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

對(duì)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T(mén)1(D.TBB)和T2(D、TBB).且T1(D、TBB)〉T2(D.丁BB)，例如可分別選-32℃和-52℃。對(duì)TBB≤T1(D.TBB)的lx、域進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和預(yù)測(cè)，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(kāi)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(cè)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(duì)TBB≤T1(C.T.C)(可取為-32℃)的區(qū)域進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和預(yù)測(cè)，對(duì)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(guò)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(lèi)似。TBB遞減率閾值可取為0.5℃/min，對(duì)于地閃的預(yù)警，國(guó)外的研究結(jié)果表明tF(C.T.C)為0.5 h或更長(zhǎng)時(shí)間。

通過(guò)對(duì)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(guó)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(duì)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)足該條件的雷達(dá)體掃時(shí)間后約15min內(nèi)將會(huì)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(mǎn)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(huì)發(fā)生閃電。但如果單體生命史足夠長(zhǎng)，在更長(zhǎng)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(duì)于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜得雷暴云，還沒(méi)有比較好的方法對(duì)雷電活動(dòng)進(jìn)行預(yù)報(bào)，還需要深入研究。

隨著全國(guó)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(lái)越重要的作用。通過(guò)區(qū)域識(shí)別、跟蹤和外推算法，可以對(duì)已經(jīng)發(fā)生閃電的區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，利用一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)資料就能進(jìn)行跟蹤和預(yù)測(cè)，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(zhǎng)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(cè)雷電活動(dòng)的移動(dòng)趨勢(shì)，只能靠提前預(yù)測(cè)雷電活動(dòng)的位置信息來(lái)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(cè)結(jié)果并且是對(duì)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(cè)資料以及雷達(dá)、衛(wèi)星等實(shí)測(cè)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(duì)強(qiáng)對(duì)流區(qū)域進(jìn)行識(shí)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(duì)流區(qū)域是否會(huì)發(fā)生閃電提供決策依據(jù)。

對(duì)于地面電場(chǎng)觀測(cè)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(chǎng)瞬間變化量和電場(chǎng)平均變化趨勢(shì)。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(chǎng)變化的，因?yàn)殚W電發(fā)生后，地面電場(chǎng)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(cè)到的電場(chǎng)瞬間變化(相鄰2s地面電場(chǎng)值之差)能夠大體上判斷出在近距離是否發(fā)生了閃電。對(duì)于電場(chǎng)平均變化趨勢(shì)(如采用1min的平均值)來(lái)說(shuō)，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(chǎng)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(huì)是雜亂無(wú)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(huì)造成根本沒(méi)有數(shù)據(jù)適于計(jì)算平均值，還是可以利用電場(chǎng)平均值的變化趨勢(shì)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(guò)對(duì)大氣電場(chǎng)平均值的變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，可以對(duì)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(tái)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(mén)組成，簡(jiǎn)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(kù)、圖形處理等技術(shù)編制應(yīng)用軟件，自動(dòng)滾動(dòng)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(dòng)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(duì)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(jí)，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(guò)電視、廣播、報(bào)紙等發(fā)布外，還可以通過(guò)12121氣象咨詢(xún)臺(tái)、短信專(zhuān)用平臺(tái)和Web服務(wù)等形式發(fā)布。12121氣象咨詢(xún)臺(tái)主要服務(wù)于各地電話用戶(hù)，短信專(zhuān)用平臺(tái)主要面向廣大的移動(dòng)通信用戶(hù)，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(hào)，Web服務(wù)主要是通過(guò)因特網(wǎng)向?qū)I(yè)用戶(hù)提供服務(wù)。

雷電災(zāi)害是強(qiáng)對(duì)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(lái)了極大的困難。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)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(cè)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(guó)氣象科學(xué)研究院近期開(kāi)展了雷電預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)和方法研究，并開(kāi)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(guó)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(méi)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(méi)有開(kāi)展有針對(duì)性的雷電預(yù)警預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)。

區(qū)域識(shí)別、跟蹤和外推算法與決策樹(shù)算法的應(yīng)用區(qū)域識(shí)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(shí)別出來(lái)，并利用多個(gè)時(shí)次的觀測(cè)資料對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行跟蹤和外推，預(yù)測(cè)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(shù)算法應(yīng)用的前提是要有足夠多的實(shí)例對(duì)該算法進(jìn)行分類(lèi)訓(xùn)練，受觀測(cè)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(cè)個(gè)例的增多，決策樹(shù)算法也有希望在其他模塊中加以應(yīng)用，對(duì)各種預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行遴選。

雷電活動(dòng)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(cè)結(jié)果除了能夠用于對(duì)雷電發(fā)生區(qū)域進(jìn)行外推預(yù)測(cè)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(guò)程中也要綜合考慮閃電定位結(jié)果，另外，地面電場(chǎng)實(shí)時(shí)觀測(cè)資料與雷電活動(dòng)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(chǎng)的觀測(cè)記錄。

人機(jī)交互功能用戶(hù)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(duì)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