【摘要】：閃電初始和尺度是描述閃電活動的新特征量,是近年來雷暴電學(xué)研究的一個關(guān)注點。研究閃電初始和尺度特征與雷暴結(jié)構(gòu)的關(guān)系,有助于進一步理解閃電起始和發(fā)展機制,深化對雷暴閃電活動特征和機理的認識,推進雷電預(yù)警預(yù)報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WSR-88D觀測數(shù)據(jù),對2004年10月5日發(fā)生于美國新墨西哥州一次超級單體過程中的閃電初始和閃電尺度特征進行了研究。提出了閃電初始階段負先導(dǎo)自動判別以及特征參量自動提取方法,給出了閃電初始階段特征參量和閃電尺度時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先導(dǎo)(下行負先導(dǎo))的持續(xù)時間中值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,上行負先導(dǎo)的速度整體呈現(xiàn)隨時間減小趨勢,而下行負先導(dǎo)的速度整體呈現(xiàn)隨時間遞增減勢。3)閃電初始負先導(dǎo)以傾斜方向發(fā)展為主,上行負先導(dǎo)和下行負先導(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度的概率分布呈現(xiàn)負冪函數(shù)變化的特點,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)閃電起始的時間較晚。閃電尺度與雷暴結(jié)構(gòu)關(guān)系:1)時序分布上,平均閃電尺度與閃電頻次和雷暴發(fā)展強度之間呈現(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-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,沿超級單體移動方向,從對流區(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展密度的大值中心區(qū)相對應(yīng)。平均閃電尺度和閃電擴展密度的空間分布具有冪函數(shù)的反相關(guān)關(guān)系,50%的雷達體掃時次中相關(guān)系數(shù)絕對值大于0.5,且相關(guān)性與超級單體發(fā)展強度具有正向?qū)?yīng)關(guān)系。3)垂直分布上,閃電起始和閃電擴展密度高值區(qū)較為接近,但對應(yīng)高度的閃電尺度通常較小。在對流區(qū)及其附近,平均閃電尺度在上述對應(yīng)高度以下呈現(xiàn)明顯增大趨勢,在低層4-5 km左右達到峰值;在對應(yīng)高度以上,保持小值。討論認為,閃電尺度與閃電活動強度和超級單體發(fā)展強度的時空反相關(guān)關(guān)系,以及對流區(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】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P427.3

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本文編號：2492338