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雷达资料在北京地区雷电预警中的应用研究

王飞  
【摘要】: 雷电作为一种自然灾害,其危害不仅仅体现在直击时由于强电流等造成的损失,更重要的是其产生的感应场和辐射场所带来的影响。由于电子元件对电磁效应的敏感性,在电子器件广泛应用于社会各个角落的今天,雷电发生所带来的影响范围越来越广,损失也越来越大,因此对于雷电预警预报的研究也越来越引起人们的关注。 本研究在多普勒雷达资料的基础上,利用北京地区2005年7月~8月间的20个单体,结合了相应的闪电和温度探空资料,总结出了一套对单体进行是否雷暴单体和预报初次闪电发生时段的初步的预报方法:1)如果单体雷达资料中40dBz回波顶高能够上升到0℃温度层结高度之上,并维持在此之上,则认为该单体很可能为雷暴单体;反之则可以将其判断为非雷暴单体。2)在单体满足前一条判断依据之后,如果40dBz回波顶高继续上升达到-10℃温度层结高度之上,则判断在满足该条件的雷达体扫时间之后的15分钟内将会发生单体的初次闪电。3)但如果40dBz回波顶高未能继续上升达到-10℃层界高度之上,而单体中的P值(0℃温度层结高度之上,单体40dBz以上回波的体积占25dBz以上回波体积的百分比)能够达到5%以上,则判断在满足该条件的雷达体扫时间之后15分钟之内也将会发生初次闪电。 根据总结出的这套预报方法,从北京地区2005年7月~8月间又另外选取了22个单体对其进行独立检验。其中包括了19个雷暴单体和3个非雷暴单体。检验结果显示该方法对于非雷暴单体的判断,以及初次闪电发生时段的预报都显示出了不错的效果:该方法对非雷暴单体判断的准确率达到了100%;单独应用一条判据对闪电初始发生时段的预警准确率都达到约77%;以同时满足两条判断依据进行初始闪电发生时段预警的准确率更是达到约86%。 同时,将单体中35dBz回波的最大厚度随时间的变化率命名为单体的V值。通过对之前20个单体中的13个同时发生有云闪和地闪的雷暴单体的研究发现:雷暴单体中从出现最初的云闪到最初的地闪发生之间的时间差,与单体中最早出现25dBz回波到其V值达到极大值的时间差之间存在一个线性关系。这就为进一步利用雷达资料对地闪发生时间进行预报提供了一条参考依据。 此外,本研究还在一个二维起电放电模式的基础上进行了6次模拟试验,其中3次为雷暴过程,3次为非雷暴过程。通过对模拟结果数据中霰、雹和雨滴3种主要的大粒子在质量分布、起电速度等方面参数的分析发现:1)雨滴粒子对云内主电荷中心的形成影响不大;2)云内存在一个起电速度较大的区域,该区域存在于通常所说起电区域中的较高位置;3)霰和雹的质量分布必须与该起电区域有比较好的时间和空间配置才有利于粒子的起电,从而最终形成雷暴云内的强电荷中心;4)强上升气流在雷暴电荷中心形成过程中起了重要作用。正是由于雷暴单体中的强上升气流使大粒子能够维持在一定高度之上更长的时间,使得这些大粒子能够获得更强的起电和充分的起电时间,最终形成了强雷暴电荷中心。而这一点也正是非雷暴单体中所缺乏的重要条件之一。


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