基于双线偏振雷达的雷暴微物理结构研究

The Electrification of thunderstorms is based on the microphysics processes, understanding and characterization of thunderstorms microphysics are important for accurate lightning forecasts (LF). The objective of this proposal is to improve understanding microphysics of thunderstorms in Yangtze-Huaihe river basin of China in summer with polarimetric radar. On the basis of optimal radar retrieval method of hydrometeor classification, and the quantitative evaluation of error structures of retrievals, we will better understand microphysics of thunderstorms with further study on structure of hydrometeor, kinematic feature and their evolution, and comparison between lightning and non-lightning convective. This study will also help to improve the LF ability, and increasing the safety of people and property.

雷暴起电主要是通过微物理过程造成的，对于雷暴微物理结构的认识和量化有利于提高闪电预报能力。该项目申请的核心在于利用先进的性能良好的双偏振雷达研究我国江淮地区夏季雷暴微物理结构特征。在准确建立雷暴相态反演方法，和定量分析反演合理性的基础上，深入研究雷暴系统内部粒子相态结构、动力特征和演变,对比分析发生闪电和不发生闪电雷暴的差异。更好的理解雷暴微物理过程，该研究也为提高我国业务闪电的预报建立观测基础。

江淮地区经济发达，人口密集，是我国闪电高发区之一，雷暴对该地区经济和人民安全造成严重影响。为提高该地区对雷暴预警和预报能力，认识其在季风不同阶段时空变化和微物理特征是关键所在。本项目结合业务S波段雷达、地闪观测、以及强对流野外观测收集C波段双线偏振雷达资料，统计分析了南京地区的雷暴时空间分布和结构特征基础上，比较了两个闪电多发期梅雨期和梅雨后期环境条件如何控制雷暴微物理过程和地闪，并通过一次典型个例分析了雷暴演变过程中动力和微物理过程关系及其对闪电活动的影响。. 研究发现梅雨期对流风暴受到梅雨锋影响，主要集中在沿长江地区；对流风暴表现为两个日变化峰值和相对较弱的日变化特征，早上对流风暴发生频繁但风暴顶高较矮，反射率因子较弱，造成较少地闪和较强平均电流强度；下午大气不稳定增强，对流风暴顶高上升，反射率因子增强，地闪发生较早上更多，平均电流强度较弱。.其次，微物理特征研究发现梅雨期不稳定能量较弱，暖云厚度较深，不利于因素明显，但风切变较强，雷暴组织较好，因此仍然能在0~-10 ℃区间形成一定量霰粒子和过冷水，造成较少地闪。梅雨后期不稳定能量较强，暖云厚度较浅，雷暴发展旺盛，霰粒子和过冷水较多，有利于雷暴起电，形成地闪较多。. 最后，发展了基于贝叶斯最优化理论的C波段雷达相态分类方法，提高了相态分类精度。在此基础上，结合雷达四维变分风场反演技术，对南京一次深厚湿对流过程进行了分析，观测发现KDP负值区域，这与强电场竖直冰相态粒子有关。霰粒子体积和大于5 m s-1上升气流体积峰值对低电流强度频率中心有指示作用。. 通过以上研究，更好的认识和量化了江淮地区梅雨期不同阶段环境条件如何影响雷暴结构、日变化和微物理特征以及地闪活动。进一步理解雷暴微物理过程，也为提高我国业务闪电的预报建立观测基础。