江淮地区双极性窄脉冲事件与雷暴相关参数关系的研究

发布时间：2020-05-14 04:22

【摘要】：双极性窄脉冲事件(Narrow Bipolar events,NBEs)是一类特殊的云内放电事件,因其能发出极强的甚低频/低频(Very Low-Frequency/Low-Frequency,VLF/LF)及高频/甚高频(High-Frequency/Very High-Frequency,HF/VHF)辐射被地面和太空观测到。NBE在诸多方面如时间孤立性、辐射强度及与雷暴对流的关系上表现出与普通闪电具有较大的差异性。本论文利用2014年8月江淮地区产生多个双极性窄脉冲事件(Narrow Bipolar Event,NBE)的多个雷暴,结合空基资料(TRMM卫星,全球红外云顶亮温(NCEP/CPC Global IR))和地基资料(闪电探测和多普勒雷达回波数据)分析了 NBE与雷暴对流降水活动的关系,对多个雷暴个例产生的NBE孤立性及辐射强度同雷达回波的关系进行了详细的讨论;其次分析了 NBE与普通闪电、30dBZ雷达回波最大高度的相关性。研究结论主要有以下几个方面:1、雷暴产生的NBE主要以正极性为主,负极性NBE仅占8%。正极性NBE主要位于8-16km之间,平均高度为12.17km,负极性NBE主要位于16-18km之间,平均高度为16.25km。NBE主要集中发生在5:00-13:00时段内;空间上NBE比普通闪电多聚集出现。2、分析NBE与雷达回波的关系,结果表明NBE主要聚集发生在个别雷暴核,不是所有雷暴核均能产生NBE。NBE主要位于雷达回波为35dBZ附近区域,在雷达剖面上NBE主要发生在大于15dBZ的雷达回波内。3、统计NBE、普通闪电事件活动对应的红外云顶温度发现NBE主要发生在云顶温度为210-220K的区域中,闪电主要发生在云顶温度为210-230K之间,云顶温度高于250K的区域闪电极少发生。4、通过分析NBE与30 dBZ雷达回波最大发展高度及闪电频次的关系,发现NBE主要集中发生于闪电频次、30dBZ回波最大高度较高时期,且NBE与普通闪电频次的相关性强于NBE与30dBZ雷达回波最大高度的相关性。5、对NBE孤立性及VLF/LF波段辐射强度的分析表明大多数孤立NBE发生于雷暴发展期,位于15 dBZ及以下的NBE以孤立为主,发生在普通闪电之后的NBE辐射强度最大。6、结合雷暴三个阶段,发现NBE主要产生于雷暴的发展、成熟阶段,消散阶段较少产生或无NBE发生
【图文】：

波形,雷暴,电荷结构,波形特征

Ｄｃ邋＝邋Ｖ（ｒ２邋＋邋（２Ｈ邋＋邋ｈ）２）逦（５）逡逑其中，ｔＢ－Ｕ＝ｔｉ，为ＮＢＥ经过电离层反射（图１．２ｃ中Ｂ路径）与直达波（图逡逑１．２ｃ中Ａ路径）的时间差，即图１．２ａ中的反射波１的时间；ｔｃ－ｔＡ＝邋ｔ２为ＮＢＥ经逡逑过地面－电离层（图１．２ｃ中Ｃ路径）与直达波的时间差即图１．２ａ中反射波２的时逡逑间。ＤＡ表示ＮＢＥ经过Ａ路径传播的距离，ＤＢ、ＤＣ同理。ｒ为传感器与ＮＢＥ源逡逑之间的球面距离，因此可以通过到达时间差定位算法求解多站网获得的ＮＢＥ的逡逑水平位置信息，再提取ＮＢＥ波形反射波的延迟时间ｔ，、ｔ２计算得到ＮＢＥ的高度。逡逑３逡逑

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５００逦６ＣＸ）逦７００逦８００逦９００逦１０００逦１１００逦１２００逦１３００逦１４００逦１５００逡逑Ｔｉｍｅ邋（ｐｓ）逡逑图１．１逦（ａ）正极性ＮＢＥ波形；（ｂ）普通地闪波形特征逡逑ＮＢＥ的高度与雷暴内部的电荷结构分布及雷暴对流强度有关，因此ＮＢＥ高逡逑度也是众多学者的研宄重点之一。对ＮＢＥ高度的测量主要利用ＮＢＥ在ＶＬＦ／ＬＦ逡逑波形特征以及ＶＨＦ频段的脉冲峰值。逡逑Ｓｍｉｔｈ等丨４］利用多站时间到达差（Ｔｉｍｅｓ邋ｏｆ邋Ａｒｒｉｖａｌ邋）计算ＮＢＥ的源高度。具逡逑体如下：逡逑ｃ（ｔＢ邋￣ｔＡ）邋＝邋Ｄｂ＿Ｄａ逦（１）逡逑ｃ（ｔｃ邋—邋ｔＡ）邋＝邋ＤＣ邋—邋ＤＡ逦（２）逡逑Ｄａ邋＝邋Ｖ（ｒ２邋＋邋ｈ２）逦（３）逡逑Ｄｂ邋＝邋Ｖ（ｒ２邋＋邋（２Ｈ－ｈ）２）逦（４）逡逑Ｄｃ邋＝邋Ｖ（ｒ２邋＋邋（２Ｈ邋＋邋ｈ）２）逦（５）逡逑其中，ｔＢ－Ｕ＝ｔｉ，为ＮＢＥ经过电离层反射（图１．２ｃ中Ｂ路径）与直达波（图逡逑１．２ｃ中Ａ路径）的时间差，即图１．２ａ中的反射波１的时间；ｔｃ－ｔＡ＝邋ｔ２为ＮＢＥ经逡逑过地面－电离层（图１．２ｃ中Ｃ路径）与直达波的时间差即图１．２ａ中反射波２的时逡逑间。ＤＡ表示ＮＢＥ经过Ａ路径传播的距离，ＤＢ、ＤＣ同理。ｒ为传感器与ＮＢＥ源逡逑之间的球面距离，，因此可以通过到达时间差定位算法求解多站网获得的ＮＢＥ的逡逑水平位置信息，再提取ＮＢＥ波形反射波的延迟时间ｔ，、ｔ２计算得到ＮＢＥ的高度。逡逑３逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P446

【参考文献】