【摘要】：閃電初始和尺度是描述閃電活動(dòng)的新特征量,是近年來(lái)雷暴電學(xué)研究的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。研究閃電初始和尺度特征與雷暴結(jié)構(gòu)的關(guān)系,有助于進(jìn)一步理解閃電起始和發(fā)展機(jī)制,深化對(duì)雷暴閃電活動(dòng)特征和機(jī)理的認(rèn)識(shí),推進(jìn)雷電預(yù)警預(yù)報(bào)研究以及閃電資料應(yīng)用研究。本文基于LMA(Lightning Mapping Array)三維閃電定位系統(tǒng)以及多普勒天氣雷達(dá)WSR-88D觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)2004年10月5日發(fā)生于美國(guó)新墨西哥州一次超級(jí)單體過(guò)程中的閃電初始和閃電尺度特征進(jìn)行了研究。提出了閃電初始階段負(fù)先導(dǎo)自動(dòng)判別以及特征參量自動(dòng)提取方法,給出了閃電初始階段特征參量和閃電尺度時(shí)空分布特征及其與雷暴結(jié)構(gòu)的關(guān)系,具體如下:閃電初始和尺度的基本特征:1)閃電初始階段上行負(fù)先導(dǎo)(下行負(fù)先導(dǎo))的持續(xù)時(shí)間中值13.5 ms(7.5 ms),三維位移中值1.4 km(1.0 km),垂直方向位移中值0.9 km(0.5km),三維平均位移速度中值9.2×10~4 m/s(1.2×10~5 m/s)。2)閃電起始的初期,上行負(fù)先導(dǎo)的速度整體呈現(xiàn)隨時(shí)間減小趨勢(shì),而下行負(fù)先導(dǎo)的速度整體呈現(xiàn)隨時(shí)間遞增減勢(shì)。3)閃電初始負(fù)先導(dǎo)以傾斜方向發(fā)展為主,上行負(fù)先導(dǎo)和下行負(fù)先導(dǎo)與垂直方向夾角的中值分別為40°和54°。4)閃電尺度的閃電凸殼面積和閃電總長(zhǎng)度的概率分布呈現(xiàn)負(fù)冪函數(shù)變化的特點(diǎn),在小值方向分布更為集中。閃電的水平延展距離中值6.1 km,垂直延展距離中值4.3 km,約83%的閃電其水平延展距離大于垂直延展距離。5)以水平延展為主的閃電(水平延展大于垂直延展)起始高度分布峰值位于8.5 km,以垂直延展為主的閃電(垂直延展大于水平延展)起始高度分布峰值位于11 km。6)閃電初始階段位移方向越接近水平,對(duì)應(yīng)閃電垂直延展越小。閃電初始特征參量與雷暴結(jié)構(gòu)關(guān)系:1)對(duì)流核心區(qū)內(nèi)部閃電起始高于外部,但內(nèi)部閃電初始三維位移和垂直夾角均小于外部,隨著雷暴的演變,這種差異變化不明顯。2)閃電起始位置離上升氣流區(qū)越近,起始高度越高。超級(jí)單體后側(cè)下沉氣流區(qū)起始高度低于上升氣流區(qū),右側(cè)云砧區(qū)起始高度與上升氣流區(qū)接近。3)上升氣流區(qū)附近最先出現(xiàn)閃電起始,其次是后側(cè)下沉氣流區(qū),右側(cè)云砧區(qū)出現(xiàn)閃電起始的時(shí)間較晚。閃電尺度與雷暴結(jié)構(gòu)關(guān)系:1)時(shí)序分布上,平均閃電尺度與閃電頻次和雷暴發(fā)展強(qiáng)度之間呈現(xiàn)反相關(guān),平均閃電尺度與閃電頻次可以用一元冪函數(shù)擬合,相關(guān)系數(shù)可達(dá)-0.87。此外,5 km高度大于30-dBZ的反射率面積除以閃電頻次后,與平均閃電尺度具有顯著線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.88。2)水平分布上,沿超級(jí)單體移動(dòng)方向,從對(duì)流區(qū)附近到前側(cè)云砧區(qū),平均閃電尺度由小到大變化。平均閃電尺度最小值所在區(qū)域通常與閃電起始密度和閃電擴(kuò)展密度的大值中心區(qū)相對(duì)應(yīng)。平均閃電尺度和閃電擴(kuò)展密度的空間分布具有冪函數(shù)的反相關(guān)關(guān)系,50%的雷達(dá)體掃時(shí)次中相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值大于0.5,且相關(guān)性與超級(jí)單體發(fā)展強(qiáng)度具有正向?qū)?yīng)關(guān)系。3)垂直分布上,閃電起始和閃電擴(kuò)展密度高值區(qū)較為接近,但對(duì)應(yīng)高度的閃電尺度通常較小。在對(duì)流區(qū)及其附近,平均閃電尺度在上述對(duì)應(yīng)高度以下呈現(xiàn)明顯增大趨勢(shì),在低層4-5 km左右達(dá)到峰值;在對(duì)應(yīng)高度以上,保持小值。討論認(rèn)為,閃電尺度與閃電活動(dòng)強(qiáng)度和超級(jí)單體發(fā)展強(qiáng)度的時(shí)空反相關(guān)關(guān)系,以及對(duì)流區(qū)閃電初始高度高、三維位移和速度小的分布特征,可能是對(duì)流發(fā)展旺盛階段或區(qū)域具有小而密集的電荷區(qū)存在且被抬升所致。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：P427.3

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本文編號(hào)：2492338