强风暴中的闪电活动与流场特征关系研究

本项目以强风暴天气过程中闪电活动的变化过程及相应的流场特征为重点分析对象，综合利用上海地区强风暴天气的全闪（云闪和地闪）、双S波段多普勒雷达和X波段车载雷达观测资料，基于较成熟的双雷达风场反演技术，获取强风暴内部的三维风场，结合地面自动气象站风场观测，综合分析强风暴重点区域（闪电活动区以及高反射率-无/弱闪电活动区）较为完整的三维流场结构，研究闪电活动的时空变化以及相应的雷达反射率和流场特征演变，提炼和优化能够表征强风暴动力过程且与闪电活动关系密切的流场特征参数，分析这些参数对应不同闪电活动特征的分布规律，发展流场特征与闪电活动特征的参数化关系，建立强风暴流场结构与闪电活动关系模型，探讨流场特征对闪电活动的支配机理。该研究对于深化雷暴起电、放电与动力-微物理过程之间相互耦合机制的认识有重要科学意义，在雷电预警、预报业务以及闪电资料在强天气预警、预报中的应用方面有潜在应用价值。

项目主要成果如下：1）搜集整理了近十年左右的强风暴综合观测资料，编程实现了双雷达风场反演技术，参与开发了强风暴综合分析系统；2）构建了超级单体雷暴中起电区域、电荷三维分布、闪电起始三维位置、闪电传播尺度与超级单体动力结构和不同相态粒子分布之间的空间配置关系模型；3）建立了上升气流参数与闪电活动之间的相关关系，发现闪电活动往往分布在弱上升气流、弱涡度等区域，指出强上升气流区往往对应起电区，而弱上升气流区对应电荷分离和聚集区，从机理上给出了闪电活动与动力条件空间对应关系的原因；4）揭示了多单体雹暴合并时的不同类型，指出了雷暴结构变化与闪电活动的密切关系；5)研究了冰雹过程的闪电突变特征，以及冰雹直径与地闪极性的联系；6）给出了台风中闪电活动的径向分布规律，指出眼壁的闪电爆发与台风发展阶段以及路径转折的关系，揭示了台风不同区域对流强度、亮温和雷达反射率等与闪电活动之间的对应关系；7）指出了闪电活动与降水关系随气候带由潮湿取向干旱而变强的特点，建立了北京地区基于大气不稳定状态和雷暴强度划分的闪电和降水关系，以及上海和武汉地区闪电活动与云内水成物粒子含量之间的联系；8）参与发展了中尺度雷电模式，在GRAPES和WRF模式中成功写入起、放电参数化过程；9）揭示了对应海陆不同下垫面，闪电活动在日变化、电流强度、正地闪比例、大电流地闪比例、闪电和降水相关性、单个闪电对应降水量等方面存在明显差异；10）发现一种新的触发先导类型，即新的上行放电在被企图先导在原有通道触发，其极性和传播方向与企图先导相反；11）第一次给出了广东闪电综合试验中触发闪电的回击电流特征。