基于VLF/LF三维闪电监测定位系统的北京闪电特征分析

郭润霞; 王迎春; 张文龙; 李京校

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2018.03.013

基于VLF/LF三维闪电监测定位系统的北京闪电特征分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2018.03.013

郭润霞^{1, 2},
王迎春³,
张文龙^2, ,,
李京校⁴

1.
中国气象科学研究院，北京 100081
2.
中国气象局北京城市气象研究所，北京 100089
3.
北京市气象局，北京 100089
4.
北京市气象灾害防御中心，北京 100089

基金项目:

国家自然科学基金项目 41475051

河北省气象与生态环境重点实验室开放课题 Z-1501

详细信息

通讯作者:
张文龙，男，河北省人，副研究员，博士，主要从事强对流天气机理和数值预报技术研究。E-mail：wlzhang@ium.cn

中图分类号: P427.3
计量
- 文章访问数: 1146
- HTML全文浏览量: 40
- PDF下载量: 591
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2017-06-09
- 修回日期: 2018-03-23
- 刊出日期: 2018-06-01

ANALYSIS OF LIGHTNING CHARACTERISTICS IN BEIJING BASED ON VLF/LF 3D LIGHTNING LOCATION MONITORING SYSTEM

1.
Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081, China
2.
Institute of Urban Meteorology, CMA, Beijing 100089, China
3.
Beijing Meteorological Bureau, Beijing 100089, China
4.
Beijing Meteorological Disaster Prevention Center, Beijing 100089, China

摘要

摘要: 利用北京地区VLF/LF三维闪电监测定位系统的2015年1月—2016年12月的数据资料，分析北京地区总闪、云闪和地闪的时空分布和电流强度特征。结果表明：（1）北京地区闪电主要发生在6—9月，峰值出现在7月；一天中闪电高发时段在15时—次日02时，总闪频数的日变化存在3个峰值，分别出现在15、20时和次日02时。（2）北京地区总闪密度高值区主要集中在两个区域：①门头沟区中南部至昌平区中西部山前一带；②密云、顺义和平谷三区交界的山前一带。云闪和地闪密度的大值区也基本出现在这两个区域。（3）云闪高度主要集中在9 km以下，且3~6 km的云闪频数最多；云闪高度约在15 km以下时，平均雷电流强度随云闪高度的增大而增大，而超过15 km的平均雷电流强度随云闪高度增大而减小。（4）闪电雷电流强度主要集中在5~50 kA，雷电流强度大于100 kA的闪电很少发生；闪电频数高的时段平均雷电流强度较小，闪电频数低的时段平均雷电流强度较大。
- 三维闪电监测 /
- 闪电频数 /
- 云闪高度 /
- 雷电流强度 /
- 时空分布
Abstract: Based on the lightning data of VLF/LF 3D lightning location system from January 2015 to December 2016 in Beijing, the temporal and spatial characteristics of total lightning, intracloud lightning flashes(IC) and cloud-to-ground lightning flashes(CG) and the characteristic of the lightning current intensity were analyzed. The results are as follows. (1) Most lightning flashes occur between June and September, and the peak frequency occurs in July.The lightning flashes occur mostly from 15 BST of the day to 02 BST of the next day. There are three peaks in diurnal variation of total lightning, which is at around 15 BST, 20 BST and 02 BST of Next day. (2) There are two high value regions of spatial density of total flashes, and one is located in central and southern area of Mentougou and central and western area of Changping, the other is in the junction area among Miyun, Shunyi, and Pinggu. The high value regions of spatial density of IC and CG flashes have the distributions just as that of total flashes. The occurrence of high value regions of lightning density is mainly attributed to the local terrain uplift which is helpful to initiate or enhance thunderstorms. (3) The most IC occur at the height below 9 km and mainly concentrated in the height between 3 and 6 km. and when below about 15 km, the average intensity of lightning current is proportional to the height of IC. Otherwise, when above about 15 km, they are inversely proportional to each other. (4) The lightning current intensity is mainly concentrated in the 5~50 kA, and the lightning current intensity greater than 100 kA rarely occur. The averaged lightning current intensity is smaller when the lightning frequency is higher, and the averaged lightning current intensity is larger when the lightning frequency is lower.
- 3D Lightning Location Monitoring System /
- lightning frequency /
- the height of intracloud flashes /
- intensity of lightning current /
- temporal and spatial distribution

HTML全文

图 1 总闪频数（a，单位：次数）、云闪频数（单位：次数）和平均雷电流强度（单位：kA）（b）以及地闪频数（单位：次数）和正地闪百分比（c，单位：%）的月际变化

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 总闪频数（a，单位：次数）、云闪频数（单位：次数）和平均雷电流强度（单位：kA）（b）以及地闪频数（单位：次数）和正地闪百分比（c，单位：%）的日变化

横坐标表示其后1小时内的闪电频数（如：横坐标为1，则表示01—02时的闪电频数）。

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 闪电密度的空间分布

单位：次/(km²·a)。a.总闪；b.云闪；c.地闪。

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 云闪频数（柱，单位：次）和云闪平均雷电流强度（折线，单位：kA）随高度的变化

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 闪电频数（柱，单位：次）随闪电强度的变化

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 VLF/LF三维全闪电监测定位系统的主要特征

定位方法	探测参数	探测精度	闪电类型
空间TOA	时间、经度、纬度、高度、强度、陡度、	水平位置误差小于300 m，	正云闪、负云闪、
定位算法	电荷、能量、省、市、县、云地闪标志	高度误差小于500 m	正地闪、负地闪

下载: 导出CSV

表 2 总闪、云闪和地闪特征

闪电类别	极性	频数/次	平均雷电流强度/kA	正闪比例/%
云闪	正闪	58 591	15.585	53.10
	负闪	51 740
地闪	正闪	22 506	17.827	23.87
	负闪	71 772
总闪	正闪	81 097	16.618	39.64
	负闪	123 512

下载: 导出CSV

表 3 云闪高度的统计特征

年份	记录的云闪总数	有高度记录的云闪数	有高度记录云闪占总数比例	高度平均值/km
2015	71 009	43 008	60.57%	3.47
2016	39 322	22 519	57.27%	4.06
2年	110 331	65 527	59.39%	3.67

下载: 导出CSV

参考文献(20)

[1]	郄秀书, 刘东霞, 孙竹玲.闪电气象学研究进展[J].气象学报, 2014, 72(5): 1054-1068.
[2]	蔡晓云, 宛霞, 郭虎.北京地区闪电定位资料的应用分析[J].气象科技, 2001, 29(4): 33-35.
[3]	REAP R M, MACGORMAN D R. Cloud-to-ground lightning climatological characteristics and relationships to motion fields, radar observations, and severe local storms[J]. Mon Wea Rev, 1988, 117(3): 518-535.
[4]	冯桂力, 陈文选, 刘诗军, 等.山东地区闪电的特征分析[J].应用气象学报, 2002, 13(3): 347-355.
[5]	李照荣, 陈添宇, 康凤琴, 等.兰州周边地闪分布特征[J].干旱气象, 2004, 22(2): 45-50.
[6]	宋敏敏, 郑永光.我国中东部3-9月云-地闪电密度和强度分布特征[J].热带气象学报, 2016, 32(3): 322-333.
[7]	赖悦, 张其林, 陈洪滨, 等.深圳一次强飑线过程的闪电频数与天气雷达回波关系分析[J].热带气象学报, 2015, 31(4): 549-558.
[8]	陶祖钰, 赵昕奕.京津冀地区闪电的气候分析[J].气象学报, 1993, 51(3): 325-332.
[9]	薛秋芳, 孟青, 葛润生.北京地区闪电闪电活动及其与强对流天气的关系[J].气象, 1999, 25(11): 15-19.
[10]	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[J].应用气象学报, 2005, 16(5): 638-644.
[11]	CAREY L D, RUTLEDGE S A. Electrical and multiparameter radar observations of a sever hailstorm[J]. Geophys Res, 1998, 103(D12): 13979-14000.
[12]	郑栋, 张义军, 孟青, 等.一次雹暴的闪电特征和电荷结构演变研究[J].气象学报, 2008, 68(2): 248-263.
[13]	WANG K Y, LIAO S A. Lightning, radar reflectivity, infrared brightness temperature and surface rainfall during the 2-4 July 2004 severe convective system over Taiwan area[J]. J Geophys Res, 2006, 111(D5): 811-830.
[14]	李京校, 宋海岩, 肖稳安, 等.北京及周边地区闪电活动的时空特征[J].大气科学学报, 2013, 36(2): 235-245.
[15]	虞敏. VLF/LF三维全闪定位系统应用研究[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2015.
[16]	马启明, 迟文学, 陈瑶, 等. VLF/LF三维闪电监测定位系统的研制及初步试验结果[C]//暴雨新型探测资料应用技术研讨会论文集. 武汉: 中国气象局武汉暴雨研究所, 2011.
[17]	何晖, 李宏宇.北京地区闪电特征初探[J].气象科技, 2005, 33(6): 496-500.
[18]	王娟, 谌芸. 2009-2012年中国闪电分布特征分析[J].气象, 2015, 41(2): 160-170.
[19]	郭虎, 熊亚军, 付宗钰, 等.北京市自然雷电与雷电灾害的时空分布[J].气象, 2008, 34(1): 12-17.
[20]	张鸿发, 程国栋, 张彤.中国区域闪电分布和闪电气候的特点[J].干旱气象, 2004, 22(4): 17-25.