雷暴監(jiān)測(cè)及預(yù)警：第八章 雷暴（雷電）預(yù)報(bào)和預(yù)警

1、20世紀(jì)70或80年代，在美國(guó)多次發(fā)生雷擊航天發(fā)射器事故，肯尼迪宇宙空間研究中心（KSC）、空軍聯(lián)邦航空管理局（FAA）、航空航天局（NASA）蘭利研究中心和新墨西哥理工大學(xué)聯(lián)合研究，10年，建立閃電監(jiān)測(cè)網(wǎng)和KSC發(fā)射場(chǎng)的雷電預(yù)警系統(tǒng)，很少再出現(xiàn)雷擊事件。這一雷電預(yù)警系統(tǒng)包括 （1）短時(shí)雷暴潛勢(shì)的預(yù)報(bào)； （2）短時(shí)雷暴監(jiān)測(cè)跟蹤； （3）當(dāng)預(yù)報(bào)8km范圍內(nèi)可能有地閃（落雷）時(shí)，發(fā)布雷電警報(bào)。,第八章 雷暴（雷電）預(yù)報(bào)和預(yù)警,一.“成功的雷暴預(yù)報(bào)”的含義 Golde 20世紀(jì)60-70年代給出標(biāo)準(zhǔn)，以鋒面移動(dòng)和不穩(wěn)定氣團(tuán)引發(fā)的雷暴預(yù)報(bào)為例，假若預(yù)報(bào)一個(gè)相當(dāng)大的區(qū)域里（水平尺度為幾百公里）有雷暴，而

2、未來該區(qū)內(nèi)若有適當(dāng)數(shù)目的雷暴出現(xiàn)則預(yù)報(bào)就是“成功的”。,第一節(jié) 雷暴的潛勢(shì)預(yù)報(bào),二.雷暴潛勢(shì)預(yù)報(bào)流程,雷暴潛勢(shì)預(yù)報(bào)流程框圖,三.雷暴客觀預(yù)報(bào)方法 1、點(diǎn)聚圖法 印度德里地區(qū)季風(fēng)來臨之前5-6月雷暴。使用修正的Jefferson（TMJ）和George（K）指數(shù)作點(diǎn)聚圖預(yù)報(bào)。 TMJ=1.6w850-T500-0.5DPD700-8.0 K= T8500 - T500+ TD850 -DPD700,式中w850=850pha的濕球位溫； T500= 500phaD的干球溫度； DPD700=700pha的溫度露點(diǎn)差； T850 = 850pha的干球溫度； TD850 = 850pha的露點(diǎn)溫度

3、。,用TMJ和K指數(shù)作預(yù)報(bào)雷暴點(diǎn)聚圖（A為主要出現(xiàn)事件區(qū)域；B為出現(xiàn)不出現(xiàn)的混合區(qū)；C主要不出現(xiàn)事件區(qū)域。,2、多元回歸方程方法 Y=b0+ b1 x1 + b2 x2 + + bn xn 預(yù)報(bào)量 Y=1，雷暴出現(xiàn)；預(yù)報(bào)量 Y=0，雷暴不出現(xiàn)。 3、參數(shù)化方法 將有效位能（CAPE）與對(duì)流云引發(fā)的閃電活動(dòng)聯(lián)系起來。 CAPE參數(shù)與對(duì)流云云頂高度有一定的關(guān)系，閃電頻率也與對(duì)流云云頂高度相關(guān)，Prince和Rind（1992）發(fā)現(xiàn)了閃電頻率也與對(duì)流云云頂高度相關(guān)的參數(shù)化方法。 云頂高度H與CAPE的關(guān)系： H=0.47（CAPE）0.44 陸地上閃電頻率F與云頂高度H的關(guān)系：F=3.4410 -5

4、 H4.9 F=8.51 10 -7 （CAPE）2.2 還可以通過計(jì)算最大垂直速度云頂高度H的關(guān)系估算出F。 Wmax =0.276H 1.73 F=1.439 10 -8 H7.86,第二節(jié) 雷暴的移動(dòng)和傳播,1991年長(zhǎng)江流域暴雨天氣過程中，有人統(tǒng)計(jì)有200多個(gè)中尺度暴雨云團(tuán)沿梅雨鋒自西向東移動(dòng)，所到之處都出現(xiàn)了大到暴雨天氣。不難看出，在做好強(qiáng)雷暴天氣發(fā)生發(fā)展預(yù)報(bào)的同時(shí)，準(zhǔn)確地估計(jì)和預(yù)測(cè)雷暴天氣系統(tǒng)的移動(dòng)在雷暴天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)警業(yè)務(wù)中也是十分重要的。,一.雷暴的移動(dòng) 在日常業(yè)務(wù)中，人們常使用雷達(dá)回波、衛(wèi)星云圖閃電定位儀以及高空風(fēng)資料作雷暴天氣系統(tǒng)的移動(dòng)的預(yù)報(bào)。 1、預(yù)報(bào)雷暴移動(dòng)的方法 (1

5、)、用平均風(fēng)速方法估算風(fēng)暴的移動(dòng)速度 Maddox（1976）通過計(jì)算地面、850、700、500、300、和200hap高度的平均風(fēng)速，統(tǒng)計(jì)平均風(fēng)速與雷暴移動(dòng)速度與移動(dòng)方向之間的關(guān)系得到：雷暴以平均風(fēng)速的75%的速度移向平均風(fēng)右側(cè)的30方向。,(2)、用平均風(fēng)速方法估算風(fēng)暴的移動(dòng)速度的修正 Davies和Johns（1993）對(duì)用平均風(fēng)速方法估算風(fēng)暴的移動(dòng)速度的方法進(jìn)行了修正： 當(dāng)平均風(fēng)速v15m/s時(shí)，風(fēng)暴以平均風(fēng)速的75%移向06km平均風(fēng)向的右方30。 否則，風(fēng)暴以平均風(fēng)速的85%移向06km平均風(fēng)向的右方20。 該方法減少了在較強(qiáng)的平均風(fēng)環(huán)境下風(fēng)暴移速與平均風(fēng)之間的偏差。,(3)、用

6、平均風(fēng)速方法估算風(fēng)暴的移動(dòng)速度的進(jìn)一步修正 Davies（1998）對(duì)用平均風(fēng)速方法估算風(fēng)暴的移動(dòng)速度的進(jìn)一步修正： 把風(fēng)速劃為三個(gè)風(fēng)速段，0-10m/s：11-15m/s：大于15m/s。這一修正，大大改進(jìn)了弱風(fēng)環(huán)境下風(fēng)暴移動(dòng)的預(yù)報(bào)。,(4)、用環(huán)境垂直風(fēng)廓線估算強(qiáng)雷暴移動(dòng)速度 Colquhoun（1980）根據(jù)在上升氣流和下沉氣流之間 的質(zhì)量通量的平衡估算強(qiáng)雷暴移動(dòng)速度，方法假設(shè)： 被上升氣流和下沉氣流帶進(jìn)、帶出風(fēng)暴的空氣相等，下沉氣流的起始高度是450hpa。 上升氣流和下沉氣流中的空氣流動(dòng)速度達(dá)到最大時(shí)，風(fēng)暴強(qiáng)度達(dá)到最大。 相對(duì)于風(fēng)暴，上升氣流從前面接近，下沉氣流從后面接近。 當(dāng)v0.

7、0m/s時(shí)，預(yù)報(bào)有右移的超級(jí)單體； 當(dāng)v0.0m/s時(shí)，預(yù)報(bào)有左移的超級(jí)單體； 當(dāng)v=0.0m/s時(shí)，預(yù)報(bào)無偏移左右的運(yùn)動(dòng)。,(5)、采用座標(biāo)時(shí)的計(jì)算方法 先取為0.850.30各層u、v分量計(jì)算出平均風(fēng)矢，將平均風(fēng)矢右轉(zhuǎn)角（30度），將速率乘以（例如0.75）即得。 (6)、其它方法 在朱乾根教授等的天氣學(xué)原理和方法一書中寫到：風(fēng)暴運(yùn)動(dòng)方向一般偏向于對(duì)流云中層的風(fēng)的右側(cè)，這類風(fēng)暴稱為“右移強(qiáng)風(fēng)暴”，但是有的風(fēng)暴也可以是左移的。 颮中系統(tǒng)生成后，會(huì)有規(guī)律地向前移動(dòng)，颮線上的單體移動(dòng)的方向基本上與850-500hpa的平均風(fēng)向一致，有時(shí)略偏右。 另外颮線還有向著最不穩(wěn)定的地區(qū)移動(dòng)的趨向。 颮線移

8、動(dòng)的速度取決于大尺度天氣形勢(shì)、中尺度高壓強(qiáng)度地形等因子。,二.雷暴云的傳播,1、雷暴云的平移和傳播 雷暴云或強(qiáng)雷暴產(chǎn)生后，有兩種作用使它產(chǎn)生移動(dòng)： 一種是大范圍水平氣流使云體不斷平移，移鄉(xiāng)接近于云體中層高度上大范圍水平氣流的方向。 另一種是云體外圍不斷地形成新的雷暴單體，而老云逐漸消散下去，使人們產(chǎn)生云體似乎在整體移動(dòng)的感覺。這種云體新陳代謝的現(xiàn)象叫做雷暴的傳播。,雷暴的傳播一般又分兩種情況： 一種情況是在原來云體前部增生新云，而后部又在消散，結(jié)果看來云是在前進(jìn)。,風(fēng)速隨高度增大時(shí)有 利 于雷暴向前傳播,2、風(fēng)速、風(fēng)向垂直切變與雷暴云的傳播方向 （1）風(fēng)速隨高度增加與雷暴云的傳播方向當(dāng)風(fēng)速隨高

9、度增加時(shí)，假定云內(nèi)風(fēng)速上下一致，這樣就在云的前部低空產(chǎn)生輻合，高空產(chǎn)生輻散（如圖4-1）。有利于在云的前部有上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，有新的雷暴單體產(chǎn)生，而在云的后部則相反，有利于下沉運(yùn)動(dòng)發(fā)展，使原來的雷暴單體消散。總效果使人看到有云體向前方傳播。,（2）風(fēng)向垂直切變與雷暴云的傳播方向 當(dāng)?shù)蛯訛槟巷L(fēng)，高層為西風(fēng)（風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)）時(shí)，雷暴云一般向其前進(jìn)方向（對(duì)流層中層風(fēng)向的右側(cè)）傳播。,風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有利于風(fēng)暴云向右傳播,雷暴云整體向單體移向的右側(cè)偏移,在預(yù)報(bào)雷暴移動(dòng)時(shí)，還要考慮江、河、糊、海及山脈等地理?xiàng)l件的影響。白天沿河岸移動(dòng)，很少過河（湖）。鋒面雷暴可越過河，但要減弱（夜間相反）。受山脈阻擋時(shí)會(huì)順山脈

10、移動(dòng)，有時(shí)在山區(qū)打轉(zhuǎn)并從山口“奪路而出”。,三.舉例,vx：風(fēng)暴相對(duì)環(huán)境風(fēng)；v：環(huán)境風(fēng)；c：風(fēng)暴移速 vx=v-c,由12個(gè)龍卷雷暴平均的風(fēng)暴相對(duì)風(fēng)廓線,圖中大圓圈代表上升氣流核，雙箭頭表示風(fēng)暴移動(dòng)速度，圖中給出了0.5，4，8，12km風(fēng)暴相對(duì)速度。,四.回波串（系統(tǒng)串）,回波串：是指一個(gè)一個(gè)魚貫移經(jīng)或移到某地的一連串（3個(gè)以上）雷暴單體（回波）的現(xiàn)象。 例如：1991年江淮梅雨期200多個(gè)中尺度對(duì)流云團(tuán)。 中尺度系統(tǒng)串：是指一個(gè)接一個(gè)魚貫移經(jīng)或移到某地的一連串（3個(gè)以上）中尺度系統(tǒng)。,第三節(jié) 強(qiáng)雷暴天氣分析舉例,環(huán)流型對(duì)雷暴的發(fā)生發(fā)展和維持的作用是：持續(xù)輸送大量的潮濕空氣，引氣不穩(wěn)定能量的

11、釋放，提供雷雨云發(fā)展及維持的有利環(huán)境條件。如：,對(duì),美國(guó)中西部大平原 強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)展的環(huán)流模型,冷渦附近深厚積雨云發(fā)展區(qū)（影區(qū)）和對(duì)流活動(dòng)擬制區(qū)（圓點(diǎn)影區(qū)）分布模型,第四節(jié) 地閃的臨近預(yù)報(bào)和預(yù)警,一.成功的臨近預(yù)報(bào)方法的含義 用亞特蘭大奧運(yùn)天氣保障辦公室（OWSO）給出的標(biāo)準(zhǔn)：如果在賽場(chǎng)能聽到雷聲，或者在預(yù)報(bào)的有效時(shí)間內(nèi)，在距賽場(chǎng)9.3km范圍內(nèi)，國(guó)家雷電探測(cè)網(wǎng)（NLDN）數(shù)據(jù)流指示出有閃電，就認(rèn)為閃電預(yù)報(bào)是成功的。 大量的研究表明：發(fā)現(xiàn)閃電初生指標(biāo)到第一個(gè)云地閃出現(xiàn)的滯后時(shí)間或預(yù)警時(shí)間的中值約為7.5分鐘。,二.臨近預(yù)報(bào)方法 簡(jiǎn)單外推法； 客觀外推法； 概念模型法； 統(tǒng)計(jì)方法 經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法統(tǒng)計(jì)概念模型法 中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)方法 經(jīng)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)、概念模型等方法與中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)方法相結(jié)合的方法。,三.地閃風(fēng)暴的監(jiān)測(cè)和跟蹤 Holle等人認(rèn)為用定向探測(cè)器網(wǎng)的閃電數(shù)據(jù)可用于日常的短時(shí)預(yù)報(bào)和臨近預(yù)報(bào)：（1）探測(cè)地閃風(fēng)暴；（2）用于警告目的的跟蹤地閃風(fēng)暴；（3）了解地閃風(fēng)暴何時(shí)形成，變強(qiáng)或消散；（4）在一個(gè)較短時(shí)段內(nèi)顯示地閃活動(dòng)的區(qū)域及移向。,1989年10月14日2000UTC至10月15日 1000UTC時(shí)段內(nèi)一次強(qiáng)風(fēng)暴的地閃回?fù)酎c(diǎn)的情況,四.第一次云地閃開始時(shí)間的預(yù)報(bào) Smith用紅外云圖云頂冷卻率研究預(yù)報(bào)第一次云地閃開始時(shí)間：