卫星资料分析中国区域闪电活动的研究

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为了发现我国区域闪电活动的时、空分布特征,揭示闪电分布差异成因和对流活动发生机制,用1998-2005年TRMM卫星携带的闪电成像传感器(LightningImaging Sensor—LIS)观测的闪电资料,结合地形、行星反照率、地表特征和卫星等资料,分析、研究了我国华东、华中、华南、台湾和西南等地区的闪电活动。 在资料的对比分析中,进行了相关分布统计对比;在闪电活动时间和空间分布的分析中,主要采用了多时、空尺度的分类统计方法,对多个区域进行了统计分析;在研究地形对闪电的影响时,统计了闪电与地形海拔的关系,用地形和天气资料计算了迎(背)风坡、Froude数和地形扰动涡度项等;分季节、分类型统计了下垫面特征对闪电活动的影响;用候平均黑体辐射温度(TBB)作为天气系统时空尺度的标志,以发现闪电分布差异的机制;用大气层结稳定度和对流参数分析方法计算了对流参数,并用相关分析统计了候闪电与对流参数的相关性,用回归方法得到了基于对流参数的闪电概率预报方程。 本研究的主要结果和结论有: 1.资料对比:与地基闪电定位、多普勒雷达等资料的对比,认为LIS闪电定位资料的空间分辨率和精度满足本研究的需要。另外,LIS闪电常对应雷达的强回波,闪电次数随着雷暴强度增强而增加;闪电多发生在GPS/Pwv可降水水汽值位于44-76mm时;闪电活动频繁时,常有暴雨、短时强降水或强对流天气。 2.闪电空间分布:闪电活跃中心主要分布在华南沿海地区和华东的淮河流域,华东南部沿海、四川盆地和台湾岛闪电活动也较活跃。闪电的空间分布与季节密切相关,闪电活跃区春季在华南沿海,然后逐渐向东北方向扩展,梅雨季节在黄淮地区,盛夏季节扩展到华东大部分地区。 较大尺度的闪电分布主要受天气系统的影响,如华南季风、梅雨锋和副热带高压等;中小尺度闪电分布的差异主要受地形和下垫面属性的影响,如地形动力抬升、下垫面物理特性差异及其造成的温度、湿度分布不均匀。 3.闪电时间分布:各地年总闪电数的变化趋势有雷同性和差异性;月闪电 分布主要有单峰型和双峰型,日闪电数分布也呈现类似的两类;华南和西南地区的闪电对流活动在4-8月,华东和台湾在7-8月;主汛期闪电的日变化有午后型和午后-晚间型,夜间闪电比例在海洋、盆地和大范围水体等处较高,在山地、热带海岛、沿海地区较低。 太阳辐射的季节变化和天气系统是闪电时间分布的主要原因,所属气候区和地形也有一定影响;云体上下辐射差异是夜间闪电活动相对强弱的原因之一;以候为单位的统计能够描述季风、梅雨、副高等对闪电季节性变化的影响。 4.闪电与地形:闪电随地形高程的分布有三类,即随高度增加型(孤立山地)、随高度缓慢递减型和随高度快速递减后又有所增加型;与Froude数的对比表明,闪电密度和水平分布与低层过山气流的强弱有关,风小时闪电多集中于山顶,风大时闪电多分散于海拔较低处。迎风坡是山地对流活动的主要机制之一,地形扰动对水平涡度有正贡献,导致山区的对流活动强于周边地势平缓地区。 5.闪电与下垫面:闪电活动在反照率上的分布有季节变化;反照率高时白天闪电活动较强,低于13%时夜间闪电略强;春季高闪电密度在较低的反照率上,而夏季在较高的反照率上。闪电活动在不同地表上差异明显,在一些地表上有明显的季节性差异和日夜差异。有闪电发生候的平均TBB值在山区和沿海地区较高,地势平坦、山谷、河谷和湖泊等处较低,揭示了各地对流活动的尺度差异,表明下垫面和地形是局地闪电活动差异的主要原因。 6.闪电与对流参数:对流能量越高、不稳定条件越好、饱和层高度越低、水汽越多、垂直风切变越小,闪电发生的可能性越大、次数越多;闪电活动与对流参数相关程度有地区性差异,较好的在华东的中部、北部和华南;水汽对闪电活动的作用在华南比华东明显;季风对流指数SW82在华南地区能够较好地描述4-6月的闪电活动趋势;对流参数可以用于预报闪电发生可能。 7.提出了几种闪电活动分布的概念模型:闪电高发区的有孤立山地、迎风坡、海陆风锋、地形的水平辐合抬升和重力波,闪电低发区有河谷、山谷或盆地、背风坡、大范围水体和海洋。 本研究的成果对研究闪电气候、分析闪电形成机制的地区性和季节性差异、布设地基闪电业务探测网、雷暴预警和防灾减灾有重要指导意义。
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