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北京地区的强对流雷暴和闪电活动

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IMAGE: 2017年7月7日击中中央广播电视塔的闪电,拍摄者:钟魁润。 view more 

Credit: ©《中国科学》杂志社

雷电天气系统常伴随短时强降水、雷电、冰雹、破坏性大风等,是一种强对流灾害性天气系统,由于形成和增强机理复杂,局地性和突发性强,准确预测仍然是一个很大的挑战。最近一项研究揭示了北京地区的强雷暴和雷电活动特征并指出雷电定位资料可用于改进强对流的预警预报。

相关论文题为“北京地区雷电灾害天气系统的动力-微物理-电过程观测研究”,为2021年第1期《中国科学:地球科学》的封面文章,由中国科学院大气物理研究所郄秀书研究员等撰写,研究者通过多探测手段的协同观测,揭示出雷电天气系统常在北京城区增强为强飑线或超级单体雷暴系统。

北京及周边地形复杂,动力和热力特征以及大城市环境等之间的多过程、多尺度之间的相互作用,使得北京地区雷电天气系统的发展传播机制十分复杂。为研究复杂的热动力和微物理特征对雷电的影响,研究者针对北京及周边地区的强雷暴进行了连续五年的协同观测实验,主要的观测手段包括自主研发的雷电全闪三维定位系统、2台X波段双线偏振多普勒雷达和4台激光雨滴谱仪等,观测还利用了中国气象局在京津冀地区的中尺度气象观测网。

该研究发现飑线和多单体雷暴是影响北京地区的两类主要雷电天气系统,他们常在北京的西部和北部山区生成发展,城区的热岛效应和边界层特征等对过境雷暴增强产生了重要作用,雷电密度高值区位于北京昌平东部、顺义区中部和东部以及北京中心城区,超强雷暴的雷电频数可以高达每分钟数百次。

在雷暴云尺度上,雷电多发生在强对流区域以及距强对流边缘约10km的过渡区域内。云中存在强烈的上升气流,冰相粒子的增长和碰撞分离,不仅增强云内的雷电过程,也有利于冰雹的产生,闪电频数跃增可以提前预警冰雹和短时强降水的发生,对冰雹的提前预警时间可达半小时。

通过建立闪电频数与大气中的水汽混合比、冰相粒子含量、上升气流速度和雷达反射因子等模式变量之间的关系,将闪电资料同化进入云分辨尺度数值预报模式中,可显著改进对雷暴强对流和强降水的预报效果。

这一研究结果加深了对雷电天气系统发展增强机理的认识,不仅对雷暴和雷电研究具有重要意义,而且对于改进强对流和短时强降水的预警预报有重要的科学意义和参考价值。

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来自中国科学院、中国气象局和南京信息工程大学等高校共8个单位的近30位研究者参与了这项研究,得到了国家自然科学基金项目(Nos. 41630425, 41761144074)、中国科学院前沿科学重点研究计划项目(No. QYZDJ-SSW-DQC007)和国家重点基础研究计划项目(No. 2014CB441401)资助。

更多详情请阅原文:

郄秀书,袁善锋,陈志雄,王东方,刘冬霞,孙萌,孙竹玲,Abhay Srivastava,张鸿波,卢晶雨,肖辉,毕永恒,冯亮,田野,徐嬿,蒋如斌,刘明远,肖现,段树,苏德斌,孙成云,徐文静,张义军,陆高鹏,Da-Lin Zhang,银燕,余晔. 2021. 北京地区雷电灾害天气系统的动力-微物理-电过程观测研究. 中国科学:地球科学, 51(1): 46-62, https://doi.org/10.1360/SSTe-2020-0060

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