雷電預警預報資料大氣電場資料應用

對于地面電場觀測數(shù)據(jù)，主要采用了兩個預警指標進行雷電臨近預警電場瞬間變化量和電場平均變化趨勢。每秒一次的采樣率是可以在一定程度上反映閃電放電引起的電場變化的，因為閃電發(fā)生后，地面電場恢復到閃電前的狀態(tài)需要一定的時間，所以根據(jù)觀測到的電場瞬間變化(相鄰2s地面電場值之差)能夠大體上判斷出在近距離是否發(fā)生了閃電。對于電場平均變化趨勢(如采用1min的平均值)來說，不適于在近距離有閃電發(fā)生時使用，因為近距離有閃電發(fā)生時(特別是閃電頻繁發(fā)生時)，很可能閃電發(fā)生之后地面電場還未完全恢復就發(fā)生一次閃電，這樣每分鐘平均值的變化會是雜亂無章的。但是在閃電還未發(fā)生前、最后一次閃電發(fā)生后或者閃電發(fā)生頻率較低時(可舍棄閃電發(fā)生之后一段時間的數(shù)據(jù)不參與平均值的計算，若閃電發(fā)生頻率較高，可能會造成根本沒有數(shù)據(jù)適于計算平均值，還是可以利用電場平均值的變化趨勢作為預警指標的，特別是雷暴發(fā)展初期，云中電荷處于積累階段，通過對大氣電場平均值的變化趨勢的預測，可以對閃電的發(fā)生進行有效的預警。 2100433B

隨著全國地閃定位站網(wǎng)和局部地區(qū)總閃定位系統(tǒng)的建設，閃電資料在雷電預警中將起到越來越重要的作用。通過區(qū)域識別、跟蹤和外推算法，可以對已經(jīng)發(fā)生閃電的區(qū)域進行識別，利用一段時間的監(jiān)測資料就能進行跟蹤和預測，特別是總閃定位系統(tǒng)能夠提供云閃的信息，可以為地閃提供更長的預警時間。

利用地閃定位資料進行雷電臨近預報實際上就是預測雷電活動的移動趨勢，只能靠提前預測雷電活動的位置信息來保證提前預警時間而云閃一般提前于地閃發(fā)生，其定位結果在一定程度上能夠增加地閃的提前預警時間，在CAMS_LNWS中也考慮了此項預警指標，在有云閃觀測結果并且是對地閃進行預警時采用。

另外，在同時擁有閃電監(jiān)測資料以及雷達、衛(wèi)星等實測資料時，需要綜合考慮這些資料。例如在利用雷達、衛(wèi)星資料對強對流區(qū)域進行識別、跟蹤時，參考雷電定位結果，判斷這些區(qū)域是否已經(jīng)發(fā)生閃電，將為下一時段外推得到的強對流區(qū)域是否會發(fā)生閃電提供決策依據(jù)。

通過對北京地區(qū)2005年夏季的20個單位雷達資料與探空和閃電資料結合進行的綜合分析，得出了40DBZ回波頂高是作為該地區(qū)雷電預警比較合適的雷達特征回波參量的結論。而回波頂高所需要達到的特征高度稍微有別于國外的研究結論，需要在達到0℃層結高度以上

后在結合-10℃層結高度、P值(40DBZ回波突破0℃層結高度后，單體在這個高度上40DBZ以上回波占25DBZ以上回波的體積百分比)的變化等判據(jù)進行進一步的判斷。

利用雷達資料對單體是否發(fā)生閃電，以及初次閃電發(fā)生時間段的預報方法可以歸納為以下幾個步驟：

（1）觀察單體40DBZ回波頂高隨時間的變化。如果40DBZ回波頂高度突破并維持在0℃層結高度之上，則單體有很大的概率將要發(fā)生閃電。

(2)在滿足了上述條件后繼續(xù)觀察單體40DBZ回波頂高的變化。如果40DBZ回波頂高突破了-10℃層結高度，則判斷在滿足該條件的雷達體掃時間后約15min時間之內(nèi)將發(fā)生初次閃電。

(3)若40DBZ回波頂高未能突破-10℃層結高度，則觀察單體的P值變化。如果P值突破并能夠維持在5%以上一段時間，則在滿足該條件的雷達體掃時間后約15min內(nèi)將會發(fā)生單體的初次閃電。

(4)若上述(2)和(3)條的條件均不能滿足，而單體40DBZ回波頂高又始終能夠維持在0℃層結度高以上，則可以認為在短時間內(nèi)單體不會發(fā)生閃電。但如果單體生命史足夠長，在更長時間后發(fā)生閃電的概率依然較大。

此外，當單體中回波從25DBZ上升到35DBZ時，也就是回波強度變化率達到極大值時，這個變化時間差與單體中初次云閃和初次地閃之間的時間間隔也存在一個線性相關。這可以進步為單體可能發(fā)生地閃的時I司進行預報提供一個參考依據(jù)。對于結構比較復雜得雷暴云，還沒有比較好的方法對雷電活動進行預報，還需要深入研究。

對于衛(wèi)星資料在雷電臨近預警中的應用，CAMS_LNWS采用的是輻射亮溫TBB資料，采用下述預警指標：

(1)雙TBB閾值設為T1(D.TBB)和T2(D、TBB).且T1(D、TBB)〉T2(D.丁BB)，例如可分別選-32℃和-52℃。對TBB≤T1(D.TBB)的lx、域進行識別、跟蹤和預測，在這些區(qū)域中如果存在TBB≤T2(D、TBB)的格點，則認為該區(qū)域有可能發(fā)生閃電，預警提前時間為tF(D.TBB)。則從最后一個時次開始，在跟蹤結果中往前搜索一直符合上述條件的區(qū)域，設該區(qū)域符合上述條件的最早時刻為to(D.TBB)，則預測to(D,TBB) tF(D.TBB)之后該區(qū)域可能發(fā)生閃電。

(2)TBB遞減率閾值T(C.T.C)該指標需要至少兩個時次的資料，對TBB≤T1(C.T.C)(可取為-32℃)的區(qū)域進行識別、跟蹤和預測，對每個區(qū)域中的最小TBB的變化進行計算，如果某個區(qū)域最小TBB的遞減率超過T(C.T,C)，則認為該區(qū)域有可能發(fā)生閃電，預警提前時間為tF(C,T.C)。后面的處理與上述雙TBB閾值法類似。TBB遞減率閾值可取為0.5℃/min，對于地閃的預警，國外的研究結果表明tF(C.T.C)為0.5 h或更長時間。

雷電預警預報業(yè)務平臺由雷電預警預報產(chǎn)品生成、人機交互決策以及雷電預警預報產(chǎn)品發(fā)布三大部門組成，簡述如下。

(1)雷電預警預報產(chǎn)品生成

根據(jù)雷電預警預報方法，使用計算機、數(shù)據(jù)庫、圖形處理等技術編制應用軟件，自動滾動生成多種雷電預警預報產(chǎn)品。

(2)人機交互決策

上述產(chǎn)品運用計算機網(wǎng)絡技術自動上網(wǎng)，供預報員使用。預報員根據(jù)本地地形、下墊面等特征，對預報產(chǎn)品進行訂正，做出雷電預報結果，并根據(jù)雷電預報等級，發(fā)布雷電警報。

（3）雷電預警預報產(chǎn)品發(fā)布

雷電預警預報產(chǎn)品除了通過電視、廣播、報紙等發(fā)布外，還可以通過12121氣象咨詢臺、短信專用平臺和Web服務等形式發(fā)布。12121氣象咨詢臺主要服務于各地電話用戶，短信專用平臺主要面向廣大的移動通信用戶，特別是及時向邊遠山區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)領導及廣大群眾發(fā)布雷電預警信號，Web服務主要是通過因特網(wǎng)向?qū)I(yè)用戶提供服務。

雷電災害是強對流性天氣造成的主要災害之一，由于雷電形成迅速而給其預警預報帶來了極大的困難。長期以來，國內(nèi)外的研究和業(yè)務人員在利用雷達和衛(wèi)星等探測資料進行雷電預警預報方面做了大量深入的研究工作。中國氣象科學研究院近期開展了雷電預警預報技術和方法研究，并開發(fā)了雷電臨近預警系統(tǒng)軟件(Lightning Nowcasting and Warning Systems,CAMS-LNWS)。但是我國雷電預警預報技術和方法的研究剛剛起步，目前還沒有成熟的可供預報服務實際使用的業(yè)務產(chǎn)品，沒有開展有針對性的雷電預警預報業(yè)務。

區(qū)域識別、跟蹤和外推算法與決策樹算法的應用區(qū)域識別、跟蹤和外推算法能夠用于閃電定位、雷達和衛(wèi)星資料應用模塊以及綜合預報模塊，把已經(jīng)發(fā)生閃電的區(qū)域和有可能發(fā)生閃電的區(qū)域識別出來，并利用多個時次的觀測資料對這些區(qū)域進行跟蹤和外推，預測0～2 h預警范圍內(nèi)有可能發(fā)生閃電的區(qū)域。決策樹算法應用的前提是要有足夠多的實例對該算法進行分類訓練，受觀測資料的限制，目前只是在探空資料應用模塊中采用了該算法。隨著觀測個例的增多，決策樹算法也有希望在其他模塊中加以應用，對各種預警指標進行遴選。

雷電活動資料及其云和降水關系的綜合分析應用閃電定位儀的監(jiān)測結果除了能夠用于對雷電發(fā)生區(qū)域進行外推預測外，在利用衛(wèi)星云圖和雷達回波資料進行雷電預報的過程中也要綜合考慮閃電定位結果，另外，地面電場實時觀測資料與雷電活動也是緊密相關的，因此，在衛(wèi)星和雷達資料應用模塊中也應考慮地面電場的觀測記錄。

人機交互功能用戶可以指定參與預報的各種資料及其預報結果在綜合預報中所占的相對權重，并且可以輸人預報員的經(jīng)驗預報結果參與綜合預報。 2100433B