大气不稳定度参数与闪电活动的相关性

大气不稳定度参数与闪电活动的相关性1. 700-400 hPa 平均相对湿度可以看出，无闪电活动和有闪电活动的700400 h Pa 中层湿度值的范围均较大。

无闪电活动的平均湿度为47.97 % , 80%的无闪电活动分布在湿度为20%-85%之间，湿度位于90%以下的约占95%;对应的有闪电活动的平均湿度为57.53 % , 80%分布在湿度为33%-83%之间，约95%分布在湿度值为30%以上。

可以看到，700-400 hPa 的平均相对湿度值与闪电活动的相关性比较差。

但是，在湿度Uw < 30%以下，无闪电活动的几率明显较高，有28 .10%的无闪电活动和5 .9%的有闪电活动出现在这个范围，预报无闪电发生的几率为81.13%。

2. 潜在-对流性稳定度指数潜在-对流性稳定度指数的表达式为:I LC =I L +I C =(T v500’- T v0)+(T v500-T v850)，其中I L = T v500’- T v0，是潜在性稳定度指数; I C = T v500-T v850，是对流性稳定度指数。

T v500’表示500 hPa 饱和湿静力温度，T v0表示地面湿静力温度，T v500为500 hPa 湿静力温度，T v850为850 hPa 湿静力温度。

其中，湿静力温度的公式为式中T v ,T 可以同时采用绝对温标，也可以同时采用摄氏温标。

假定空气饱和的湿静力温度称为饱和湿静力温度，即把右端第三项的比湿改为饱和比湿:vT 饱和湿静力温度纯属假设出的一个湿特征量，不能用任何的物理过程达到。

它表示了在某一层下，气块湿静力能量储存的限度，饱和湿静力温度 的这一性质，在对流天气分析预报中非常有用。

潜在性稳定度考虑的是一小块空气上升，其周围空气没有变化的情况，对流性稳定度是考虑整层空气抬升得到的，从实际情况出发，常常把两者结合起来，也称作位势稳定度指数。

潜在一对流性稳定度指数的稳定性判据为I LC <0不稳定;I LC =0中性;I LC >0稳定.图3和表2是潜在一对流性稳定度指数的统计分析结果。

可以看出，无闪电活动I LC 的平均值为6.70，其中有69.93%处于I LC > 0的稳定状态中，近90%集中在II LC >-10的范围，约95%集中在I LC >-12的范围，而整个无闪电活动的大约80%主要集中在-10-28之间;有闪电活动的I LC 的平均值为-5.52，大约76.92%处于I LC < 0的不稳定状态，近90%的有闪电活动集中在I LC < 7的范围，约95%以上的有闪电活动集中在I LC < 10的范围，而整个有闪电活动的大约80%主要集中在-18-11之间。

无闪电活动的ILC 分布范围要比有闪电活动广。

对应的通过计算得出，在I LC <0的情况下，出现闪电活动的几率约为75.27，而在I LC > 0的状态下，不出现闪电活动的几率约为71.81%。

如果我们以士10作为补充阈值参考，可知当I LC <一10时，出现闪电活动的几率是78.38%，当I LC > 10时，不出现闪电活动的几率为84.375%，士10的值可作为预报的一种补充判断。

3．抬升指数抬升指数的定义为在500 hPa 处，环境温度和一气块从1000 hPa 绝热上升到500hPa 处的温度的差值，它体现了500 hPa 处大气不稳定的强弱。

对应公式为LI=T p500一T e500，式中T p500表示500 hPa 处气块温度，即状态温度; T e500表示500 hPa 处的环境温度。

由定义可以看出，LI >0，不稳定;LI=0，中性;LI<0，稳定。

抬升指数的统计分析结果如图4和表3所示。

可以看出，有闪电活动时，有78.02%集中在LI > 0的不稳定状态中;而在无闪电活动中，有64.05%集中在LI<0的稳定状态中。

对应的，我们可以计算出在LI>0的不稳定状态时出现闪电活动的几率为78.02%;而在LI < 0的稳定状态时，无闪电活动的几率为71.O1%。

若以士3的值作为辅助参考，可以发现，在LI<-3时，不发生闪电的几率达到76.69%;在LI > 3时，发生闪电的几率达到78.31%。

表3抬升指数分析结果Table 3 Analysis results of lifted indexes关于抬升指数的一些参数 无闪电活动 有闪电活动最大值/K 8.83 8.91最小值/K -14.81 -7 .3平均值/K -1 .52 1 .96L1<0所占的比例/% 64.05 21 .98LI>0所占的比例/% 35.95 78.02LI<0出现对应现象的可能性/% 71.O1 28.99LI>0出现对应现象的可能性/% 27.92 72.08LI<-3出现对应现象的可能性/% 79.69 20.31LI>3出现对应现象的可能性/% 21.69 78.314．对流有效位能对流有效位能的定义为 CAPE=dz T T T g ZELZLFC ve ve vp , 其中，T v 表示虚温;下标e,p 分别表示环境与气块有关的物理量;Z LFC 为自由对流高度，是T vp - T ve 由负值转正值的高度;Z EL 为平衡高度，是T vp - T ve 由正值转为负值的高度;其余为常用符号。

从几何意义上来说，对流有效位能CAPE 正比于热 力学图解(T- lnp 图)上的层结曲线和状态曲线相交的正面积，它体现了不稳定能量的大小，既涉及了不稳定的强弱，也涉及了对流发展的深厚程度。

在对流有效位能的分析中，考虑了观测资料齐全有计算结果的103个无闪电活动和125个有闪电活动。

因为不存在负值的情况，为了便于分析，我们将状态曲线和层结曲线没有交点的数据统一以-1000.00来表示。

图5和表4是对流有效位能统计分析结果。

通过对流有效位能的CAPE 分析，可以发现，当使用CAPE=400为一个判别点时，在无闪电活动中，有73.79%位于CAPE<400的情况下;在有闪电活动中，有61.60%出现在CAPE>400的情况下。

对应的，可以得出在CAPE > 400时，出现 闪电活动的几率为74.04;在CAPE < 400时，不出现闪电活动的几率为61.29%。

这与Solomon 等的研究分析结果相似。

在他们研究的12个雷暴中，有7个CAPE 的值超过了400，其中6个产生了闪电(有闪电活动的几率为85.71%)，而另外5个低于这个值的雷暴中，只有2个产生了闪电(无闪电活动的几率为60%). 5. 700 hPa 相当位温相当位温是指一气块干绝热抬升到其凝结高度，然后假湿绝热(相对于水的，不考虑成冰活动) 上升到一个相当大的高度(水汽含量趋近于零)，最后干绝热下降到1000hPa时的温度。

可以看到，相当位温体现了某一层次的温湿情况。

分别计算无闪电活动和有闪电活动的相当位温(Qe)，给出图6和表5的分析结果。

从对700 hPa相当位温分析的图和表中可以看出，无闪电活动的Qe分布在311.87 - 349.44之间，平均值为326.89，大约80%的无闪电活动分布在317-337之间，约有95%分布在340以下。

有闪电活动的Qe分布在316.76 - 352.49之间，平均值为333.23，约80%的有闪电活动分布在323-345之间，约有95%分布在321以上。

如果以Qe=325作为参考，在此值以上的有闪电活动占整个有闪电活动的85.71%，对应的无闪电活动占整个无闪电活动的56.86%，可得到在Qe> 325时，发生闪电的可能性为64.20%;在Qe< 325时，不发生闪电活动的可能性为71.74%。

当Qe=335作为预报参考时，Qe>335发生闪电的几率为76.60 % .5.闪电活动分级考虑时与各因子的关系分析地闪数的多少可以间接反映出对流活动的强弱，我们把闪电活动按照观测到的地闪数目的多少进行分级。

表6是各参数(中层湿度没有考虑)在分级情况下的分布。

由表6可以看出，闪电活动主要分布在闪电个数≤500的级别，占了约78%;而500 - 1000 ,≥1000级别的闪电活动都比较少，分别为14.69 %,7.34%。

在闪电活动的分级中，所考虑的不同闪电级别在各参数状态下的百分比，随着闪电活动的增强基本上相应增大，即闪电活动越强，其自身处在参数不稳定状态下的几率就越大。

说明闪电活动强弱和所参考因子的不稳定性有一定的相关，较强的闪电活动更容易由参数的不稳定状态来预报。

同时注意到在500 - 1000的闪电级别中，闪电在一些参数状态下的分布较另外两个级别小，而Qe的平均值也是最小的，这种情况主要出现在参数处于更加不稳定状态的判别中。

说明≤500的闪电级别在参数更不稳定状态下的分布比例比500 - 1000级别较强的闪电活动还大，这是一个比较明显的特征。

6.多参数综合预报性分析从以上的分析中可以看出，潜在一对流性稳定度指数( I)、抬升指数(LI)、对流有效位能(CAPE)和700hPa相当位温(Qe)对闪LC电活动的预警都有比较明显的作用，那么把这些参数综合考虑的预报性如何呢?我们将这4个因子综合起来考察，所选取的不稳定状态的判据分别为ILC<0, LI> 0 , CAPE > 400和Qe>325，考察当处于不稳定参数的个数不同时的闪电活动几率。

表7是分析结果，数据是根据CAPE的情况，选取资料齐全的125个有闪电活动过程和103个无闪电活动过程来分析。

可以看出，有闪电活动主要分布在处于不稳定的参数个数较多时，大约有一半的闪电活动出现在4个参数都处于不稳定的状态;而超过70%的闪电活动出现在3个以上的参数处于不稳定时，只有较少的闪电活动分布在处于不稳定的参数个数≤2时。

同时，无闪电活动主要分布在处于不稳定的参数个数较少时，且不同情况下分布的差别比有闪电活动时要小，但是70%以上的无闪电活动主要分布在只有两个或更少的参数满足不稳定的状态下。

这种分布说明了通过判别多种参数分布状态来预报闪电活动是有一定的可行性的。

通过对处于同样参数状态的有闪电活动与无闪电活动的比较，可以看到，预报性在两端较强，处于不稳定的参数越多，闪电活动的概率也越大;反之，无闪电的可能性越大。

对各种参数不同状况的组合，由于组合情况较多，导致每种情况下的样本数较少，分析意义不大，暂时不再列出。

在实际预报中，结合每个参数值的情况，可以判断不稳定的强弱，特别是当参数处于更加稳定或不稳定的状态时，预报将更为精确。