| 题名 | 基于TRMM卫星对我国闪电活动及其与雷暴降水结构关系的研究 |
| 作者 | 袁铁 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-12-06 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 郄秀书 |
| 关键词 | 闪电 雷暴 TRMM卫星 雷达反射率 极化修正温度 飑线 暴雨 |
| 其他题名 | TRMM-based Studies on Lightning Activity and its Relationship with Precipitation Structure of Thunderstorms over China |
| 学位专业 | 大气物理学与大气环境 |
| 中文摘要 | 雷暴云的起电、放电与云内的微物理、动力过程密切相关，热带降水测量计划任务卫星(TRMM)由于可在长时间尺度和大空间尺度上对雷暴云进行多参量观测，不仅为在全球和区域尺度上研究雷电和降水的时空分布奠定了基础，而且也为在雷暴尺度上研究雷电与云微物理特征和动力特征之间的关系提供了独特手段。本文利用TRMM卫星携带的闪电成像仪(LIS)、降水雷达(PR)和微波成像仪(TMI)多年同步观测资料，系统研究了我国及临近地区的闪电活动、降水系统和雷暴的气候特征以及闪电活动对南海夏季风的响应，并从个例分析和统计研究两方面对闪电频数与雷暴云宏微参量之间的关系进行了深入探讨。主要研究结果如下： 1. 我国闪电活动大体可分成与太平洋海岸平行的四条带状区域，即近海区域、中部区域、西部区域和西部边境区域，其中，近海区域闪电最为频繁，西部地区最弱。夏季是我国闪电活动的主要季节（约占全年的68％），其次是春季、秋季，冬季最少。绝大多数地区闪电活动日变化的峰值集中在12:00～20:00 LT，少数地区在夜间。青藏高原的闪电活动在6月底到7月中最为活跃，其日变化的峰值出现在14:00～16:00 LT，但范围较大的高山地区要早于这一时刻，而较低的盆地区域要晚于这一时刻。高原中部地区闪电密度最大，受太阳加热的影响显著，且在高原季风期间与地表鲍恩比和感热通量之间都有较好的线性正相关。 2. 南海地区闪电活动4月份开始增多，5月份最频繁，6-8月份有所减少。与季风前期相比，季风期间雷暴单体（由LIS的area定义）的平均闪电频数减小了13%，但平均光辐射能增大了15%。而雷暴的数量虽然在季风爆发后更多，但是平均闪电频数却是季风爆发前更高，雷达和微波成像仪的观测也进一步证实了在季风爆发前的对流垂直发展更加强盛。可以用6km高度最大雷达反射率达到40dBZ（43dBZ）作为季风爆发前（后）降水系统发生闪电的阈值（50%概率）。在闪电频数与雷暴顶高、冻结层厚度和最小极化修正温度之间的关系中，闪电频数与冻结层厚度的关系表现得相对稳定。 3. 对飑线和梅雨锋暴雨的个例分析表明，二者的闪电绝大多数发生在强对流区附近(即雷达反射率35～50dBZ区间或85GHz极化修正温度低于200K)，不过飑线也有小部分出现在层云区域，可能与层云区的发展较强有关。最大雷达反射率垂直廓线可以很好地指示单体的闪电频数和对流发展强度，并能够体现暴雨与飑线在混合相区域微物理过程方面的差异。暴雨的85GHz极化修正温度远高于飑线，这反映了暴雨的中上部冰相粒子的相对缺乏。两个系统在单体尺度上的闪电频数和7～11km冰相降水含量之间均表现出非常密切的相关性(ρ>0.85)，且每种系统的关系都比较稳定，在闪电资料应用于提高强对流天气数值模拟工作方面具有较强的应用价值。 4. 东亚地区的无冰散射、非中尺度冰散射和中尺度冰散射系统分别占系统总数的84.4%、14.2%和1.4%，与全球热带地区的比例基本一致。我国陆地降水系统频数的季节变化和日变化特征均很明显，其中无冰散射和非中尺度冰散射系统在7、8月份最为频繁，午后14:00~16:00 LT最多，而中尺度冰散射系统在东部地区是7月份最多，16:00~06:00 LT时期间均有较频繁的发生，高原上则是6月最多，在20:00 LT有一个明显的峰值。海洋降水系统频数的季节变化和日变化幅度均较小。陆地、近海和远海的雷暴发生概率呈递减趋势，远海与陆地之间相差将近10倍。 5. 统计分析表明，可以利用6km高度最大雷达反射率作为闪电发生阈值判据，但须注意这一阈值随降水类型和地理区域有一定的变化，呈现出陆地低于海洋，近海低于远海的规律。雷暴闪电频数与20dBZ最大高度和最小85HGz极化修正温度的关系都能够采用指数定律的形式来描述，但关系不够稳定，且相关系数不是很高，不过其中闪电频数与最小85GHz极化修正温度的相关性要好于其与20dBZ最大高度的相关性。研究发现，无论是降水系统尺度还是对流单体尺度，闪电频数与7～11km冰相降水含量的关系都表现得相对稳定，而且相关系数也较大（最高可达0.7以上），从而提供了一个有可能在区域或全球尺度上普遍使用的雷电参数化方案。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 149 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21536]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 袁铁. 基于TRMM卫星对我国闪电活动及其与雷暴降水结构关系的研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2007. |
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