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基于大气层结和雷暴演变的闪电和降水关系

王婷波 郑栋 张义军 姚雯 张文娟

王婷波, 郑栋, 张义军, 等. 基于大气层结和雷暴演变的闪电和降水关系. 应用气象学报, 2014, 25(1): 33-41..
引用本文: 王婷波, 郑栋, 张义军, 等. 基于大气层结和雷暴演变的闪电和降水关系. 应用气象学报, 2014, 25(1): 33-41.
Wang Tingbo, Zheng Dong, Zhang Yijun, et al. Relationship between lightning and precipitation based on classification of atmospheric stratification and development of thunderstorm. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(1): 33-41.
Citation: Wang Tingbo, Zheng Dong, Zhang Yijun, et al. Relationship between lightning and precipitation based on classification of atmospheric stratification and development of thunderstorm. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(1): 33-41.

基于大气层结和雷暴演变的闪电和降水关系

资助项目: 

中国气象科学研究院基本科研业务费专项 2013Z006

国家自然科学基金项目 41030960

国家自然科学基金项目 41005006

国家科技支撑计划项目 2008BAC36B04

详细信息
    通信作者:

    张义军, email: zhangyj@cams.cma.gov.cn

Relationship Between Lightning and Precipitation Based on Classification of Atmospheric Stratification and Development of Thunderstorm

  • 摘要: 选取2006—2008年发生在北京及其周边地区的28次雷暴过程,基于大气不稳定度参数和雷达参量对雷暴过程进行分类,分析了不同分类条件下的总闪电活动 (SAFIR3000三维闪电定位系统观测) 和对流降水 (雷达反演) 的关系。结果表明:整体而言,总闪对应降水量的平均值为1.92×107 kg·fl-1。依据对流有效位能和抬升指数对雷暴进行分类的分析表明,较强的不稳定状态对应了较小的总闪对应降水量,同时总闪频次和对流降水量的相关性更好。基于雷达特征参数的分类分析表明,总闪对应降水量在对流运动较弱情况下最小,其次是对流运动较强的情况下,而对流运动适中时最大。
  • 图  1  SAFIR3000三维闪电定位系统子站和雷达站分布

    Fig. 1  The distribution of SAFIR3000 total lightning location system and radar station

    图  2  雷暴过程总闪频次和对流降水量关系

    Fig. 2  The relationship between total lightning frequency and convective precipitation

    表  1  不同ECAP分类下总闪对应降水量的统计值

    Table  1  Statistics of rain yields per flash based on the classification of ECAP

    ECAP
    /(J·kg-1)
    最小值
    /(105 kg·fl-1)
    最大值
    /(107 kg·fl-1)
    算术平均值
    /(107 kg·fl-1)
    累积百分比分布/(106 kg·fl-1)
    5% 95% 25% 75%
    ECAP < 1000 1.84 6.81 1.98 2.37 59.90 7.41 25.50
    1000≤ECAP < 1600 6.80 11.50 2.02 3.08 66.00 5.74 23.10
    ECAP≥1600 5.00 5.37 1.50 3.13 37.60 7.08 19.70
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    表  2  不同ECAP分类下总闪频次和对流降水量的线性拟合关系

    Table  2  Linear fitting between total lightning frequency and convective precipitation based on the classification of ECAP

    ECAP/(J·kg-1) 相关系数 F检验 F0.05 是否通过检验 回归方程
    ECAP < 1000 0.464 42.258 3.89 R=(3.649×108)+(3.413×106)F
    1000≤ECAP<1600 0.505 41.371 3.92 R=(2.683×108)+(4.448×106)F
    ECAP≥1600 0.837 154.929 4.00 R=(1.620×108)+(5.478×106)F
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    表  3  不同IL分类下总闪对应降水量的统计值

    Table  3  Statistics of rain yields per flash based on the classification of IL

    IL/K 最小值
    /(105 kg·fl-1)
    最大值
    /(107 kg·fl-1)
    算术平均值
    /(107 kg·fl-1)
    累积百分比分布/(106 kg·fl-1)
    5% 95% 25% 75%
    IL < 0 35.80 9.09 2.26 4.55 66.90 8.73 22.80
    0≤IL<4 1.84 8.66 1.98 2.73 63.80 5.80 25.30
    IL≥4 4.08 6.25 1.76 2.16 52.00 6.81 22.30
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    表  4  不同IL分类下总闪频次和对流降水量的线性拟合关系

    Table  4  Linear fitting between total lightning frequency and convective precipitation based on the classification of IL

    IL/K 相关系数 F检验 F0.05 是否通过检验 回归方程
    IL < 0 0.719 44.971 4.08 R=(3.580×108)+(3.375×106)F
    0≤IL < 4 0.493 57.758 3.94 R=(3.377×108)+(4.469×106)F
    IL≥4 0.853 328.337 3.92 R=(1.530×108)+(6.276×106)F
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    表  5  不同H20 dBZ分类总闪对应降水量的统计值

    Table  5  Statistics of rain yields per flash based on the classification of H20 dBZ

    H20 dBZ/km 最小值
    /(105 kg·fl-1)
    最大值
    /(107 kg·fl-1)
    算术平均值
    /(107 kg·fl-1)
    累积百分比分布/(106 kg·fl-1)
    5% 95% 25% 75%
    H20 dBZ < 11.5 1.84 17.30 2.09 0.94 65.20 4.74 22.30
    11.5≤H20 dBZ < 13.5 17.00 10.00 2.83 4.80 78.50 10.70 38.20
    H20 dBZ≥13.5 32.10 6.81 2.14 4.94 58.60 8.05 30.90
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    表  6  不同H20 dBZ分类总闪频次和对流降水量的线性拟合关系

    Table  6  Linear fitting between total lightning frequency and convective precipitation based on the classification of H20 dBZ

    H20 dBZ/km 相关系数 F检验 F0.05 是否通过检验 回归方程
    H20 dBZ < 11.5 0.804 174.041 3.95 R=(1.168×108)+(6.133×106)F
    11.5≤H20 dBZ < 13.5 0.588 43.830 3.97 R=(2.522×108)+(6.572×106)F
    H20 dBZ≥ 13.5 0.663 71.500 3.95 R=(3.377×108)+(4.893×106)F
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    表  7  不同f12 km分类总闪对应降水量的统计值

    Table  7  Statistics of rain yields per flash based on the classification of f12 km

    f12 km/dBZ 最小值
    /(105 kg·fl-1)
    最大值
    /(107 kg·fl-1)
    算术平均值
    /(107 kg·fl-1)
    累积百分比分布/(106 kg·fl-1)
    5% 95% 25% 75%
    f12 km < 25 1.84 4.81 1.43 1.29 45.20 5.89 39.40
    25≤f12 km < 35 37.00 7.85 2.26 4.65 60.60 9.05 30.80
    f12 km≥35 14.10 9.36 1.91 2.28 65.70 6.11 21.40
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    表  8  不同f12 km分类下总闪频次和对流降水量的线性拟合关系

    Table  8  Linear fitting between total lightning frequency and convective precipitation based on the classification of f12 km

    f12 km/dBZ 相关系数 F检验 F0.05 是否通过检验 回归方程
    f12 km < 25 0.597 54.879 3.95 R=(1.302×108)+(5.988×106)F
    25≤f12 km < 35 0.609 66.011 3.93 R=(2.749×108)+(5.704×106)F
    f12 km≥35 0.375 14.518 3.96 R=(5.360×108)+(1.912×106)F
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    表  9  不同V40/30分类下总闪对应降水量的统计值

    Table  9  Statistics of rain yeilds per flash based on the classification of V40/30

    V40/30 最小值
    /(105 kg·fl-1)
    最大值
    /(107 kg·fl-1)
    算术平均值
    /(107 kg·fl-1)
    累积百分比分布/(106 kg·fl-1)
    5% 95% 25% 75%
    V40/30 < 0.39 1.84 6.11 1.52 1.25 48.70 5.74 19.50
    0.39≤V40/30 < 0.48 22.40 5.57 1.58 3.72 36.20 7.25 21.20
    V40/30≥0.48 18.10 9.09 2.56 3.59 68.90 7.78 39.90
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    表  10  不同V40/30分类下总闪频次和对流降水量的线性拟合关系

    Table  10  Linear fitting between total lightning frequency and convective precipitation based on the classification of V40/30

    V40/30 相关系数 F检验 F0.05 是否通过检验 回归方程
    V40/30 < 0.39 0.750 154.374 3.92 R=(5.889×107)+(9.230×106)F
    0.39≤V40/30 < 0.48 0.596 54.102 3.97 R=(3.133×108)+(4.399×106)F
    V40/30≥0.48 0.663 71.500 3.95 R=(4.289×108)+(3.945×106)F
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  • [1] 张义军, 周秀骥.雷电研究的回顾和进展.应用气象学报, 2006, 17(6):829-834. doi:  10.11898/1001-7313.20060619
    [2] Soriano L R, Pablo F D.Analysis of convective precipitation in the western Mediterranean Sea through the use of cloud-to-ground lightning. Atmos Res, 2003, 66:189-202. doi:  10.1016/S0169-8095(02)00160-6
    [3] Alexander G D, Weinman J A, Karyampudi V M, et al.The effect of assimilating rain rates derived from satellites and lightning on forecasts of the 1993 superstorm. Mon Wea Rev, 1999, 127:1433-1457. doi:  10.1175/1520-0493(1999)127<1433:TEOARR>2.0.CO;2
    [4] Williams E R, Geotis S G, Renno N, et al.A radar and electrical study of tropical "hot towers". J Atmos Sci, 1992, 49:1386-1395. doi:  10.1175/1520-0469(1992)049<1386:ARAESO>2.0.CO;2
    [5] Pineda N, Rigo T, Bech J, et al.Lightning and precipitation relationship in summer thunderstorms:Case studies in the North Western Mediterranean region. Atmos Res, 2007, 85:159-170. doi:  10.1016/j.atmosres.2006.12.004
    [6] Petersen W A, Rutledge S A.On the relationship between cloud-to-ground lightning and convective rainfall. J Geophys Res, 1998, 103(12):14025-14040. doi:  10.1029/97JD02064/references
    [7] 周筠君, 郄秀书, 王怀斌, 等.利用对地闪的观测估算对流性天气中的降水.高原气象, 2003, 22(2):168-172. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX200302011.htm
    [8] 郑栋, 张义军, 孟青, 等.北京地区雷暴过程闪电与地面降水的相关关系.应用气象学报, 2010, 21(3):287-297. doi:  10.11898/1001-7313.20100304
    [9] Soriano L R, de Pablo F, Diez E G.Relationship between convective precipitation and cloud-to-ground lightning in the Iberian Peninsula. Mon Wea Rev, 2001, 129:2998-3003. doi:  10.1175/1520-0493(2001)129<2998:RBCPAC>2.0.CO;2
    [10] 郑栋, 但建茹, 张义军, 等.我国地闪活动和降水关系的区域差异.热带气象学报, 2012, 28(4):569-576. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RDQX201204017.htm
    [11] Chang D E, Weinman J A, Morales C A, et al.The effect of space borne microwave and ground-based continuous lightning measurements on forecasts of the 1998 Groundhog Day storm. Mon Wea Rev, 2001, 129:1809-1833. doi:  10.1175/1520-0493(2001)129<1809:TEOSMA>2.0.CO;2
    [12] 周筠君, 郄秀书, 张义军, 等.地闪与对流性天气系统中降水关系的分析.气象学报, 1999, 57(1):103-111. doi:  10.11676/qxxb1999.009
    [13] Zipser E J.Deep cumulonimbus cloud systems in the tropics with and without lightning. Mon Wea Rev, 1994, 122:1837-1851. doi:  10.1175/1520-0493(1994)122<1837:DCCSIT>2.0.CO;2
    [14] Takayabu Y N.Rain-yield per flash calculated from TRMM PR and LIS data and its relationship to the contribution of tall convective rain. Geophys Res Lett, 2006, 33:L18705. https://www.researchgate.net/publication/241062481_Rain-yield_per_flash_calculated_from_TRMM_PR_and_LIS_data_and_its_relationship_to_the_contribution_of_tall_convective_rain
    [15] Kenneth L C, Martin J M, Edward A B, et al.A combined TOA/MDF technology upgrade of the US National Lightning Detection Network. J Geophys Res, 1998, 103:9035-9044. doi:  10.1029/98JD00153
    [16] 张义军, 孟青, 马明, 等.闪电探测技术发展和资料应用.应用气象学报, 2006, 17(5):611-620. doi:  10.11898/1001-7313.20060504
    [17] Steiner M, Houze R A, Yuter S E.Climatological characterization of three-dimensional storm structure from operational radar and rain gauge data. J Applied Meteor, 1995, 34:1978-2007. doi:  10.1175/1520-0450(1995)034<1978:CCOTDS>2.0.CO;2
    [18] 吴量, 冯桂力, 杨仲江, 等.雷达资料在雷电临近预警中的应用研究.成都信息工程学院学报, 2011, 26(6):672-673. http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZGQX201104001001.htm
    [19] 王飞, 张义军, 赵均壮, 等.雷达资料在孤立单体雷电预警中的初步应用.应用气象学报, 2008, 19(2):153-160. doi:  10.11898/1001-7313.20080228
    [20] Straka J M, Zrnić D S, Ryzhkov A V.Bulk hydrometeor classification and quantification using polarimetric radar data:Synthesis of relations. J Appl Meteor, 2000, 39:1341-1372. doi:  10.1175/1520-0450(2000)039<1341:BHCAQU>2.0.CO;2
    [21] 郑栋, 张义军, 吕伟涛, 等.大气不稳定度参数与闪电活动的预报.高原气象, 2005, 24(2):196-205. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX200502009.htm
    [22] 孙明生, 汪细明, 罗阳, 等.北京地区强对流天气展望预报方法研究.应用气象学报, 1996, 7(3):336-343. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19960349&flag=1
    [23] 郑栋, 孟青, 吕伟涛, 等.北京及其周边地区夏季地闪活动时空特征分析.应用气象学报, 2005, 16(5):638-644. doi:  10.11898/1001-7313.20050510
    [24] Buechler D E, Wright P D, Goodman S J.Lightning/Rainfall Relationships during COHMEX.Preprints, 16th Conf on Severe Local Storms, Amer Meteor Soc, 1990:710-714. http://core.ac.uk/display/10425264
    [25] Pessi A, Businger S, Cummins K L, et al.On the Relationship Between Lightning and Convective Rainfall over the Central Pacific Ocean.18th International Lightning Detection Conference, 2004. http://www.soest.hawaii.edu/met/Faculty/businger/personnel/pessi/ILDC2004_Pessi.pdf
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-02-05
  • 修回日期:  2013-09-16
  • 刊出日期:  2014-01-31

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