高原雷暴演变与总闪电和初始闪电关系的观测研究

The observations research will focus in thunderstorm and lightning flashes in Naqu on middle Tibetan plateau (4500 m asl). The detection network will be composed of 4-5 stations that based of center station (Naqu high and cold environmental observation station). The main instruments in all station were electric field meters, the fast and slow antennas,high time resolution GPS synchronization system and so on. During experiments, mobile dual-polarization radar will be used to detect dynamic and microphysical parameters of thunderstorms. The storm environmental parameters such as cloud base height, cloud top height, strength echo height, radar reflectivity, updraft and graupel volume will be analyzed to research relationships between this parameters and the initial lightning. The influence of thunderstorm charge structure, microphysical and kinematic evolution on cloud-to-ground (CG) lightning (frequency and polarity) will be discussed finely. The relationships between atmospheric conditions (temperature and humidity), land surface parameters (soil temperature and humidity) and CG lightning characteristics will be analyzed and the mechanism will be discussed. The correlation between CG lightning characteristics and strong hail and rain processes during thunderstorms evolution will be analyzed in detail. The temporal and spatial characteristics of total lightning flashes will be studied deeply. The main research work is the relationship between the thunderstorm evolution and total lightning flashes. The correction of total lightning and updraft, vertical profiles of radar reflectivity and graupel volume will be discussed and expressed quantitatively.

本研究拟在青藏高原中部那曲地区（平均海拔4500米）开展夏季野外观测实验，以那曲高寒气候环境观测研究站为中心，建立基于闪电快、慢电场变化仪、大气平均电场探测仪等为主的4-5站雷暴电场和闪电高精度GPS时间同步的探测网络，与车载3cm波段双线偏振多普勒雷达同步对高原雷暴及其闪电进行探测。分析雷暴初始闪电发生前后的雷暴环境参数（云底和云顶高度、强回波高度、雷达反射率、上升气流及软雹量等）及其变化特征，探究影响闪电始发的雷暴参数及其物理机制。研究雷暴电荷结构、动力场与微物理场演变对地闪频数和极性影响，探索其物理机制，分析地闪与气象要素（温、湿度）和陆面参数（土壤温、湿度）的相关性，分析地闪活动与降雹和降雨突增过程的相关性。研究高原雷暴总闪电时空分布特征、闪电频数变化和云地闪比例等，重点研究总闪电与雷暴类型及其演变的相互关系，定量分析总闪电与上升气流、雷达反射率垂直递减率、软雹数量等之间的关系。

项目围绕我国北方高海拔地区夏季强雷暴灾害天气过程，对雷暴过程中的总闪电活动特征与初始闪电进行了观测研究。项目所开展的研究工作，是为揭示雷暴动力、微物理以及电过程之间复杂物理机制提供基础研究支持。也是为了探寻雷暴灾害的预警预报技术和方法并为之提供理论依据。 .根据项目组多年的观测资料，对我国不同地区的雷暴过程中的闪电活动基本特征进行了梳理和研究，分析了我国不同地区雷暴闪电活动特征及差异，分析了地闪通道接地分支特征，对正地闪放电过程进行了研究。研发了针对本项目研究工作所需的雷电观测仪器，主要是发展完善了一套由六个测站构成的闪电电场同步观测系统，研发了用于测量总闪电数量的闪电计数器。项目开展了连续三年的夏季野外观测试验，获取了多次雷暴过程中的总闪电、单次雷电所产生的电场波形、闪电高速摄像光学资料等。并且，通过双偏振多普雷雷达的配合观测，获取了雷暴过程详细的动力演变特征。.项目组对雷暴闪电整体活动进行分析，研究了闪电频数随雷暴发展的变化、正负地闪与云闪活动的关系、地闪初始阶段云内放电与回击过程的关系等。详细分析了地闪放电过程的光电特征，探讨了地闪始发机制。根据雷达对雷暴全过程的跟踪观测，研究了雷暴强对流区雷达反射率的时空变化特征，分析了雷暴发展移动路径。对雷达偏振参量进行了分析，分析了双线偏振雷达回波信噪比与偏振参量的关系。根据雷达偏振参量以及电场探空资料，分析了雷暴云内电荷结构。.通过本项目的开展，项目组成员在雷暴电学研究以及雷电探测技术方面的研究水平有了很大的进步，并且对于雷暴灾害天气的预警，也有了更加充分的认识。项目的开展，促进了成员间不同方向学术交流的深入，形成了一支关系和睦、互相协作的研究团队。