低纬高原强对流天气的闪电活动特征及其在预警中的应用

Convective rainstorm and hailstorm frequently occur and result in serious disaster in Lower Latitude Plateau of China. Lightning frequencies, polarities, and lightning types (IC and CG) are known to be related to microphysical and dynamical processes within storms. Lightning itself may provide a useful tool for nowcasting severe weather. The purpose of this project is to focus on the study of lightning activity in severe weather in Lower Latitude Plateau of China and its relationship with microphysical process and precipitation structure by using information from Doppler Radar、conventional meteorological data、TRMM data and CG lightning location system. The characteristics of lightning activity in severe weather, especially convective rainstorm and hailstorm are disclosed. The method of nowcasting severe weather is founded on the basis of lightning data. The study is helpful to promoting the evolution of operational lightning short-term forecast, improving the lightning protection and disastrous convective weather forecasting.

对流性暴雨和冰雹等强对流天气是低纬高原地区频发、破坏性极大的灾害性天气。由于闪电频数、极性和放电类型（云闪和地闪）等闪电活动特征与风暴云中微物理过程和动力过程紧密相关，因此，风暴中闪电活动特征的变化可作为预警灾害性天气的有用工具。本研究的目的就是综合利用地面地闪定位资料、多普勒天气雷达资料和地面常规气象观测资料, 并结合TRMM卫星提供的闪电、雷达及微波产品分析高原地区强对流天气过程中闪电活动及其与云物理及降水结构之间的关系,揭示灾害性天气过程，特别是对流性暴雨、冰雹过程中闪电活动特征;基于灾害性天气中闪电活动演变规律，建立预警低纬高原强对流天气的方法。为雷电和灾害性天气过程的监测、预警提供科学依据和方法。

项目严格按照计划进行，基本完成了研究内容和目标。综合利用地面地闪定位资料、多普勒天气雷达资料和地面常规气象观测资料, 并结合TRMM 卫星提供的闪电资料分析高原地区强对流天气过程中闪电活动及其与云物理及降水结构之间的关系。研究表明：高原上平均闪电密度为4.7fl yr-1 km-2，并在高原南部（21.75ºN，101.75ºE）出现闪电密度峰值，为30.6flyr-1km-2。高原闪电活动呈现出明显的季节变化和日变化，高原大部分地区闪电活动最强月出现在7至8月。闪电活动在11月最弱。闪电活动的日变化表明，高原闪电活动绝大多数发生在午后至傍晚时分。高原闪电活动的空间分布和发生时间与地形密切相关。高原强对流风暴中地闪活动常出现在-10℃层等高平面上大于30dBZ的回波区域,垂直液态水含量与地闪频数的相关性较差。地闪活动对于不能有效预警冰雹等强对流天气的发生。对正、负地闪雹暴的大气环境进行对比发现，在中层（700-500hPa）平均相对湿度比较低（小于50%）、地面露点温度也比较低和700hPa与500hPa温度梯度比较大的大气环境，冰雹云主要以正地闪放电为主，属于正地闪雹暴。与之相反，在中层（700-500hPa）平均相对湿度比较高（大于50%）、地面露点温度也比较高和700hPa与500hPa温度梯度比较小的大气环境，冰雹云主要以负地闪放电为主，属于负地闪雹暴。对流性暴雨过程中地闪活动强弱和正地闪比例明显不同，单位地闪对应的降水量也差异显著。但在地闪活动的高密度区对应强降水区；从时间演变上看，地闪活动和降水变化基本上具有一致性，地闪峰值的发生一般会提前降水峰值1至半小时左右。地闪频数和-10℃层等高平面上大于30dBZ的回波面积存在线性相关。在多普勒雷达盲区，地闪活动可以作为监测和预警强对流天的有效工具。