基于TRMM卫星对闪电与降水和云微物理特征之间关系的研究

综合利用TRMM卫星的雷达、闪电、微波和红外等多种同步轨道资料，结合地面降水、雷达和地闪定位资料以及中尺度数值模式的输出气象场信息，研究典型雷暴云的总闪电和云地闪电、降水及云微物理相关参量（如冰相降水、雷达反射率、微波亮温等）的特征及其相互关系，对比不同类型雷暴的结果，分析产生差异的原因；利用闪电与降水的格点化资料研究不同区域(如陆地和海洋等)和不同对流机制(如东亚夏季风爆发前后)等情况的三者之间的相互关系，对非感应起电机制的普适性进行检验；研究闪电与云微物理相关参量之间的统计回归关系，建立有物理意义的闪电参数化方案并检验其效果。研究结果不但对深入理解雷暴云起电过程的物理机制有重要科学意义，而且也能为未来利用闪电资料改善对流性降水预报、提高强对流天气的预警预报能力等提供相关的理论基础。

闪电和降水都与云内的微物理过程密切相关，对他们之间相互关系的研究一直都是大气电学的重要方向。本项目利用TRMM卫星的雷达、闪电、微波等资料以及地面地闪定位资料与雷达资料，分别对热带气旋、亚洲季风区深对流系统、梅雨锋暴雨、青藏高原雷暴、山东一次飑线过程的闪电、降水和云微物理特征及其相互关系进行了深入研究。此外，本项目还对全球闪电活动特征和WRF模式的闪电资料同化方法进行了研究。结果表明：（1）强度较弱的热带气旋平均闪电频数相对较高，当强度达到强热带风暴阶段后，闪电数量随强度增加反而越少。虽然眼壁区对流活动最强，但相比外雨带却较不易发生闪电。对于同等大小的雷达反射率，闪电更易发生在台风和强热带风暴阶段中；（2）亚洲夏季风爆发前深对流系统主要发生在20°N以南，随后逐渐向中纬度移动，在季风爆发后频繁发生在喜马拉雅山南部地区，其空间分布与200 hPa西风急流的位置密切相关。（3）闪电活动和对流活动随地形变化较大。青藏高原上的雷暴和深对流系统比中国中东部更频繁，但水平尺度较小，对流强度弱，闪电频数低。喜马拉雅山南部和中国中东部地区的深对流系统要比其他地区有更强的上升运动和更多的闪电活动。海洋上的深对流系统虽然尺度比陆地上的大，最小红外亮温更低，但对流强度较弱；（4）总闪电频数和地闪频数与7-11 km冰相降水含量之间关系均非常密切，相关系数较高，同时利用0℃层以上强雷达反射率定义的对流强度指数与地闪频数的关系也非常稳定；（5）同化闪电资料后WRF模式得到的降水的强度和中心位置、对流活动的位置和强度都得到了明显改进，同时输出的动力场也得到了相应调整。