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北京城区相继多次降雹的一次强雷暴的闪电特征

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大气科学 2020年第3期44卷 601-610页

作者：孙萌宇郄秀书孙凌刘冬霞王东方袁善峰陈志雄徐文静孙成云苏德斌中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室北京100029 成都信息工程大学大气科学学院成都610225 中国气象局北京城市气象研究所北京100089 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

受东北冷涡和低层暖湿气流影响,2016年6月10日北京午后爆发了相继5次降冰雹的一次强雷暴天气过程。利用国家"973"项目"雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理(雷暴973)"2016年夏季协同观测期间获得的闪电全闪三维定位和... 详细信息

受东北冷涡和低层暖湿气流影响,2016年6月10日北京午后爆发了相继5次降冰雹的一次强雷暴天气过程。利用国家"973"项目"雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理(雷暴973)"2016年夏季协同观测期间获得的闪电全闪三维定位和多普勒天气雷达等资料,详细分析了此次雹暴的闪电活动和雷达回波特征。此次雹暴过程包括三个孤立的单体相继发展、并合,所分析的4次降雹过程中,总闪电频数在降雹期间都有明显增多,最高可达179 flashes min-1。云闪占全部闪电的80%以上,其中3次降雹前出现正地闪突增,其比例升高,占全部地闪的比例最高达58%。降雹时雷达回波>45 dBZ的面积增大,顶高超过13 km。整个雹暴过程,闪电辐射源主要分布在6~10 km的高度区域,与强回波具有一致性。所分析的4次降雹过程均出现明显的总闪频数跃增,并通过2σ阈值检验,其中3次提前时间为8~18 min,说明总闪频数对于降雹过程有一定的预警能力。

关键词：雹暴闪电活动辐射源三维定位雷达回波

飑线系统中的闪电活动与雷达回波特征的相关性研究

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大气科学 2022年第4期46卷 835-844页

作者：于函张鸿波刘冬霞陈志雄田野袁善锋王东方卢晶雨周筠珺郄秀书成都信息工程大学大气科学学院成都610225 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室(LAGEO) 北京100029 福建师范大学地理科学学院福州350007 中国气象局北京城市气象研究院北京100089 北京市气象局气象探测中心北京100081 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

基于北京宽频带闪电网(Beijing Broadband Lightning Network,简称BLNet)获得的全闪三维定位和多普勒天气雷达等资料,详细分析了2015~2017年北京暖季7次强飑线过程的闪电活动与雷达回波强度之间的关系。结果表明,闪电主要发生于前部线... 详细信息

基于北京宽频带闪电网(Beijing Broadband Lightning Network,简称BLNet)获得的全闪三维定位和多普勒天气雷达等资料,详细分析了2015~2017年北京暖季7次强飑线过程的闪电活动与雷达回波强度之间的关系。结果表明,闪电主要发生于前部线状对流云区内且集中分布在30 d BZ以上的强回波区域,少部分的闪电分布在后部的层状云区域内。从闪电辐射源三维分布结构可以发现,闪电活动大部分处在6~11 km的高度范围。将能够同时反映强回波深度和面积的0~-30°C温度区域内大于30 d BZ雷达回波体积(V)作为强回波指标,并与闪电活动进行统计分析发现,整体上在7次飑线过程中,总闪频数和V存在较好的相关性,其中5次过程的闪电频数峰值同时或提前于V的峰值出现,二者的时滞相关系数超过0.61,提前时间为0~96 min。另外两次过程中闪电峰值落后于V峰值,落后时间分别为30 min和60 min。研究结果不仅对认识闪电与对流活动的关系有重要的科学意义,也可为闪电资料在数值模式中的同化应用提供科学依据。

关键词：飑线闪电活动大于30 dBZ雷达回波体积滞后相关

北京一次强飑线过程的闪电辐射源演变特征及其与对流区域和地面热力条件的关系

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大气科学 2019年第4期43卷 759-772页

作者：孙凌陈志雄徐燕孙竹玲袁善锋王东方田野徐文静郄秀书中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 中国气象局北京城市气象研究所北京100089 北京市气象探测中心北京100176 成都信息工程大学成都610225

利用2015年夏季北京闪电综合探测(BLNET)总闪辐射源定位、多普勒天气雷达、地面自动气象站和探空资料等多种协同观测资料,详细分析了2015年8月7日北京一次强飑线过程不同阶段的闪电特征,并探讨了闪电与对流区域和地面热力条件之间的关... 详细信息

利用2015年夏季北京闪电综合探测(BLNET)总闪辐射源定位、多普勒天气雷达、地面自动气象站和探空资料等多种协同观测资料,详细分析了2015年8月7日北京一次强飑线过程不同阶段的闪电特征,并探讨了闪电与对流区域和地面热力条件之间的关系。飑线过程整体上以云闪为主,根据雷达回波和闪电频数可以将飑线过程分为发展、增强及减弱三个阶段。发展阶段表现为多个孤立的γ中尺度对流降水单体,随着北京城区降水单体的迅速发展,强回波顶高延伸到-20℃温度层高度,闪电辐射源高度也逐步增加,闪电明显增多,但总闪电频数整体低于80次/min。增强阶段单体合并,闪电频数快速增长,0℃层以上及以下的强回波(>40 d BZ)体积明显增大,飑线形成后,总闪和地闪均达到峰值,分别约248次/min和18次/min,负地闪占总地闪比例为90%,辐射源主要分布在线状对流降水区内,辐射源数量峰值出现在5~9 km高度层。减弱阶段飑线主体下降到0℃以下并迅速衰减,辐射源分布明显向后部层云降水区倾斜。95%的闪电发生在对流线附近10 km范围内,即对流云区和过渡区。在系统发展和增强阶段,对流云区与层云区辐射源的活跃时段基本一致;系统减弱阶段,对流降水云区辐射源数量迅速减少。在系统的不同发展阶段,闪电活跃区域对应于冷池出流同平原暖湿气流在近地面形成的相当位温强梯度带内。

关键词：飑线闪电辐射源雷达回波相当位温对流云区

一次具有对流合并现象的强飑线系统的闪电活动特征及其与动力场的关系

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大气科学 2018年第6期42卷 1393-1406页

作者：徐燕孙竹玲周筠珺袁善锋陈志雄刘冬霞王东方田野徐文静郄秀书成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室成都610225 中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室北京100029 中国科学院大学地球科学学院北京100049 中国气象局北京城市气象研究所北京100089

受东北冷涡与副热带高压西北部暖湿气流影响,2015年7月27日北京地区爆发了一次具有明显对流单体合并特征的强飑线灾害性强对流天气过程。利用北京闪电定位网(BLNet)总闪定位、多普勒雷达和探空资料等,详细分析了此次飑线过程整个生命史... 详细信息

受东北冷涡与副热带高压西北部暖湿气流影响,2015年7月27日北京地区爆发了一次具有明显对流单体合并特征的强飑线灾害性强对流天气过程。利用北京闪电定位网(BLNet)总闪定位、多普勒雷达和探空资料等,详细分析了此次飑线过程整个生命史期间不同对流区的总闪活动特征。结果表明,整个飑线过程以云闪为主,地闪活动以负地闪为主;对流单体合并时云闪数量激增,飑线过程后期正地闪比例跃增。93%的闪电主要分布在距对流线10 km范围内,层云区闪电较少;层云区的闪电电荷来源主要是由对流区的电荷经过过渡区输送而来,正地闪更易发生在过渡区和层云区。对流合并过程中有大量的水汽集中,垂直积分液态含水量(VIL)峰值超前闪电峰值24min。利用变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)对这次过程的三维风场进了反演,据此对单体合并期间闪电增强的动力原因进行了研究。根据VDRAS反演的动力场来看,对流云单体合并主要发生在低层辐合区内,合并后上升运动加强,上升气流范围变大,闪电活动显著增强,并主要发生在具有较强垂直风切变的区域,少部分闪电发生在对流区后部开始出现下沉气流的区域。

关键词：飑线闪电对流区层云区对流合并

一次中尺度对流系统层云区域的电场探空观测和电荷结构研究

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高原气象 2021年第6期40卷 1531-1541页

作者：张鸿波郄秀书刘明远蒋如斌陆高鹏陈志雄孙竹玲刘瑞婷李进梁郑天雪陈洪滨中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室北京100029 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国科学院大学北京100049 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 福建师范大学地理科学学院福建福州350117 北京城市气象研究院北京100089

基于自主获取的双金属球电场探空仪穿云观测数据,结合地面大气电场、天气雷达、闪电定位等综合观测资料,对华北平原地区一次中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)层云区域内的探空电场和电荷结构进行研究。探空系统上升和... 详细信息

基于自主获取的双金属球电场探空仪穿云观测数据,结合地面大气电场、天气雷达、闪电定位等综合观测资料,对华北平原地区一次中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)层云区域内的探空电场和电荷结构进行研究。探空系统上升和下降阶段均处于该MCS层云区域中,此时雷暴正处于成熟阶段。完整的上升阶段探空数据表明,该MCS层云区域内存在6个正、负极性交替的电荷区,主正电荷区的高度范围为8.2~9.5 km,对应温度层-20~-14℃;主负电荷区高度范围为7.4~8.2 km(-14~-10℃);紧靠下方为一个薄正电荷区;最上方为一负极性电荷屏蔽区;0℃层附近有一对正、负极性电荷区。探空下降阶段(间隔约1 h)获取的层云区域电荷分布与上升阶段大致对应,但电荷层所处高度以及厚度和电荷密度均有所差异。

关键词：电场探空电荷结构中尺度对流系统层云区域

北京地区雷电灾害天气系统的动力-微物理-电过程观测研究

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中国科学：地球科学 2021年第1期51卷 46-62页

作者：郄秀书袁善锋陈志雄王东方刘冬霞孙萌宇孙竹玲 Abhay SRIVASTAVA 张鸿波卢晶雨肖辉毕永恒冯亮田野徐燕蒋如斌刘明远肖现段树苏德斌孙成云徐文静张义军陆高鹏 Da-Lin ZHANG 银燕余晔中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室(LAGEO) 北京100029 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室(LACS) 北京100029 中国气象局北京城市气象研究所北京100089 成都信息工程大学电子工程学院成都610225 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点实验室南京210044 中国科学院西北生态环境资源研究院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室兰州730000 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 复旦大学大气与海洋科学系上海200438 北京市气象局气象探测中心北京100081 江西省人工影响天气领导小组办公室南昌330096 Department of Atmospheric and Oceanic Science University of MarylandMaryland 20742USA

在国家"973"项目"雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理"(简称:雷暴973)资助下,2014~2018年连续五年在北京组织开展了雷电(也称闪电)灾害天气系统的暖季综合协同观测实验,旨在获得对北京及周边城市群区域的雷电天气系统... 详细信息

在国家"973"项目"雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理"(简称:雷暴973)资助下,2014~2018年连续五年在北京组织开展了雷电(也称闪电)灾害天气系统的暖季综合协同观测实验,旨在获得对北京及周边城市群区域的雷电天气系统特征和规律的实际认识,探索雷电资料在数值预报模式中的同化方法,以期改进雷电重大灾害天气系统的预报效果.主要观测设备包括:由16个子站构成的雷电(全闪)三维定位系统、2台X波段双线偏振多普勒雷达和4台激光雨滴谱仪等,协同观测还充分利用了中国气象局在京津冀地区的中尺度气象观测网.观测结果表明,受地形和环境条件影响,飑线和多单体雷暴是影响北京地区的两类主要的雷电灾害天气系统,它们除产生频繁的雷电活动外,还常伴随突发性局地短时强降水和冰雹,造成城区突发洪涝灾害.雷电密度的高值区位于北京昌平区东部、顺义区的中部和东部以及中心城区.超强雷暴(占总雷暴数的5%)、强雷暴(占比35%)和弱雷暴(占比60%)对总雷电分布的贡献分别为37%、56%和7%.北京城区的热岛效应对过境雷暴增强产生了重要作用,超强雷暴在中心城区的雷电频数可以高达每分钟数百次.雷电活动与雷暴云的热动力、微物理特征之间存在紧密联系,因此雷电频数可以作为冰雹、短时强降水等灾害性天气的指示因子.在对流可分辨数值预报模式中,建立并引入雷电资料同化方案,通过调整或修正模式的热动力和微物理参量,可明显提高模式对强对流和降水的预报效果.

关键词：雷电(全闪)三维定位双线偏振多普勒雷达雷电灾害天气系统雷电资料同化冰雹短时强降水