淮河流域线状中尺度对流系统闪电活动的分析与模拟

Based on the cloud-to-ground lihgtning detection network data (He Nan, An Hui, and Jiang Su), doppler radar data, rountine and intensive station obsevations, soundings and the TRMM satellite data, the characteristics of the lightning associated with the main kinds of quasi-linear MCS (mesoscale convective system) over the Huaihe River Basin during the years of 2008-2011 will be analysed. The generality of lightning characteristics associated with the same kind of quasi-linear MCS will be obtained. The lightning characteristics associated with different kinds of quasi-linear MCSs will be compared with each other and the mechanisms accounting for the differences will be discusssed. Based on the comprehensive analyses on a large number of different kinds of quasi-linear MCSs, typical cases with high quality observations will be selected for simulations using the Electric-coupling-WRF model. The high-resolution simulation results will be used for detailed analyses and diagnostics which include the relations between the lightning position and the dynamical, thermal, and microphysics structures of the MCS, as well as the influences of the wind field, temperature filed, and the distribution of different hydrometeors on the structure and distribution of the electric charge. Numerical experiments will be used to clarify the mechanisms of the occuring and evolution of the electric charge assocaied with different kinds of quasi-linear MCSs. Based on the observations, high-resolution simulations and diagnostic results, conceptual models of the lightning activities assocaited with different kinds of quasi-linear MCSs will be created, which would favor the forecasting of severe weather assocaited with different kinds of quasi-linear MCSs.

本项目拟利用淮河流域（河南、安徽、江苏）的地闪定位网、多普勒雷达、地面和探空、以及TRMM卫星等资料，统计淮河流域主要各类线状MCS(中尺度对流系统)的闪电活动特征及其与灾害天气类型的关系，对同类线状MCS的闪电活动进行归纳，寻找共性，并开展各类线状MCS闪电特征的对比研究，探讨造成其闪电活动差异的原因。在大量个例综合分析的基础上，选取各类具有高质量观测资料的线状MCS典型个例，利用WRF-电耦合模式进行模拟，利用模拟结果进行分析和诊断，研究闪电发生区域与系统动力、热力和微物理结构之间的关系，分析风场、温度场和水成物粒子的分布对各类线状MCS电荷分布的影响，并设计针对性的数值实验深入探讨各类线状MCS闪电发生和演变规律的物理机制。综合观测和模拟结果，提出各类线状MCS闪电活动的物理模型，从而丰富我国线状MCS闪电活动的研究内容，并为线状MCS灾害天气的预报提供一定的科学依据。

本项目利用不同类型的线状MCS（中尺度对流系统）的雷达资料，结合闪电定位网、地面和探空、以及TRMM卫星等资料，分析了各类线状MCS（后部层状云线状系统TS、前部层状云线状系统LS、平行层状云线状系统PS、弓状回波BE、无层云线状系统NS）的闪电活动特征及其与灾害天气类型关系，开展了各类线状MCS闪电活动特征的对比研究。项目利用WRF模式耦合ARPS模式的三维变分系统，对两次典型线状MCS进行了模拟，利用模拟结果建立了预测闪电的新方法，并分析了典型线状MCS的动力、热力、微物理与闪电活动之间的关系，分析了水成物粒子的分布对典型线状MCS电荷结构的影响，建立了典型线状MCS闪电发生和演变规律的物理机制。项目利用加入了起电放电机制的WRF3.6.1版本WRF_ELEC模式，对一次强雷暴过程和典型线状MCS进行了模拟，针对不同的非感应起电机制，设计了5组敏感性试验模拟强雷暴和典型线状MCS中的雷暴云的电荷结构，将模拟结果与观测进行了对比，之后利用模拟结果分析了微物理过程对不同水成物粒子混合比的影响，利用非感应起电机制的敏感性试验分析了雷暴云总电荷结构分布，不同水成物粒子混合比及电荷密度，不同非感应起电机制模拟的水成物粒子混合比及电荷密度的垂直变化，不同非感应起电机制模拟的闪电频数变化，以及感应起电机制对雷暴云电荷结构的影响，感应起电机制对不同水成物粒子电荷密度的影响。通过综合观测和模拟结果，项目较为系统的研究了各类线状MCS闪电活动特征，丰富了我国线状MCS闪电活动的研究内容，为线状MCS灾害天气的预报提供了一定的科学依据。