江苏雷暴活动时空变化特征及南京雷电预报初探

论文摘要

雷电可以直接造成人员伤亡,对航空、电力工业、计算机网络以及建筑物等的危害都是十分明显的。随着我国闪电监测网的逐渐建成,将使闪电探测和预警成为气象服务产品的一个新品种。同时闪电资料的应用研究和产品开发,使其在灾害性天气预报中也发挥了应有的作用,并显示出其广泛的应用前景。因此,针对各个地区进行雷电的演变和分布特点进行研究,并在此基础上探索合适的雷电预报方法是非常重要的。雷电预报工作,对于防灾减灾,拓宽气象服务领域也是很有意义的。雷暴活动的气候特征是雷暴研究的一个重要方面,它反映了雷暴活动在空间和时间上的多年平均结果,因此对于防雷工作、计划、安排都有一定的实际意义,而要研究雷暴活动的气候特征,需要较长时间的雷暴活动气候资料,统计使用的资料越长,则雷暴活动的气候代表性就越好,通常至少要有10年以上的观测资料。本文采用了江苏省1971—2000年三十年的雷暴日资料,有助于认识江苏省雷暴的活动变化规律,为防雷提供了理论依据,对防雷工程具有实际指导意义。同时结合闪电定位仪资料与探空资料对南京地区雷电进行分析研究,对雷电的实时监测与预警有一定的参考价值。文章利用江苏省1971年至2000年全省地面测站30年长序列的雷暴日记录,采用经验正交分解(EOF)方法,分析了江苏省区域的雷暴空间分布特征与时间变化特征,并用Morlet小波进行了周期分析。EOF在反映气象场空间分布特征与时间变化等方面有其独到之处,其优点是可将气象要素场分解为不随时间变化的空间函数部分(特征向量)及与空间无关的时间函数部分,其空间函数部分是由气象要素场的主要特征所决定的,并且EOF方法的收敛速度很快,故只要取前几个特征值较大的特征向量,即可充分描述出展开要素场的主要特征;小波理论是近十几年发展起来的新的信号处理技术,在数值信号处理领域应用广泛。结果表明,江苏省雷暴呈逐年减少的趋势;全区域变化一致,在此基础上,江苏省东南部与西北部的雷暴日变化反相位;雷暴日变化存在一定的周期。随后结合江苏省电力部门2004与2005年的闪电定位系统的观测资料,对雷暴日观测与闪电定位仪探测结果进行了比对,结果表明,两者对雷电的观测结果一致。最后进一步利用江苏省闪电定位系统的观测资料,结合南京探空资料,分析了以南京探空站为中心的1°×1°的经纬度范围内,在两次探空放球时间段7:15—8:15,19:15—20:15内所发生的闪电情况。分析表明,沙氏指数、700hPa与1000hPa假相当位温θse差、500hPa与700hPa假相当位温θse差、1000hPa温度、500hPa温度对南京地区闪电活动的实时预警有比较明显的作用,并定义了闪电概率指数,可用于预报0～30分钟内闪电的发生概率。全文共分为六章,第一章介绍了雷电探测技术的发展过程及国内外在雷电研究与雷电的预警预报方面所取得的研究成果。第二章介绍了中国科学院空间科学与应用研究中心ADTD雷电监测定位系统课题组研制的ADTD闪电定位系统。第三章介绍了闪电定位的原理。第四章利用经验正交函数法(EOF)处理江苏省气象部门测站1971年至2000年三十年的雷暴日资料,分析了江苏省雷暴的时间、空间特征。同时对江苏省电力部门的闪电定位资料做了相应的统计分析。第五章采用江苏电力部门2005年的闪电定位资料,结合南京的探空资料得到的相关气象参数,尝试给出雷电的短时预报指标,并用已有资料进行了验证,有待在实际工作中进一步检验。第六章指出了本研究工作中还可以深入研究的方面,并提出了今后的研究设想。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 国内外研究进展
• 1.1.1 雷电物理的进展
• 1.1.2 国内外雷电预报的研究现状
• 1.2 本论文研究的目的和主要内容
• 第二章 ADTD雷电探测仪定位系统简介
• 2.1 ADTD雷电探测仪的工作原理
• 2.2 雷电监测定位系统的构成
• 2.3 雷电探测仪运行设置和操作
• 2.3.1 探头的运行方式
• 2.3.2 探头的数据输出及帧格式
• 2.4 数据表名称及结构
• 2.5 江苏省电力部门闪电定位系统数据结构
• 2.6 江苏省气象部门雷暴日观测数据结构
• 第三章 闪电定位的原理与算法
• 3.1 雷暴的定位方法
• 3.1.1 单站定位系统
• 3.1.2 多站定位法
• 第四章 江苏省雷暴特征的分析
• 4.1 研究现状
• 4.2 理论与方法
• 4.2.1 气候趋势系数
• 4.2.2 经验正交分解方法EOF
• 4.3 江苏省雷暴特征研究
• 4.3.1 雷暴日统计结果
• 4.3.2 EOF分析研究
• 4.3.3 小波分析
• 4.3.4 江苏省闪电定位仪资料的统计分析
• 4.3.5 闪电定位仪探测结果与雷暴日记录比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 短时闪电预报初探
• 5.1 南京地区闪电统计
• 5.2 南京探空资料与闪电活动的相关性分析
• 5.2.1 抬升指数
• 5.2.2 沙氏指数Si
• 5.2.3 1000hPa、700hPa、500hPa、300hPa相当位温
• 5.2.4 1000hPa与500hPa层的温度
• 5.3 本章小结
• 第六章 今后的研究设想
• 参考文献
• 致谢