基于TRMM卫星对强对流天气中闪电活动、雷达反射率及冰散射的研究

【摘要】： 雷暴电活动与冰晶、软雹和过冷水等微物理参量以及上升气流速度紧密相关,因此,闪电资料一定程度上也可以提供云中的微物理过程和动力过程的相关信息。热带测雨卫星(TRMM)能够对闪电活动、三维雷达反射率、冰散射信号等进行同步观测,为研究闪电活动与强对流云的微物理和动力参量的关系提供了条件。本文利用TRMM卫星携带的测雨雷达(PR)、闪电成像仪(LIS)和微波辐射计(TMI)的同步探测资料,分析了46个西北太平洋地区热带气旋和9次中国陆地飑线过程的闪电活动、雷达反射率和冰散射信号的分布特征,并进一步研究了闪电的发生与雷达反射率和冰散射信号之间的相互关系。主要结论如下： 1.强度较弱的热带气旋平均闪电频数相对较高。热带气旋强度不同,闪电的空间分布也有差别,热带风暴、强台风和超强台风阶段眼壁区闪电密度较大,而其他阶段则是外雨带闪电密度较大。热带气旋大部分区域被层云和弱对流降水控制。计算发现,约80%的闪电发生在7 km高度雷达反射率因子大于35 dBZ或微波亮温低于200 K的区域。在同等大小的雷达反射率因子下,闪电更易发生在台风和强热带风暴阶段,超强台风阶段发生闪电的雷达反射率因子阈值最高。 2.对强度达到台风级别的热带气旋降水区域分为眼壁区、内雨带、外雨带研究发现,眼壁区雷达反射率因子和冰散射信号均最强,在相同高度、相同累积概率情况下,眼壁区雷达反射率因子要比热带气旋其他区域大2～5 dBZ。在同等大小的雷达反射率因子和冰散射信号下,闪电更易发生在外雨带,眼壁区发生闪电的雷达反射率因子或冰散射阈值较大。 3.对TRMM卫星观测到的我国九次飑线过程的分析发现,闪电绝大部分发生在对流降水区,占总闪电数的82.9%。在对流单体尺度上,含闪电单体7 km最大雷达反射率因子一般大于35 dBZ,6 km与9 km雷达反射率因子之差在15 dBZ以下,单体最大雷达反射率因子廓线能够较好的表示单体闪电频数。对流单体闪电频数与冰含量的相关性较好,相关系数为0.72。