雷電預(yù)警預(yù)報(bào)資料衛(wèi)星觀測資料應(yīng)用

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

(1)雙TBB閾值設(shè)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(jìn)行識別、跟蹤和預(yù)測，在這些區(qū)域中如果存在TBB≤T2(D、TBB)的格點(diǎn)，則認(rèn)為該區(qū)域有可能發(fā)生閃電，預(yù)警提前時(shí)間為tF(D.TBB)。則從最后一個(gè)時(shí)次開始，在跟蹤結(jié)果中往前搜索一直符合上述條件的區(qū)域，設(shè)該區(qū)域符合上述條件的最早時(shí)刻為to(D.TBB)，則預(yù)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(biāo)需要至少兩個(gè)時(shí)次的資料，對TBB≤T1(C.T.C)(可取為-32℃)的區(qū)域進(jìn)行識別、跟蹤和預(yù)測，對每個(gè)區(qū)域中的最小TBB的變化進(jìn)行計(jì)算，如果某個(gè)區(qū)域最小TBB的遞減率超過T(C.T,C)，則認(rèn)為該區(qū)域有可能發(fā)生閃電，預(yù)警提前時(shí)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(yù)警，國外的研究結(jié)果表明tF(C.T.C)為0.5 h或更長時(shí)間。

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

后在結(jié)合-10℃層結(jié)高度、P值(40DBZ回波突破0℃層結(jié)高度后，單體在這個(gè)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(jìn)行進(jìn)一步的判斷。

利用雷達(dá)資料對單體是否發(fā)生閃電，以及初次閃電發(fā)生時(shí)間段的預(yù)報(bào)方法可以歸納為以下幾個(gè)步驟：

（1）觀察單體40DBZ回波頂高隨時(shí)間的變化。如果40DBZ回波頂高度突破并維持在0℃層結(jié)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(jié)高度，則判斷在滿足該條件的雷達(dá)體掃時(shí)間后約15min時(shí)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(jié)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(shí)間，則在滿足該條件的雷達(dá)體掃時(shí)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(jié)度高以上，則可以認(rèn)為在短時(shí)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(shí)間后發(fā)生閃電的概率依然較大。

此外，當(dāng)單體中回波從25DBZ上升到35DBZ時(shí)，也就是回波強(qiáng)度變化率達(dá)到極大值時(shí)，這個(gè)變化時(shí)間差與單體中初次云閃和初次地閃之間的時(shí)間間隔也存在一個(gè)線性相關(guān)。這可以進(jìn)步為單體可能發(fā)生地閃的時(shí)I司進(jìn)行預(yù)報(bào)提供一個(gè)參考依據(jù)。對于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜得雷暴云，還沒有比較好的方法對雷電活動進(jìn)行預(yù)報(bào)，還需要深入研究。

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(shè)，閃電資料在雷電預(yù)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(jìn)行識別，利用一段時(shí)間的監(jiān)測資料就能進(jìn)行跟蹤和預(yù)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(yù)警時(shí)間。

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

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

對于地面電場觀測數(shù)據(jù)，主要采用了兩個(gè)預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行雷電臨近預(yù)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?yàn)殚W電發(fā)生后，地面電場恢復(fù)到閃電前的狀態(tài)需要一定的時(shí)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(shí)使用，因?yàn)榻嚯x有閃電發(fā)生時(shí)(特別是閃電頻繁發(fā)生時(shí))，很可能閃電發(fā)生之后地面電場還未完全恢復(fù)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(shí)(可舍棄閃電發(fā)生之后一段時(shí)間的數(shù)據(jù)不參與平均值的計(jì)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(jì)算平均值，還是可以利用電場平均值的變化趨勢作為預(yù)警指標(biāo)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(yù)測，可以對閃電的發(fā)生進(jìn)行有效的預(yù)警。 2100433B

雷電預(yù)警預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺由雷電預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品生成、人機(jī)交互決策以及雷電預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品發(fā)布三大部門組成，簡述如下。

(1)雷電預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品生成

根據(jù)雷電預(yù)警預(yù)報(bào)方法，使用計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫、圖形處理等技術(shù)編制應(yīng)用軟件，自動滾動生成多種雷電預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品。

(2)人機(jī)交互決策

上述產(chǎn)品運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自動上網(wǎng)，供預(yù)報(bào)員使用。預(yù)報(bào)員根據(jù)本地地形、下墊面等特征，對預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行訂正，做出雷電預(yù)報(bào)結(jié)果，并根據(jù)雷電預(yù)報(bào)等級，發(fā)布雷電警報(bào)。

（3）雷電預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品發(fā)布

雷電預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品除了通過電視、廣播、報(bào)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(wù)等形式發(fā)布。12121氣象咨詢臺主要服務(wù)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(shí)向邊遠(yuǎn)山區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)領(lǐng)導(dǎo)及廣大群眾發(fā)布雷電預(yù)警信號，Web服務(wù)主要是通過因特網(wǎng)向?qū)I(yè)用戶提供服務(wù)。

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

區(qū)域識別、跟蹤和外推算法與決策樹算法的應(yīng)用區(qū)域識別、跟蹤和外推算法能夠用于閃電定位、雷達(dá)和衛(wèi)星資料應(yīng)用模塊以及綜合預(yù)報(bào)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(gè)時(shí)次的觀測資料對這些區(qū)域進(jìn)行跟蹤和外推，預(yù)測0～2 h預(yù)警范圍內(nèi)有可能發(fā)生閃電的區(qū)域。決策樹算法應(yīng)用的前提是要有足夠多的實(shí)例對該算法進(jìn)行分類訓(xùn)練，受觀測資料的限制，目前只是在探空資料應(yīng)用模塊中采用了該算法。隨著觀測個(gè)例的增多，決策樹算法也有希望在其他模塊中加以應(yīng)用，對各種預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行遴選。

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

人機(jī)交互功能用戶可以指定參與預(yù)報(bào)的各種資料及其預(yù)報(bào)結(jié)果在綜合預(yù)報(bào)中所占的相對權(quán)重，并且可以輸人預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)結(jié)果參與綜合預(yù)報(bào)。 2100433B