪电活动对降水的时空分布也产生影响。
闪电的空间分布可以影响降水的覆盖范围和强度分布。
研究表明，闪电活动较为集中的地区往往伴随着较强的降水。
因此，通过观测和分析闪电活动的空间分布，可以提前预测降水的分布情况，对气象预报和防灾减灾具有一定的参考意义。
最后，降水对闪电活动的频率和类型也有一定的影响。
降
水量的增加往往会引发闪电活动的增加，而轻微的降水往往很少出现闪电，或者只有云闪。
因此，降水的强度和持续时间等因素会影响闪电类型的出现。
综上所述，闪电活动和降水之间存在着一定的相互关系。
闪电活动对降水形成和发展起到促进作用，同时也对降水的空间分布产生影响。
而降水则对闪电活动的频率和类型有一定的影响。
这些研究结果对于气象预报和防灾减灾具有一定的参考意义，也为进一步深入研究天气现象提供了基础数据和理论支持
综上所述，闪电活动和降水之间存在着密切的相互关系。
闪电活动对降水的发展和形成具有促进作用，而降水则对闪电活动的频率和类型产生一定的影响。
首先，闪电活动对降水的影响主要体现在促进降水形成和发展方面。
闪电发生在冷凝核上，吸引和聚集水蒸气，从而形成较强的上升运动，促使云层的发展和降水的加强。
研究发现，闪电活动强度与降水强度之间存在着正相关关系。
闪电活动的增加往往伴随着降水量的增加，而较弱的降水往往很少伴随闪电活动，或者只有云闪。
因此，闪电活动对降水的形成和发展起到了一定的促进作用。
其次，闪电活动对降水的时空分布也产生影响。
闪电的空间分布可以影响降水的覆盖范围和强度分布。
研究表明，闪电活动较为集中的地区往往伴随着较强的降水。
这是因为闪电发生在密集的云层中，而这些云层通常具有较强的降水能力。
因此，通过观测和分析闪电活动的空间分布，可以提前预测降水的分布情况，对气象预报和防灾减灾具有一定的参考意义。
最后，降水对闪电活动的频率和类型也有一定的影响。
降
水量的增加往往会引发闪电活动的增加。
这是因为降水过程中的水蒸气和降水滴对空气中的电荷分布产生影响，从而促使闪电活动的发生。
此外，研究还发现，降水的强度和持续时间等因素也会影响闪电类型的出现。
较强的降水往往伴随着云闪和地闪，而轻微的降水往往较少出现闪电。
因此，降水的特征对于闪电活动的频率和类型具有一定的影响。
综上所述，闪电活动和降水之间存在着一定的相互关系。
闪电活动对降水的形成和发展起到促进作用，同时也对降水的空间分布产生影响。
而降水则对闪电活动的频率和类型有一定的影响。
这些研究结果对于气象预报和防灾减灾具有一定的参考意义，也为进一步深入研究天气现象提供了基础数据和理论支持。
沈阳区域雷电活动规律分析
沈阳区域雷电活动规律分析Regional lightning regularity analysis of ShenYang李承昊 Chenghao Li，张国毅 Zhang Guoyi ,辽宁省防雷技术服务中心，沈阳 110015本文对沈阳市近30年的雷暴日数据整理、分析及近4年的闪电次数、雷电流幅值、积累概率特性对比研究，归纳分析了沈阳区域雷电活动规律，指出了雷电易发环境和季节特性，为今后对雷电的深入研究奠定了基础。
沈阳气候特征沈阳地区地处中纬度地带，属北温带受季风影响的半湿润大陆性气候。
冬季受来自内蒙古冷高压的影响，多北风和西北风；夏季受黄海、渤海海洋性气影响，温和多雨，多南风和西南风。
全年气温、降水分布由南向东北和由东南向西北方向递减。
该区气候主要特点是四季分明，冬季漫长；春季回暖快，日照充足，多风沙；夏季高温多雨而较短，空气湿润；秋季短促。
年平均气温在6℃～8℃之间，1月平均气温－12℃～－14℃；7月平均气温22.5℃～25℃；年平均降水量500mm～800mm，多集中在7、8月，无霜期145～165天。
雷电形成原理不同种类的云，起电原因也不同，至今有关云的起电分成两类：一是云雾粒子起电，二是雷雨云起电。
对于云雾粒子，云内的上升气流很弱，云内起电主要是云雾大气内的离子扩散引起和云滴选择性吸附大气离子引起的。
对于雷雨云离子，雷雨云内有很强的上升气流，且常有很强的降水，在积雨云内除雨滴外，还有冰雹、霰(雪丸)和各种冰粒子等固态和液态水组成，云顶温度很低，垂直厚度大，为云内荷电提供条件，云内起电量大。
云中正负电荷分离，形成正、负的荷电中心，当聚集的电量足够大时，积雨云中不同符号荷电中心之间、或云中荷电中心与大地和地物之间、或云中荷电中心与云外大气不同符号大气体电荷中心之间产生的放电过程即为闪电。
沈阳年均雷暴日分析雷暴日——在指定区域内一年四季所有发生雷电放电的天数，用Td表示，一天内只要观测到一次或一次以上的雷声就算是一个雷暴日。
深圳地区不同天气流型夏季短时强降水和闪电的时空特征
深圳地区不同天气流型夏季短时强降水和闪电的时空特征作者：孙京蔡然柴健周悦来源：《大气科学学报》2021年第03期摘要利用高時间分辨率的分钟级雨量资料及LS8000闪电定位仪地闪数据，对比分析2014—2017年台风型、低压型、西南季风型和切变线型天气系统引发的深圳地区夏季短时强降水和闪电活动，并通过分析降水和闪电的日变化、降水频次、闪电峰值、持续时间、雷达回波顶高等，探讨不同天气流型引发的降水和闪电的时空分布特征。
结果表明，四种天气流型引发的深圳地区短时强降水伴随闪电的对流活动主要集中发生在凌晨至08时和12-14时。
台风型产生的短时强降水对应的闪电活动主要集中发生在降水强度为20～30 mm·h-1时，且该类型产生的闪电主要以负地闪为主。
低压型、西南季风型和切变线型中有80%以上的闪电活动主要发生在降水强度超过50 mm·h-1。
对于降水量小于40 mm·h-1的闪电活动，切变线型是产生该量级降水的主要天气系统，也是该地区产生年平均地闪频次最多的天气系统。
其中，该系统引发的此类对流活动的雷达回波顶高以2～4 km为主，并有72%的对流过程对应的零度层高度小于5 km。
关键词强降水;闪电;时空分布;天气流型“雷暴”通常是指伴随强烈雷电天气现象的积雨云，或指伴有强烈雷电活动和阵性降水的“局地风暴”或“对流性风暴”系统，而强对流天气是指强烈的雷暴系统所伴随的短时强降水、冰雹、强风、龙卷等剧烈天气（郑媛媛等，2011）。
近年来在全球变暖的气候背景条件下，强对流天气明显增多，特别是突发性和局地性雷暴大风、短时强降水、冰雹和强雷电等气象灾害频繁发生。
伴有短时强降水的雷暴系统很容易导致城市内涝、地质滑坡等次生灾害（俞小鼎等，2012;陈传雷等，2017），是珠江三角洲地区主要灾害性天气之一。
2010年5月7日广州大暴雨，降水持续了6 h，降水量达213 mm，最大小时雨量99.1 mm，导致严重的城市内涝，直接经济损失约5.4亿元（伍志方等，2011）。
基于2种观测资料对我国闪电活动特征分析
基于2种观测资料对我国闪电活动特征分析作者：陈道辉钟博宏来源：《现代农业科技》2016年第15期摘要近年来，由于我国的地理环境差异性较大以及气候各不相同，造成了我国的闪电活动具有一定的空间分布特征，闪电的发生往往伴随着暴雨等气候，给人们的生活以及整个生态系统均构成了威胁。
利用2010—2014年OTD/LIS以及ATD定位资料，采用了统计学方法，对我国闪电密度空间分布以及闪电频次日、月变化以及经纬度变化特征进行研究。
结果表明：对于闪电密度空间分布情况，这2种观测资料具有较好的相似性。
统计出的闪电密度主要集中在我国沿海区域，而在西北区域闪电活动相对较少，闪电频次日分布情况，这2种观测资料具有一定的差异性；根据OTD/LIS资料，闪电频次月变化呈单峰值变化趋势，而对于ATD资料，闪电频次月变化呈单谷-单峰值变化类型。
对于闪电频次经纬度分布情况，这2种观测资料具有较大差异性。
关键词 OTD/LIS；ATD；闪电密度；经纬度；闪电活动；中国中图分类号 P427.32+1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）15-0218-04Abstract In recent years，due to the large geographical differences and climate vary，resulting in lightning activity of a certain spatial distribution of lightning occurs often accompanied by rain and other weather，to people′s lives and the entire ecosy stem constitute a threat. In this paper，using of OTD/LIS and ATD location data from 2010 to 2014，statistical methods were employed，the spatial distribution of lightning，daily，monthly change characteristics of lightning density，and latitude and longitude variation characteristics were studied. Results showed that：The lightning density spatial distribution of these two observations have good similarity. Lightning density statistics are mainly concentrated in China′s coastal regions，and in a relatively small area northwest of lightning activity，lightning frequency distribution of the next day，two observations have some differences. According to OTD/LIS data，frequency of lightning monthly change showed a single peak trend，while data for the ATD monthly change of lightning frequency showed a single valley-single-peak variation type. For the frequency of lightning latitude distribution，these two observations have greater difference.Key words OTD/LIS；ATD；lightning density；latitude and longitude；lightning activity；China雷暴天气是产生于对流系统中的天气现象，且闪电现象具有地域、时效等特征。
一次强降水天气过程的雷暴及闪电活动特征分析
后在 西北 山区发 展起 来 的雷暴 单体所 产 生 ， １ ：Ｏ～ 在 ５０
１ ：０有另外一 个 小的 峰值 ， ６０ 主要 由当时在 赤 城附 近 的 中尺度对流系统产生 。而南部的系统雷暴过程 观测到正 地闪 ８ ６次 ， 负地闪 ８６次 ， ９ 正地 闪所 占的 比例为 ８７ ％ ， ．６
混合大大提高 了降水效 率 ， 造成 当 日北 京市 区重复性 是
强降水和大降水量 的一个重要原 因。 ２ 市 区的降水 强度 与对应雷达 回波强度 的变化具有 ）
定的一致性 ， 回波一般对应强降水率 ， 回波对 应弱 强 弱
时间以后 ， 电场变 的非常强 大 ， 有些 已经超 出观测 范 围。 对应雷达相应 时段情 况 ， 北京 市上 空雷达 回波 面积 明显 比此前时段 的要大 ， 但强回波区的面积有所减 小 ， 明北 说 京上空 的雷暴过程此时处于发展 的后期 ， 垂直运 动较弱 ，
一
仪的上方。１ ：５～１ ：５电场 主要 为正 ， 比北京 上空 ７２ ７４ 对
雷暴 ｌ ：２的雷达 图 ， 以发现在 电场仪位 置的西边 ， ７３ 可 有 条较长 的强 回波带 ， 在东北 也有 一较 强的 回波 区， 电 正 场是他们共 同作用 的结果 。１ ：５～１ ：０平均电场基本 ７４ ８４ 还是 以负 电场为主 ， 对应 雷暴 情况 ， 以看 到大 面积的 回 可 波带处在 电场仪 的上空 。这些分 析表 明， 雷暴不 断生 在 消发展移动变化 的过程 中， 雷暴距离 电场仪 较远时 ， 电场 表现为正 ， 而雷暴体经 过观测 点上 空时 ， 电场表 现为 负 ， 根据 电荷对 电场随距离 的作用原 理 ， 且考虑 到在北 并
打雷闪电的原理
打雷闪电的原理
雷电是一种自然现象，是在大气中发生的一种放电现象。
它的
产生与大气中的水汽、云层、气温等因素密切相关。
下面我们来详
细了解一下打雷闪电的原理。
首先，雷电的产生与云层中的水汽密不可分。
在大气中，水汽
会逐渐凝结成水滴，形成云层。
当云层中的水滴在上升过程中遇到
冰晶时，会发生冰雹的形成。
在云层中，上升和下降的气流形成了
静电场，使云层带正电和负电。
这时，云层内部的正负电荷会不断
积累，形成电场，当电场强度达到一定程度时，就会发生放电现象，也就是我们所说的闪电。
其次，雷电的产生还与大气中的气温和气压有关。
在炎热的夏季，大气中的水汽含量会增加，云层也会更加厚密。
这时，云层中
的正负电荷的分布会更加明显，电场强度也会增加，从而增加了雷
电的发生几率。
此外，雷电的产生还与大气中的气流有关。
当冷暖气流相遇时，会产生大气的不稳定性，形成了云层内的对流运动，使得云层内部
的正负电荷更加分明，电场也更加强烈，从而促进了雷电的产生。
总的来说，雷电的产生是由大气中的水汽、云层、气温、气压和气流等多种因素共同作用的结果。
当这些因素达到一定条件时，就会引发雷电的产生。
因此，我们在雷电天气时要尽量避免在露天活动，以免受到雷电的伤害。
以上就是关于打雷闪电的原理的详细介绍，希望能够帮助大家更好地了解这一自然现象。
沿海地区一次中尺度对流系统闪电活动及降水结构
摘 要 利用 Ｔ Ｒ ＭＭ 卫星 的测 雨 雷达 ， 微 波成 像 仪 ， 闪 电成像 仪 等探 测 数据 ， 研 究 了２ ０ １ ０年 ８
ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ｉ ｎ Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ｃ ｏ ａ ｓ ｔ ａ ｌ ａ ｒ ｅ ａ ｓ
Ｓ Ｕ Ｎ Ｚ ｈ ａ ｎ ｑ ｉ ， Ｚ ＨＯＵ Ｙｕ ｎ ｊ ｕ ｎ Ｆ Ｅ ＮＧ Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ Ｓ Ｕ Ｋｅ ｘ ｕ ｅ ＷＡ Ｎ Ｇ Ｙ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ ・
在 减 弱 阶段 闪电 多发 生在 对流 云 和 层 云 的过 渡 区 中。发 生 闪电 的层 云 和 对 流云 降水 垂 直廓 线表 明： 在 ＭＣ Ｓ的发展 成 熟和减 弱 中在 ４ ｋ ｍ 高度 ， 层 云 降水 率 都达 到 最 大值 ； 在 对 流云 降水 区 中发 生
闪 电主 要 与对流 云上 空含 丰 富的冰 相粒 子和对 流云 发展 厚度 （ 顶高达 １ ７ ｋ ｍ） 有 关。研 究还 表 明 闪
分 类号 ： Ｐ ４ ２ ７ ． ３ ２ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ２ ０ １ ２ ｊ ｍｓ ． ０ １ ２ ８ 文献 标识 码 ： Ａ
… ｇｌ Ｌｉ ￣ ｔ ・ ■ ｎｉ ｎｇ ａ ｃ ｔ ・ ■ ｉ ● Ｖ ｉ ｔ ・ ｉ ■ ｅ ｓ ａ ｎｃ ＇ ｌ ｐｒ ｅ ｃ ‘ ｉ ・ ｐｉ ｔ ａ ｔ ｉ ● ｏｎ ｓ ｔ ・ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ ｏＩ ｄ ｒ ｔ ｌ ｍｅ Ｓ ０Ｓ Ｃ ａ １ ｌ ｅ
地闪过程与降水量及雷达回波相关性特征分析
关 系 ，而与 正 负闪 电 比例 有关 ：负 闪频 数高 则 降
水 强 ； 闪频 数低则 降水 弱 。 筠君 Ⅲ等 利用 地 闪 负 周 与 降水 的相关 性对 一 般性对 流 天气 中的 降水进 行
上 多西 风小槽 移 动 。槽 后 冷平 流 明显 ，在东 移过
程 中不 断加深 ，受西风 槽 的影 响 ，冷空气 沿 河西
南下 影 响陕西 。 西太平 洋 副热带 高压势 力 鼎盛 ， 而
脊线 位置 达 ３ 。 ０Ｎ，长 轴呈 东西 走 向 ，５ ８ｄ ｇ ｍ ８ ａ ｐ 线 控 制陕 西关 中和 陕南 ，华南 地 区处 在副 高南侧 的东风 带 中 ，南 海 多低 值系统 活 动 。陕西 省辖 区
了估测 ，同 时发现 地 闪频数 与层 结最 大不 稳定 能
发挥 气 象现代 化装 备 的整体 效益 ，提高 多源 探测 信息 （ 一代 天气 雷达 、 自动雨 量站 资料 等 ）在 新
该方 面 的预报应 用水 平 。
１ 灾 害 实况及 天气 形势 背 景
７月 ３ １日 ５ ０ｈ ａ乌 拉尔 山到 咸 海 维 持 一 ０ Ｐ 长 波 槽 ，贝 湖 维 持 一 冷 性 低 涡 ，东 亚 中 纬度 维 持 纬 向环 流 ，并 有较 强 的东西 向锋 区配合 ，锋 区
发 生 前 ，地 闪频 数 有 一 个 “ 增 ” 跃 ；短 时 暴 雨 发 生 时 ，地 闪 频 数 较 高 ，正 闪 与 负 闪 的 比例 较 低 ，各 区 最 大 正 负 闪 比例 仅 ６ ７ ， 度 较 大 的地 闪 多 分 布 于 地 闪 密 集 区 。 间 上 ， 闪 密 度 大 值 区 与 短 ．％ 强 空 地
闪电活动的气候学特征研究进展
闪电活动的气候学特征研究进展张义军1马明1,2吕伟涛 1陶善昌 21. 中国气象科学研究院雷电物理和防护工程实验室，北京，1000812. 中国科学技术大学地球和空间科学学院，合肥，230026摘要综述了闪电活动与气候和气候变化相关研究的一系列最新进展。
这些研究表明全球闪电活动可以通过卫星光学方法、地面的单站舒曼共振法以及低频多站时差法进行观测，其结果指出全球闪电密度高值区主要分布在海岸地区、山地地区、中尺度气旋多发地区以及热带辐合带的辐合区内，大陆、海岛、沿海地区所发生的闪电占全球的88%，全球3个闪电密度极大值依次出现在赤道地区的非洲刚果、南美洲大陆和东南亚。
大量的研究结果表明全球闪电活动是与气候和气候变化相关的，在日、5 d、季、半年、年、ENSO、10 a多个时间尺度上，闪电活动对温度做出了一定的正响应，但在更长时间尺度上这种敏感性似乎是减弱的。
闪电活动因易于被持续监测而可以作为监测气候一些重要参数变化的有利工具。
闪电活动是氮氧化物（NOx）的重要产生源，这与臭氧等温室气体以及地球辐射之间存在密切关系。
在短时间尺度上，对流层上层水汽和全球闪电活动之间存在非常好的相关性。
气溶胶对雷暴以及闪电活动的影响还不明确。
气候变化与雷暴和闪电活动之间的相互耦合机制还有待于更多的观测和深入的研究。
关键词 :闪电，气候，温度，气溶胶，水汽资助课题:国家自然科学基金(40705001,50875003)作者简介：张义军，从事大气电学研究。
E-mail:zhangyj@2008-10-08收稿,2008-12-31改回.中图法分类号 P427.3Review on climate characteristic of lightning activityZHANG Yijun 1 MA Ming 1,2 LU Weitao 1 TAO Shanchang 21. Laboratory of Lightning Physics and Protection, Chinese Academy of MeteorologicalSciences, Beijing 100081，China2. School of Earth and Space Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026，ChinaAbstractLatest research results indicate that lightning can be measured by using satellite optical sensor, Schumann resonances and the time of arrival (TOA) techniques at very low frequency. It is observed that high lightning density areas mainly lie in seaboards, mountains, high frequency mesoscale cyclone areas and convergent regions of the tropical convergence zone. 88% of global lightning discharges occur in continent, island and seaboard areas. The three regions hit most frequently by lightning are Congo in equatorial Africa, South America, and South and Southeast Asia. A lot of studies reveal that the global lightning activity is directly linked to the Earth's climate and climate change. The global lightning activity responds positively to temperature changes on many time scales, such as diurnal, pentad, intraseasonal, semiannual, annual, ENSO, and decadal time scales. However, the sensitivity of lightning to temperature appears to diminish at longer time scales. Since lightning can be monitored easily and continuously, it may become a useful tool for monitoring changes in important climate parameters. The lightning dischargeis a significant producing source of nitrogen oxides (NOx) in the atmosphere, which is closely associated with ozone production and the Earth's radiation balance. There appears to be a robust positive correlation between lightning activity and upper tropospheric water vapor on short time scales. The effect of aerosol on thunderstorm and lightning is uncertain. More observations and investigations are needed to identify the coupling mechanism between lightning and climate change.Key words :Lightning, Climate, Temperature, Aerosol, Water vapor。
我国地闪活动和降水关系的区域差异
文章编号 ：１０ ．９ ５２ １）４０ ６ ．８ ０ ４４ ６ （０ ２０ ．５ ９０
我 国地 闪活 动 和 降水 关 系 的 区域 差 异
郑栋 ，但建茹 ２ ，张义 军 一，吴超 ２ ，曾昌军 ２
（ ，中 国气 象 科学 研 究 院／ 电物 理 和防 护工 程实 验 室 ，北京 １０ ８ ； １ 雷 ００ １ ２ ．从化 市气 象 局 ，广 东 广 州 ５ ０２ ；３ １９ ５ ．中国气 象科 学研 究 院／ 害天气 国家重 点实 验 室 ，北京 １０ ８ ） 灾 ０ ０ １
展 的相关研究［］ １表明，闪电资料是改善数值预报 ５ 模式 中强降水 区位置和降水强度的预报效果的关
区的地 闪定位资料和降水观测资料 ，对合理划分
收 稿 日期 ：２ １—９２ ；修 订 日期 ：２ １－１１ ０ ００ —６ ０ １Ｏ ．Ｏ
基 金 项 目 ：国家 自然 科学 基 金 （ １０ ０ ６ １３ ９０）；中 国气象 科 学研 究 院基本 科 研 业务 费专 项 资金 共 同资助 ４０ ５ ０ 、４０ ０ ６ 通 讯 作者 ：郑 栋 ，男 ，河 南 省人 ，副研 究员 ，博 士 ，主要从 事 雷暴 和 大气 电学 的研 究 。Ｅｍａｌ ｈ ＠ｃｍｓ ｍａ ｏ ． ・ ｉ ：ｚｄ ａ ． ． ｖｃ ｃ ｇ ｎ
水关 系的研究却相对落后 ，部分研究虽然关注到
局 部地 区或个 例过 程 。 ，但 对我 国不 同气 候 ¨ 区的两 者 关 系变 化 尚不清 楚 。近 年来 ，随着 闪 电 定 位 系统 的建 设 ，我 国某 些 区域 已经 建成 了较 为 完 善 的地 闪定 位 网 。本文 利 用２ ０年 我 国部 分地 ０５
关 键 词 ：大气物理 与大气环境 ；统计特征 ；相关分析 ；地闪活动 ；降水 文献标识码 ：Ａ Ｄｏ ：１ ． ６￣ｉ ｎ１０ —９ ５２ １ ． ．１ ｉ ０ ９ ９ ．ｓ．０４４ ６ ． ２０ ０ ７ ３ ｓ ０ ４ 中图分类号 ：Ｐ ２ ．２３ ４７ ． ３
产生微下击暴流的风暴单体中的闪电活动
产生微下击暴流的风暴单体中的闪电活动彳何,/硐f杉黟动//\靠晰产鞴鋈暴冬tr.che等r尸赵差,怒1引言1990年夏天,在佛罗里达的奥兰多利用多普勒雷达和一个两站闪电探测系统进行了联合实验.其目的是研究闪电与对飞机危险的天气状况如风切变,揣流和强降水之间的关系.闪电资料的一种可能用途是,或者独立地或者与诸如联邦航空管理局(FAA)的终点多普勒天气雷达(TDWR)或机场监视雷达(ASR一9)这样一些雷达系统相结合,对微下击暴流进行预报和/或临近预报.研究表明,潮湿环境中的微下击暴流通常是与具有高地面降雨率和电活动的对流云相联系的.Williams等和Goodman等指出,在许多情况下,峰值云内(Ic)电闪率是与云的最大垂直发展同相的,并且先于微下击暴流的最大微分速度几分钟.而且,IC活动在早期阶段处于支配地位,以后云地(IG)活动才达到最大.本文将介绍这一ONERA/MlT实验以及使闪电测量与云演变相联系的一些初步结果.2实验的描述2.1甚高额干涉仪闪电探测设备是由法国DIMENSIONS公司设计和投入市场的一种新型无线电干涉测量闪电警报系统(SAFIR).两个远距离天线系统探测来自闪电的甚高频噪声,进行微分相位测量以确定发射源的方位角.方位角测量结果通过专用的9600波特电话线路被传送给中心处理站.在这里计算和显示甚高频源的x—Y位置,而原始资料则被存储起来供脱机分析之用.干涉仪在I1O—l18MHz的国际无线电导航频带内是可调谐的.每个位置的时间分辨率为100~a;采集能力为每秒钟100个位置.对奥兰多实验来说,水平位置的准确度在图1中的阴影区内要优于lkm.在一远距离站做电场波形的宽带测量,以对IC和IG闪电加以鉴别.2.21990奥兰多雷达网多普勒天气雷达测量是利用FAA/MIT林肯实验室试验台TDWR得到的.TDWR是一白窄束(0.5.)5cm雷达.分析工作得到由MIT气象雷达(MIT),北达科他大学(UND)雷达和试验台ASR所做的同时雷达观测的支持.更新率为至少每2.5分钟做一次体积扫描.参考文献1PreliminaryEvaluatlonAutomatedSud~eObse~ing S州…K舢Pilotproject.Natiom]WeatherSet- vice?198642St竹eE.ShortandJ舢A.McNi’~t.TheAutomated SurfaceObse~ingSym}AProgramOverview. NWS,SilverSoftng.Mar/landNationImp]emematlonplanfortheMederni~tlonand AmodatedR~tructuringoftheNadonalWeatherS一vice—NOAA1991AnnualUpd日teReport,June1991 AutomatedSurlaceObservationSystemTechnicalRd—erenGuide.AAIemaMa~emen!.Inc.1993圈I奥兰多雷达网:ASR,MIT,TD-WR.UND和SAFIR干涉仪(ITF).距离甩km表示3甚高频活动与微下击暴流发生之间的一般比较SAFIR系统从7月中旬开始运转到9月中旬.在雷达和闪电探测系统的分析范围内发生过61次微下击暴流.下面概述外流和甚高频活动的相对定时和大小.只考虑了那种在微下击暴流爆发以前10分钟内开始的甚高频活动这样得出的微下击暴流与先行闪电活动之间的延迟要小于它们的实际值:对于93的微下击暴流,闪电在地面的外流开始以前发生.就其中65的情况而言,延迟超过了10分钟.对77的微下击暴流来说,甚高频活动的第一个峰值最早可出现在外流开始以前10分钟——平均大约为5分钟.对于91的微下击暴流,最大外流以前观测到的第一个活动峰值间的平均延迟为9 分钟.4详细分析4.1可以从甚高频系统得到的信息一次电闪是由一系列基本的大气放电过程组成的.对电闪所产生的电磁辐射已由一些实验人员做了测量.把强度对距离及带宽归一化后作为频率函数的窄带测量表明,闪电辐射的频谱近似地以1/f而缩小.CG电闪中的回击过程可产生低频(LF)和高频(HF) 范围(IkHz--10MHz)内的强辐射.我们的干涉仪所敏感的甚高频辐射大部分是由在CG 和IC电闪中遇到的击穿前放电和先导放电所产生.电闪的总持续时间一般小于1秒钟, 它可能包含以下阶段;.击穿靛的活动在一个Ic放电中或者先于一个CG过程中的回击前所包含的向下负梯级先导开始之前200毫秒(ms)内发生.击穿前的活动在高频和甚高频范围内以数百ms的时段,每10s一个或几个脉冲的速率而辐射.梯级先导是一种负放电过程.梯级先导起初是建立CG闪电到地面的通道,它也是Ic闪电的一部分.梯级先导有零点几米的梯级长度,以大于10m/s的速度传播.它在高频和甚高频范围内辐射;梯级是louis到100~s之间的间隔重复的几kA的快上升时间电流脉冲.梯级先导传播的持续时间小于10ms.正先导以大于10.m/s的速度传播它和梯级先导(它同时传播)组成一个中性的双向放电过程.它的传播是脉冲式的,但其电流很小,因此辐射的能量要比负梯级先导所辐射的小得多.传播的持续时间可能为几百ms. 以前的结果显示,我们的设备没有探测刘这种先导.反冲流光是被假定为在由先行的正先导所造成的通道内传播的高电流1c连接放电.反冲流光的速度超过10’m/s;峰值电流可达到几十kA.这种放电与电场中的K变化相对应,并且主要在甚高频范围内辐射.反冲流光的持续时间可长达800~s,但是根据在法国西南部观测到的一次30分钟风暴所计算出的平均持续时间则为150~s.直窜先导以超过10m/s的速度在先行的闪击通道内传播并触发起第二次和继后的闪击.它的持续时间为几mS,它在甚高频范围内辐射.直窜先导的辐射与反冲流光的辐射相类似,由以至少每s一个的速率辐射的脉冲组成.-回击是在先导与地面接通时发生的.它由在先导通道内传播的高电流脉冲组成.其衰1三个风●日蔷高频活动的分析挺《髫圈2一组7堍云的最大电田辜与4OdBz等值线罱太高度之闻的相关性速度高达10Bm/s,其大小可以超过100kA, 它的典型持续时间不到100/m.虽然回击的甚高频辐射在振幅方面要比低频的小得多, 但是辐射的能量却是足够大的,以致被我们的设备探测到了.4.2闪电现象学分析的标准我们定出了识别电闪及其组成的算法.利用两个标准来确定一组点是否属于一个单个电闪.(1)电闪的总持续时间必须不大于或等于一秽钟.(2)一个电闪内两个相继的点分开的水平距离不超过25km,即相当于水平速度不超过5x10m/s的一段距离.在一个电闪内,一个反i巾流光或直窜先导过程是作为具有以下两种特性的一些点的爆发而被识别的:(1)至少两个位置(即使以前的测量证明反冲流光平均持续时间可能小于200/m),(2)点的隔开不能超过 (即允许甚高频活动两个相继采样低于阈值)以上解决了在甚高频接收机中任何灵敏度不够时出现的问题.一个负先导是至少10 个点的一次爆发.4.3三个风暴日的一般电活动情况本节介绍对三个微下击暴流日的闪电和一56一雷达资料的分析.图2对所详细分析的7个单体的每个单体中40dBz回波的最大高度和最大电闪率进行了比较.正如由Williams以前做的分析所预计的.最大电闪率随云高迅速增加,因此它是对雷暴对流活动的一个很好的量度.表1对所分析的每天列出了闪电位置,电闪,暴流和先导的总数.一个技术问题在8 月18日中造成了一次7分钟的闻隙从这些统计资料我们注意到:(1)除8月18日的第一部分(8月18日I)之外,平均甚高频源或”点探测率对于1个半小时(每分钟105个位置)的持续时间基本相同(2)三个序列之间识别出的爆发率是彼此一致的(每分钟约18次爆发),而8月18日I,平均爆发率和其平均定位率一样,比在其它情况下小30.(3)具有类似的点探测率的三个序列(8月16日,8月18日II和8月22日)显示出不同的电闪率和不同的具有负先导探测的电闪百分率.(4)8月18日I是一个强闪电活动段的初始阶段我们观测到一个高平均电闪率和探测到先导的电闪却有最低的百分率.这些电闪中许多是通过单点而被识别出来的,因此可能没有探冽到先导.过去的工作(例如Williams等)指出,活动的开始可能只包含较少数的CG电闪,即较少数的负先导.4.48月16日的第6号微下击暴流6个外流是于1990年8月l6日由TD-WR识别出来的本节将分析由TDWR在盂套星图3MB6母云最大反射率的时高廓线.反射率等值线是以10dBz的增量画出的22:44丑5223:DO23:1223.20时间’uT)30一{20畿10制套甏圈4MB6的徽下击暴流微分速度(带点的实线)和相关的闪电演变——总电闪率(实线),CG电闪率(长划线)和先导率(粗虚线) 图5电活动的位置(IN影区)先导质心(白点和黑点),地面反射率(实轮廓线)和外流(虚线).在22时45分到23时期间电活动以每个16次电闲/公里的间隔增加阴影度22时42分首先识别出来的第6号外流(MB6).造成外流的风暴单体的演变是由晟大反射率的时间高度廓线(图3)及电闪率和外流曲线(图4)来加以描绘的.在时高廓线中,40dBz回波达到14km的最大高度.一个60dBz反射率的强核心在中间高度形成,22 时48分开始降落到地面.在高空,连续的强垂直发展与最大电闪率的时期相一致(见图4).22时54分Ic活动达到最大;一分钟以后CG活动达到峰值.总峰值电活动是在22 时58分发生的,具有34个电闪/分钟的值. 在22时55分反射率核心的着地与在23时O6分产生最大微分速度为24m/s的徽下击暴流的爆发同时发生.与以前的研究类似(Williams等和Goodman等),雷达回波的垂直发展与电闪率同相,并先于地面的峰值外流8分钟.微下击暴流位置叠加在图5中所表示的甚高频活动的广大区域上.这一单体中的电活动与晟活跃阶段相对应,有以下特点:探测到4720个甚高频源(181个源/分钟),-463个电闪(17.8个电闪/分钟),826个暴流(37.7个暴流/分钟),探测到36个负先导(全部电闪的7.8探测到先导).这一电活动要比在同一天观测到的平均一般活动大(表1).我们注意到在先导率探测与CG电闪率之间有良好的定性相关性. 这支持了这样一种想法,即我们识别为负先导的放电过程是与CG闪电相联系的.我们曾观测到每个电闪的爆发数和爆发平均持续时间的有规律的增加(23时前后每个电闪最多8个爆发和持续时间为600~s). 爆发平均水平速度的分布显示峰值出现率是在2与5X10m/s之间.相继爆发之间时间间隔的出现率分布显示有三个峰值:1和3ms之问为1.8,10和30ms之间为12.0,100和300ms之间为13.3%.这一点在第5节中将做比较充分的讨论.关于负先导及其与微下击暴流的关系令人感兴趣的一点是,先导的水平发展是被局限在一个直径大约为5km的区域内,先导的平均位置始终在微下击暴流位置的附近(见图5).4.s8月I6日的第5号微下击暴流这一外流(MB5)是从23时07分到23时33分在MB6的西南发展起来的.23时17 分外流速度达到最大,为20m/s.甚高频活动则是在22时31分到23时28分之间在MB5 的附近观测到的.MB5母云最大反射率的时高廓线如图6所示.这一单体表现出强的垂直发展,但不如前面个倒中那样强.本倒40dBz等值线达到llkm高.和在前面的个倒分析中的一样,23时O4分在中间高度形成了一个65dBz核心, 这一核心降落到地面与微下击暴流同相.电闪率在23时--23时20分期间内达到最大(图7),与冻结高度(～4.7km)以上反射率的强向上发展同相和以前一样.这种高空发展要先于反射率核心的着地,它是造成峰值电闪率与徽下击暴流强度之间3分钟延迟的原因.正如以前所指出的,垂直发展的程度比较小导致了电闪率要比在以前情况下的电闪率小.23时O5分Ic活动选到第一个峰值;8 分钟后CG活动达到峰值(图7),这与Williams等和Goodman等的结果相一致.这一活动要比在这一天观测到的平均总电活动弱得多1402个位置(24.6个位置/分钟——1/4平均率),i01个电闪(1.8个电闪/9钟——I/5平均率),239个暴发(4,2个暴发/9钟——t/4平均率),由干涉仪观测到12个负先导(全部电闪的11.9——类似于平均率).我们注意到,各个负先导大部分是在外流的附近发展的(见图8).每个电闪的爆发数,爆发平均持续时间和电闪平均持续时间一直到电活动结束都在有规律地增加.爆发平均水平速度的分布显示最大出现率是在5×i0’和107m/s之间.相继爆发之间时间间隔的分布,其特点与MB6的情况相同.即观测到出现率的三个局部最大值:在1和3ms之间为6.7,在1O和30ms之间为iS.5,在i00和300ms之间为II.3N.除1—3ms间隔之外.总峰值出现率在i00和200ms之间为10.这些值接近于对MB6得到的值,现讨论如下.5讨论盎求E赶垤时间(UT图6MB5母云最大反射串的时高廓线.反射率等值线是以1OdBz增量面出的,附加的虚线是一条6MBz等值线图7与图4同,但是关于MB5的图8和图6相同.但是关于具有电活动的MB5的.在23时至23时30分期间电活动5十电闪/公里(转封四)(接58页)本实验将闪电和以空间分辨率比对流单体要小的雷达观测结果做了比较.在9l的情况下,Ic活动的峰值要先于最大外流,这证实了Williams等和Goodman等的结果.对于一些个例,我们观测到了Ic电活动的开始与中间高度和高空倾斜辐散(即在7kin和7kin以上沿PP1的辐散)发展之间的相关性.这一特征的存在可能暗示在这些高度上有一上升气流.虽然这种解释与时高廓线相一致,但是这一特征的解释及其与电活动的关系却尚待多普勒分析的证实.资料证实.电闪率是与雷雨云的垂直发展密切相关的.因此,它是对云的对流能量以及发生强降水,湍流和风切变的可能性的一种似乎合理的量度.干涉仪探测到了最强的和昂近的负梯级先导过程.我们还确认了,当风暴比较靠近测量站时,探测到先导与电闪比率增加.与一回击识别系统的时间比较证实,这些先导是与先于回击的CO过程相联系的.已知所观测到的爆发传播乃是反冲流光或直审先导过程所致.用高分辨三维干涉仪所得到的这种现象的速度分布表明,对于在法国西南部一个20分钟的风暴期间所探测到的一组800个爆发,其平均速度为2×10m/s.这些结果与在这里所介绍的佛罗里达风暴的结果一致.即使实际分布是集中在一个稍低的速度上(例如,MB5为10m/s),这也意味着传播主要是在水平方向.这一点支持了由Krehbiel所得到的结果,即正先导的传播(在认为反冲流光在其中传播的通道内)具有一个重要的水平分量.相继爆发之间时间间隔的分布多半包含三个峰值.第一个峰值(1到3ms)的典型是对M一变化所观测到的,在那种情况下可能与一个连续过程(和正放电的传播相对应)有关.第二个峰值(10到30ms)与相继反冲流光之间的平均间隔相对应.第三个峰值(100--200ms)可能与先于回击过程的直窜先导相对应.这一点可以从一些统计结果中推知.这些统计结果表明,在肯尼迪空间中心(Ksc),自然闪电的闪击之间的平均间隔为86ms,和在KSC用电线和火箭技术引发的一切电闪的平均间隔相同.就这两个实验而言,已经查明每个电闪的平均闪击数为两个或三个.此先导数和最后一类的爆发数之比的结果是与这一观点是一致的.另一次ONERA/MIT实验是为I991年夏季计划的.三台多普勒雷达观测与甚高频活动的三维绘图结合,闪电测量在对飞机危险的天气预报的应用上人们将有更多了解.郑志超译自《第25次国际雷达气象学会议文集》郭昌明校气象科技(季刊,1973年创刊)1994年第3期(总139期)主办单位气象科编辑气象技情报研究所科技编辑部(主编汪永起)出版气象出版杜(北京西郊白石柝路46号)印刷装订中国地质大学(北京)轻印刷厂一九九四年九月出版国内统一刊号CN11-2374(国内发行)定价300元气象科技一九九四年第三期。