VLF/LF三维全闪定位系统应用研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:xiangzuobuxing
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大气中发生的强雷暴过程不仅伴随着强降雨、大风及冰雹等灾害性天气,而且对人民生命安全、电子系统、航天系统、输电线路、森林等造成严重危害。通过对三维全闪定位资料的分析,可以进一步掌握雷电的活动规律,增强对雷暴云内物理过程的认识,为防雷减灾及雷电研究提供参考。利用2013、2014年的三维全闪定位资料、雷达资料、气象资料对江苏全闪、云闪、地闪的闪电频数、雷电流强度、高度的时空分布特征进行了分析,并且分析了普通雷暴单体、强雷暴单体、飑线内的全闪活动特征,同时结合冰雹案例分析雹暴中全闪特征,并基于4σ算法研究全闪数据在冰雹预警中的作用。得出主要结论:云闪日分布高峰时段为14-20时,云闪在夏季发生最多;云闪分布的高值区在徐州、常州及常州与无锡的交界区域,中值区在南京、苏州区域,低值区在江苏中部和北部地区;云闪主要分布在3-10km高度,占总云闪的98.68%,5-6km云闪频数最多,云闪高度最大值为17.75km;全闪、地闪的时空分布、密度分布与云闪频数基本一致。正地闪比例的月变化与地闪频数月变化相反,地闪频数多的月份反而正地闪比例少。云地闪比例与全闪频数时、月变化呈负相关;不论全闪、云闪、地闪,雷电流强度都主要分布在0-40kA范围内。与全闪、地闪相比,云闪0-10kA的闪电频数的分布较少。相较负云闪,正云闪在大雷电流强度(>100kA)及小雷电流强度(<20kA)分布更多。苏南地区的正、负地闪雷电流强度比苏中及苏北地区高。在飑线过程分析中,发现云地闪比的下降、上升预示着飑线过程中雷暴的加强、减弱。相较成熟阶段,发展阶段和衰退阶段正闪活动更活跃;结合云闪变化情况和探空资料推测雷暴云内电荷为三极性电荷结构;对流区的闪电密度远大于层云区。相比于正地闪,负地闪集中在雷达回波的强对流区。云闪发生位置更具随机性,易发生在弱回波区和层云区;闪电的发生与云顶高度有很高的相关性,云闪发生位置与剖面反射率因子中强回波区的发展有很好的一致性。对比不同雷暴过程的全闪特征发现云顶首次突破-20℃温度层高度时间均提前第一次云闪;云闪主要分布在3-8km高度,云闪频数最大值所在高度对应温度层结相同,都是0℃到-10℃;闪电发生位置主要在强回波区及附近的回波强度梯度大的区域。相比地闪,云闪更容易发生在弱回波区甚至无回波区域;3次过程都存在中低层辐合、高层辐散:强雷暴单体过程和飑线过程的大气更不稳定。单体雷暴过程和飑线过程都以负闪为主,强雷暴单体过程以正闪为主且有明显的回波悬垂特征。基于4σ算法研究闪电数据在冰雹预警中的作用发现冰雹发生在雷暴成熟后,30dBZ回波顶高度、云顶高度的峰值出现在冰雹发生之前。可以利用30dBZ回波顶高度、云顶高度峰值的出现进行冰雹的预警。相比云顶高度,30dBZ回波顶高度与全闪频数的相关性更高;高的正闪比例对应的冰雹过程的持续时间更长且冰雹直径更大,而高的负闪比例对应的冰雹过程持续时间短且冰雹直径小;基于4σ算法,对3次雹暴过程中的三维全闪定位数据进行处理,发现4σ算法对于冰雹的预警有很好的效果。平均预警时间为43min。相比二维ADTD数据,三维定位数据对冰雹的预警效果更好。根据对不同雷暴个例的全闪特征、雷达特征的研究分析,说明了三维全闪资料对雷电监测预警、强对流天气的识别有很好的指示作用。峰值的出现进行冰雹的预警。相比云顶高度,30dBZ回波顶高度与全闪频数的相关性更高;高的正闪比例对应的冰雹过程的持续时间更长且冰雹直径更大,而高的负闪比例对应的冰雹过程持续时间短且冰雹直径小;基于4σ算法,对3次雹暴过程中的三维全闪定位数据进行处理,发现4σ算法对于冰雹的预警有很好的效果。平均预警时间为43min。相比二维ADTD数据,三维定位数据对冰雹的预警效果更好。根据对不同雷暴个例的全闪特征、雷达特征的研究分析,说明了三维全闪资料对雷电监测预警、强对流天气的识别有很好的指示作用。三维全闪定位系统,云闪,雷达回波,不同雷暴对比,冰雹,4σ算法
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