2009年7月6日南京强雷暴天气分析

摘要

雷暴是伴有雷鸣和闪电的局地对流性天气。南京地区雨量充沛、雷电活动比较频繁,面临着雷暴造成的不可估量的历史文化遗产和经济财产损失。为进一步提高对雷暴天气的科学认识、改善雷暴天气的预警预报工作,本文利用闪电定位资料、大气电场资料以及多种探测资料如:探空资料、雷达和卫星资料,采用数据统计分析、小波降噪、多重分形去除趋势涨落分析、多尺度边缘检测等方法,对发生在南京2009年7月6日的一次较典型的雷暴天气过程进行了系统分析。本研究主要得到以下结论:
　　 (1)2009年7月6日23时到7日11时,南京强雷暴天气过程产生5213次闪电,其中正闪116次,负闪5097次,负闪占绝对优势。正地闪雷电流强度集中在20kA～40kA范围内,负地闪雷电流强度集中于.10kA～40kA区间内。
　　 (2)通过这次的强雷暴天气过程对基于雷达资料的雷电识别指标进行检验,即40dBZ回波达到-10℃的层结高度这一指标,发现该指标能够很好地识别出闪电发生区域。选取30个雷达体扫资料进行验证,识别效果较好的个例有23个,约占总实验数据的77％。
　　 (3)经过小波降噪之后的地面大气电场信号低频部分的波形与原地面大气电场数据波形相比,重叠信号波形明显下降,地面大气电场信号的低频部分更有效地突出显示了地面大气电场在雷暴过程中的主要变化趋势。
　　 (4)对强放电前大气电场数据进行MF-DFA分析,发现α具有强烈的奇异性,说明雷暴天气具有明显的多重分形特征。通过对本次雷暴发展不同阶段电场数据MF-DFA分析的对比发现,大气电场强度时间序列MF-DFA的谱宽可以尝试作为本次雷暴的预报指标,当Δα>0.5时我们就可以做出雷暴预警,当Δα>1时预示着10min之后有强放电。
　　 (5)多尺度小波边缘检测方法能够有效提取出对流云回波边缘,对识别出的对流回波进行对流降水反演,分析雷暴过程中对流降水和闪电的定量关系,计算得到RPF的范围在7.47×106～4.46×107kg,平均值为1.72×107kg。闪电频数的峰值较降水强度及总降水量提前了4个时段即24min,通过非线性回归近似拟合得到降水强度、总降水量和与对应时段内闪电频数的回归方程为:I=1.728lnF+1.122,r=0.8044;Q=2.372lnF+3.378,r=0.7355。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 应用雷电探测系统研究雷暴

1.2.2 雷暴中闪电与对流性降水的关系

1.3 论文主要研究内容

第二章 2009年7月6日南京强雷暴天气的发生发展

2.1 天气过程简介

2.2 天气形势特征

2.3 大气层结不稳定度分析

2.4 卫星云图分析

2.5 雷达资料分析

2.6 本章小结

第三章 雷电观测数据分析

3.1 闪电定位观测资料的分析

3.1.1 南京市雷电参数分布

3.1.2 2009年7月6日天气过程地闪数据分布分析

3.1.3 2009年7月6日雷达资料的雷电识别指标检验

3.2 2009年7月6日大气电场仪观测资料分析

3.2.1 利用小波分析电场数据

3.2.2 利用多重分形分析2009年7月6日电场数据

3.3 本章小结

第四章 2009年7月6日雷暴过程对流降水和闪电的分析

4.1 层状云回波和对流云回波的识别原理及算法

4.1.1 小波变换

4.1.2 基于小波变换的多尺度边缘检测

4.1.3 自适应块阈值

4.1.4 非极大值抑制

4.1.5 中值滤波

4.1.6 层状云回波和对流云回波识别算法

4.2 2009年7月6日对流降水和闪电的分析

4.2.1 资料的选取及预处理

4.2.3 对流降水和闪电的分析

4.3 本章小结

第五章 结论

5.1 总结

5.2 主要创新点

5.3 存在的主要问题

参考文献

作者简介

致谢