东亚—西太闪电时空尺度和光辐射能特征及其与雷暴结构的关系

论文摘要

本文以亚洲东部和太平洋西部地区70160°E和1836°N内以及六个选择区域内的闪电持续时间、空间扩展以及光辐射能特征及其和雷暴结构特征的对应关系为主要研究对象,首先利用2002—2014年的TRMM（热带测雨任务卫星,Tropical Rainfall Measuring Mission）/LIS（闪电成像仪,Lightning Imaging Sensor）闪电观测数据分析了闪电持续时间,延展距离,闪电影响区域面积和光辐射能的空间分布特征。之后针对白天时段和夜晚时段的闪电参量的逐月变化特征和概率分布特征,以及闪电时空尺度（持续时间和空间扩展）和强度（光辐射能）特征之间的相关关系进行了分析对比。最后,使用匹配后的LIS闪电数据和犹他大学根据TRMM观测生成的雷暴降水特征数据集（RPF,Radar Precipitation Feature）,在闪电参量特征与雷暴结构特征之间建立了联系。以上研究得到的主要结论如下:闪电参量空间分布特征分析:（1）闪电密度整体表现为陆地大、海洋小,闪电的时空尺度和光辐射能整体上海洋大、陆地小。不同区域间闪电密度与闪电时空尺度和光辐射能并非简单的反向对应关系。中国陆地区域从东部到西部的闪电密度、时空尺度和光辐射能都呈现由大到小变化的整体趋势。（2）暖季闪电参量特征的海陆差异比冷季更为明显。某些区域存在特殊的季节性差异,印度半岛北部的闪电平均空间尺度和光辐射能在冷暖季都很低,平均持续时间在冷季异常高而暖季较低;研究区域北部海洋和日本地区的闪电在暖季持续时间相对较长且空间尺度较大,冷季闪电平均持续时间较短且平均光辐射能最大。（3）白天和夜晚时段闪电时空尺度和光辐射能空间分布具有相似性,但在区域分布上有明显差异,就平均值而言,闪电持续时间近海最大,闪电空间尺度在分析区域南部深海最大,光辐射能在分析区域北部的日本以东洋面最大。闪电参量逐月变化特征分析:（1）除日本以东洋面外,闪电空间尺度和光辐射能的逐月变化趋势较为一致,但闪电持续时间与闪电空间尺度和光辐射能的逐月变化在多个地区和不同时段都具有明显差异。（2）陆地上的几个区域和近海区域,闪电延展距离和光辐射能的逐月变化与闪电活动的逐月变化大体上呈现反向对应关系,闪电活动活跃的月份（5—8月）,闪电的空间尺度和光辐射能相对较小,反之亦然。深海区域的闪电空间尺度和光辐射能与闪电活动的逐月变化趋势相似,都在夏季（6—8月）达到峰值。闪电参量数值统计和分布特征分析:（1）白天和夜晚时段闪电时空尺度和光辐射能都呈现对数正态分布的特点,其中陆地闪电相比海洋闪电在各参量值上更向小值区集中。6个地区闪电持续时间的峰值分布区间都位于00.1 s;陆地区域闪电延展距离的峰值区间位于812 km,海洋区域峰值区间则位于1216 km;6个地区闪电面积的峰值区间都位于100200 km2,闪电光辐射能峰值区间则位于00.2 J m-2sr-1μm-1。（2）白天和夜晚时段闪电持续时间均为近海最大,高原最小;闪电延展距离在深海最大,白天时段在高原最小,夜晚时段则在高原南麓最小;光辐射能在日本以东洋面最大,白天时段在高原最小,夜晚时段高原南麓最小。（3）同为表征闪电空间尺度的延展距离和闪电面积之间具有最好的正相关关系。闪电空间尺度与光辐射能之间呈现出相对较好的相关性,但是,闪电持续时间与空间尺度和光辐射能之间的关系较差。闪电参量与雷暴结构特征对比分析:（1）闪电参量与雷暴结构冷暖季节的对比分析表明,除太平洋深海区域外,其他研究区域闪电空间尺度与雷暴面积之间正相关,与雷暴中闪电密度（表征雷暴发展强度）之间负相关。（2）对比不同地区的闪电参量与雷暴结构的关系,发现海洋上的雷暴面积中值通常大于陆地区域,同时海洋上的闪电空间尺度和光辐射能的中值比陆地上的闪电更大。除青藏高原外,闪电空间尺度和光辐射能与雷暴的闪电密度呈反比关系,说明发展较强的雷暴倾向于产生平均空间尺度较小且光辐射能较弱的闪电。（3）持续时间、延展距离和光辐射能极大的10%闪电相比上述参量极小的10%闪电倾向于发生在高度较高、面积较大的雷暴中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外闪电活动研究进展
•     1.2.1 闪电活动特征分析
•     1.2.2 闪电尺度与雷暴结构的关系
•     1.2.3 闪电强度与雷暴结构的关系
•   1.3 已有研究分析
•   1.4 研究内容和目标
•   1.5 章节安排
• 第二章 数据和方法
•   2.1 分析区域
•   2.2 数据说明
•     2.2.1 LIS数据
•     2.2.2 RPF数据
•   2.3 数据处理方法
•     2.3.1 闪电数据质量控制
•     2.3.2 闪电数据及雷暴数据匹配
• 第三章 闪电参量空间分布特征
•   3.1 闪电参量的整体空间分布
•     3.1.1 闪电密度
•     3.1.2 闪电持续时间
•     3.1.3 闪电空间尺度
•     3.1.4 闪电光辐射能
•   3.2 闪电参量空间分布的季节变化
•     3.2.1 闪电密度
•     3.2.2 闪电持续时间
•     3.2.3 闪电空间尺度
•     3.2.4 闪电光辐射能
•   3.3 闪电参量空间分布的昼夜变化
•   3.4 小结
• 第四章 闪电参量逐月变化特征
•   4.1 白天时段闪电参量的逐月变化
•   4.2 夜晚时段闪电参量的逐月变化
•   4.3 小结
• 第五章 闪电参量数值统计和分布特征
•   5.1 闪电参量概率及累积分布特征
•   5.2 闪电参量统计值特征
•   5.3 闪电参量相关关系
•     5.3.1 闪电参量相关关系拟合
•     5.3.2 闪电参量数密度分布
•   5.4 小结
• 第六章 闪电参量与雷暴结构特征对比分析
•   6.1 同一地区不同季节闪电参量与雷暴结构对比
•   6.2 不同地区闪电参量与雷暴结构对比特征
•   6.3 极值闪电与雷暴结构对比特征
•   6.4 讨论
•   6.5 小结
• 第七章 总结和展望
•   7.1 主要结论
•   7.2 主要创新点
•   7.3 不足和展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 尤金

导师: 郑栋

关键词: 闪电持续时间,延展距离,光辐射能,时空分布

来源: 中国气象科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,气象学

单位: 中国气象科学研究院

分类号: P427.3;P422;P446

总页数: 68

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