西北太平洋地区热带气旋闪电活动特征及其与环境因子的关系研究

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热带气旋(Tropical cyclone,TC)中的闪电活动分布与TC的结构和强度有关,研究TC闪电活动特征有助于提高TC路径和强度预报水平,具有重要的科学意义。本论文以2005~2014年西北太平洋地区发生的TC为研究对象,利用全球闪电定位网(WWLLN)资料、TC位置和强度资料、环境因子资料,从典型个例分析入手,详细研究了西北太平洋地区TC中的闪电活动特征、闪电活动与TC强度及其变化之间的关系、TC移动对闪电空间分布的影响;着重探讨了闪电活动与环境热力和动力条件的关系;最后,分析了TC闪电活动与TC源地、移动路径和登陆地点之间的关系。主要得出以下研究结论:  (1) TC发展至强热带风暴阶段时,闪电密度呈明显的三圈分布结构,内核区闪电密度峰值随TC增强向TC中心移动。TC闪电活动与TC强度有关,弱TC(热带低压和热带风暴)内核区和外雨带区的闪电活动较活跃;TC强度改变时,内核区闪电密度随TC不同强度等级的分布与外雨带区呈现不同特征。TC内核区闪电活动较外雨带区剧烈,内核区和外雨带区的闪电密度最大值均出现在TC快速增强阶段。TC快速增强前后,内核区闪电活动变化比TC总闪电和外雨带区闪电明显,表明内核闪电活动较TC总闪电和外雨带区闪电能为TC强度预报提供更有用的信息。  (2) TC移动速度影响闪电的空间分布。TC移动较慢时,TC移动后方的闪电活动高于前方;TC移动速度加快,闪电向TC移动的前方集中;TC移动速度超过6 m·s-1时,闪电呈明显的非对称分布,内核区闪电集中发生在TC移动的前方,外雨带区闪电向TC移动的右侧集中。  (3) TC闪电的空间分布与环境风垂直切变(VWS)有关,VWS使得TC闪电活动呈向顺切变侧偏移的非对称分布结构,内核区闪电向顺切变的左侧集中,外雨带区闪电向顺切变的右侧集中;当VWS>10 m·s-1时,内核(外雨带)区闪电集中在顺切变左(右)侧~54°(~72°)的辐角范围内。强VWS主要出现在中等强度的TC中;超强台风阶段时,VWS较弱,内核区闪电的非对称分布最不明显。  (4)内核区闪电活动受VWS和TC移动之间共同作用的影响,而外雨带闪电活动主要受VWS的影响。TC移动速度调整了内核区闪电活动分布,两者方向相同时,随着TC移动速度的增大,顺切变侧的闪电活动增强,逆切变侧的闪电活动减弱,顺切变左侧的闪电活动最剧烈;VWS和TC移动方向相反时,TC移速的增加削弱了内核区闪电的非对称分布结构。TC外雨带区,不论VWS与TC移动方向之间的关系如何,TC闪电均集中发生在顺风切变侧。  (5) TC闪电活动与环境热力条件有关,海表温度(SST)介于27~30℃之间时,TC内核区和外雨带的闪电频数较高,有闪电发生的统计样本数也较多,闪电频数和统计样本数峰值出现在29~30℃时;TC内核区和外雨带区闪电活动与对流有效位能(CAPE)的分布关系不同,内核区闪电密度随CAPE的变化呈先增加后降低的非线性分布,外雨带区闪电随CAPE的增加而增强。  (6) TC闪电活动年际变化呈震荡分布,夏半年闪电活动比冬半年强,闪电频数日变化呈单峰分布,峰值出现在1200 LT(当地时间),谷值出现在0600 LT。闪电密度呈三圈分布结构,内核区和外雨带区闪电密度较高,内雨带区最低;闪电密度空间呈不对称分布,最高值出现在TC南侧。  (7) TC闪电活动强度与TC源地有关,低纬度生成的TC内核区闪电频数较高,20°N以北生成的TC内核区和外雨带区闪电活动均较弱。TC强度增强,TC闪电活动高值区中心逐渐西移,纬度较高海域的闪电活动高值区消失,北部湾及南海沿海区域的闪电活动高值区几乎持续存在。TC向东移动和远离太平洋中心时,内核区闪电频数较高,而向南移动时最低;TC向西南移动时,TC总闪电频数最高,向其它方向移动时,TC总闪电频数变化不大。TC登陆前后的闪电活动变化与登陆的地点无明显的关系。
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