(整理)大气不稳定度参数与闪电活动的相关性.
基于最小二乘支持向量机的雷暴预报初探
２ 最／ ＂ ｂ－乘支持 向量机分类的原理
雷 暴 活动 是 否会 发生 是 一个 二类 分 类 问题 。 对 于 此类 问题 ，给定 Ⅳ个 训 练样 本 为 ｛ ，
２． ，Ⅳ ，
取得了一定效果。但该方法存在 网络结构难 以确 定、 容易陷入局部最优等问题 。
支 持 向量 机（ｕ ｐ ｒ ｖ ｃｏ ｃ ｉｅ Ｓ Ｍ） ｓｐ ｏｔ ｅｔｒｍａｈｎ ， Ｖ 是
１ 引
言
统计学理论为基础 ， 通过核函数实现非线性映射 ， 把样本空间映射到高维特征空间，实现分类和回
归 。 最 小 二 乘 支 持 向 量 机 （ ＳＳ Ｌ ．ＶＭ）１ 在 标 准 ［是 Ｓ ＶＭ 基础 上 ， 过采 用最 ｓ ． 价值 函数和 等 式 通 ｂ－乘
雷暴是一种典型的强对流天气 ， 威胁着人类 的生产生活。近年来 ，随着经济的不断发展 ，雷
第２ 卷 第２ ７ 期 ２１ ０ １年 ０ ４月
热
带
气
象
学
报
Ｖ １ ７． ． ｏ ． ＮＯ ２ ２ Ａｐ ． ２ １ ｒ， ０ １
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＴＲＯＰＩ ＯＦ ，朱 佳 基 于最 小二 乘支 持 向量 机 的雷暴 预 报初 探 ［ ． 带气 象 学报 ，２ １ ，２ （）１ １１５ Ｊ 热 Ｊ ０ １ ７２：６ －６
暴 的破 坏 效应 日益 显 著 。因此 ，对雷 暴 的准 确预
报也越来越引起人们的重视 。郑栋等… 利用探空
资 料 和闪 电定 位资 料 对北 京地 区的 闪 电发生 概率 建 立 了多 元 回归方 程 ；Ｒ ｖ 等 『利用 图解法 和 多 ａｉ ２ ］ 元 回归 法 建立 了印度 德里 地 区 ４ ６ 月 的雷 暴 预 —
大气不稳定度参数与闪电活动的预报
大气不稳定度参数与闪电活动的预报
郑栋;张义军;吕伟涛;孟青;何平
【期刊名称】《高原气象》
【年(卷),期】2005(24)2
【摘要】利用北京地区M LDARS闪电定位系统的观测资料, 结合探空资料, 分析了182个有闪电活动和153个无闪电活动的多个大气不稳定参数与闪电活动的关系。
结果表明, 潜在—对流性稳定度指数、抬升指数、对流有效位能和700 hPa相当位温与闪电活动具有较好的相关性, 而中层湿度与闪电活动的相关性没有以上几个参数明显。
文中进一步分析了多参数综合预报的闪电活动的概率, 闪电频数和各参数的线性回归关系, 提出了闪电活动预报的诊断指标。
本研究对北京地区雷电监测与预警有参考价值。
【总页数】8页(P196-203)
【关键词】闪电活动;大气不稳度定参数;闪电活动预报
【作者】郑栋;张义军;吕伟涛;孟青;何平
【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所;中国气象科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】P427.3
【相关文献】
1.中国东南区域闪电活动特征及其与大气环境参数的关系 [J], 王基鑫;祝宝友;马明
2.兰州和杭州地区闪电活动与大气不稳定参数关系的对比 [J], 刘岩;李征;康凤琴
3.低纬高原大气不稳定参数与雷电活动相关性 [J], 杨宗凯;殷娴;胡颖;周清倩
4.闪电发生的环境场特征及闪电活动的预报 [J], 杨学斌;代玉田;吕伟绮
5.闪电发生的环境场特征及闪电活动的预报 [J], 杨学斌; 代玉田; 吕伟绮
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雷电的综合预警预报现状(内蒙)模板
利用卫星、雷达、闪电定位仪等（大范围卫星定时观测，小范围闪 电定位仪和雷达实时或准实时观测，均为格点化资料）对强对流天 气系统进行监测，对有可能发生闪电的区域进行识别、跟踪和外推， 给出雷电活动发展和移动的趋势预报。 并结合地面电场仪的实时观测，提供局部地区的雷电临近预报。
5
1) 探空资料和数值预报:大尺度潜势预报 2) 卫星、雷达、闪电定位和地面电场资料： 临近预报。
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• Brandon Vincent和Lawrence Carey[2003] 对北卡罗莱那州中部地区的 50个雷暴个例进 行了研究：回波强度为 40dBz 、环境温度参 数为-10℃，和回波强度为40dBz、环境温度 参数为-15℃是预测云地闪最好的参数组合。 检验中，前一种预报组合的预报概率为 100% ，而后一种为 86% ，但后一种组合的 虚警率较前一种要低 7 个百分点。预警时间 分别为14.7分钟和11分钟。 • 根据检验评分的结果，认为40dBz回波达到10℃温度层结高度是预测云地闪最好的预报 因子。
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全国天气雷达网
基于雷达拼图数据，可以进行更大范围的雷电预警
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利用雷达资料进行雷电预警的方案
• Gremillion and Orville[1999]分析了39个途经 美国肯尼迪航天中心的雷暴后发现：对于夏季 雷暴，最好的预警指标是在 -10 ° C 温度高度 上两个连续的体扫都能达到40dBz的反射率阈 值。使用这种方法的预报准确率达到84%，虚 警率为7%，中值预警时间为7.5min。
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神经网络算法
为了对网络进行训练，我们将所有的数据分为两组，每组122个事例，一 组用来训练网络，一组用做模拟预报。为了计算的方便，我们应用Matlab的神 经网络工具箱对输入数据进行训练，网络的初始权值是随机设置的，并将通 过训练数据优化这些权值，以求达到网络参数对数据最佳匹配的效果。 发现：潜在性稳定度指数；K 指数，抬升指数等六个因子具有很好的预报 功能
闪电发生的环境场特征及闪电活动的预报
大气中的电荷闪电与雷暴的形成机制
大气中的电荷闪电与雷暴的形成机制在大自然的众多奇妙现象中，闪电与雷暴无疑是最为壮观和令人震撼的。
每当乌云密布、电闪雷鸣之时，我们总会感受到大自然的强大力量。
那么，这惊心动魄的闪电和雷暴究竟是如何形成的呢？这背后隐藏着大气中电荷的神秘作用。
要理解闪电与雷暴的形成，首先得从大气的组成和特性说起。
我们所呼吸的空气并非单纯的气体混合物，其中包含着各种微小的颗粒，如灰尘、水汽等。
在大气的对流运动中，暖湿气流上升，冷干气流下沉，形成了复杂的气流循环。
当暖湿气流迅速上升时，其中的水汽会遇冷凝结，形成云滴。
云滴不断碰撞合并，逐渐成长为云滴。
随着云体的不断发展壮大，内部的气流运动变得更加剧烈。
在这个过程中，云内的不同部位会发生摩擦和碰撞，导致电荷的分离。
通常情况下，云层的上部会积累正电荷，而下部则积累负电荷。
这就像是一个巨大的电容器，正负电荷在云层中逐渐积聚。
当电荷积聚到一定程度时，就会产生强大的电场。
此时，大气中的电场强度足以使空气发生电离，形成导电通道。
负电荷会沿着这个通道向地面移动，这就是我们所看到的闪电。
闪电的速度极快，每秒可达几十千米。
由于电流的急剧增大，通道内的空气瞬间被加热到极高的温度，使其迅速膨胀，产生强烈的冲击波，这就是雷声的来源。
那么，为什么闪电的形状会如此多样呢？有的闪电是笔直的，有的则是曲折分叉的。
这与云层中的电荷分布以及大气环境的不均匀性有关。
当电荷分布较为均匀时，闪电通道可能较为笔直；而当电荷分布不均匀或者大气环境复杂时，闪电通道就会出现曲折和分叉的情况。
雷暴的形成不仅仅取决于云层内部的电荷活动，还与地面的情况密切相关。
地面上的物体，如山峰、建筑物等，也会对电场产生影响。
当闪电击中地面时，电流会通过地面传导，可能对地面上的物体和生物造成危害。
此外，雷暴的形成和发展还受到地理环境、季节和气候等因素的影响。
在一些地区，由于特殊的地形和气候条件，雷暴的发生频率较高。
比如在山区，由于气流的抬升作用更强，容易形成强烈的对流，从而导致雷暴的产生。
低纬高原大气不稳定参数与雷电活动相关性
低纬高原大气不稳定参数与雷电活动相关性杨宗凯;殷娴;胡颖;周清倩【摘要】应用云南省2014-2017年闪电资料和探空资料,分析了低纬高原地区大气不稳定参数与雷电活动的相关性,从9个参数中选取了相关性较强的5个参数,运用数理统计方法确定各参数可预测雷电发生的阈值,再运用复相关系数法计算各参数权重,建立雷电潜势预报方程.最后通过预报检验法及个例分析法对方程进行验证,结果显示低纬高原地区大气不稳定参数对雷电活动较为敏感,响应阈值普遍低于平原区域.该预报方程对未来12 h雷电活动的发生预报效果显著,具有良好的推广运用价值.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2018(046)005【总页数】6页(P1020-1025)【关键词】大气不稳定参数;雷电活动;潜势预报;复相关系数法;阈值【作者】杨宗凯;殷娴;胡颖;周清倩【作者单位】云南省气象灾害防御技术中心,昆明650034;云南省气象灾害防御技术中心,昆明650034;云南省气象灾害防御技术中心,昆明650034;云南省气象灾害防御技术中心,昆明650034【正文语种】中文【中图分类】P446;P456引言雷暴生成3要素是指：环境温度直减率处于条件不稳定状态，常存在温度直减率近乎干绝热的气层，从而有足够大的正浮力；有足够多的水汽，从而使抬升气块代表的状态曲线与环境温度曲线相交于自由对流高度(LFC)；具有使气块达到LFC的抬升机制。
简称静力不稳定、水汽和抬升3要素[1]。
国内外许多学者应用对流参数资料作了雷电活动与3要素的相关性研究。
张喜轩研究发现，63.7%的雷雨天气，其中层 (700～400 hPa)平均相对湿度在 30%—70%之间[2]。
张腾飞等分析了云南致灾雷电过程的大气物理量结构特征[3]。
Neumann在预报模式中使用了800～600 hPa 平均相对湿度来预报闪电活动的发生[4]。
Solomon 等在研究新墨西哥州雷暴时，发现当对流有效位能的值大于400 J/kg时，可以较好地预报闪电活动的发生[5]。
低纬高原大气不稳定参数与雷电活动相关性
气 象 科 技
Ｍ ＥＴＥｏＲｏＬｏＧＩＣＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨ ＮｏＬＯＧＹ
Ｖ ｏ１．４６．Ｎ ｏ．５ ０ ｃｔ． ２Ｏ１８
低纬高原 大气 不稳定参数 与雷 电活动 相关性
杨 宗 凯 殷 娴 胡颖 周 清倩
（云 南 省 气 象 灾 害 防 御 技 术 中心 ，昆 明 ６５００３４）
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｑｘｋｊ．ｎｅｔ．ｃｎ气 象科 技 云 南 省 气 象 局 科 研 项 目（ＬＤ２０１７０３）资 助 作 者 简 介 ：杨 宗 凯 ，男 ，１９７０年 生 ，工 程 师 ，主 要 从 事 雷 电 防 御 技 术 研 究 ，Ｅｍａｉｌ：１６８５３８０７３４＠ ｑｑ．ｃｏｍ 收 稿 日期 ：２０１７年 １１月 ３０ 日 ；定 稿 日期 ：２０１８年 １月 ２６ Ｅｔ ＊通 信 作 者 ，Ｅｍａｉｌ：７０７２３９７２８＠ ｑｑ．ｃｏｒ ｎ
１ 资料来 源及 预 处理
统计 了 云 南 省 闪 电定 位 监 测 系 统 ２ｏ１４－ ２ｏ１６
年 ５—９月监测 到的昆明地 区闪 电数 据和 昆 明探 空站 每 日 ０８：ｏｏ和 ２Ｏ：。０的探 空 数据 以及 ＮＣＥＰ再 分析 气象 资料 。为 了对 探空 资 料与 闪 电资 料进 行 同步 分 析 ，首 先 对 闪 电数 据 进 行 预处 理 。如 Ｏ８：ＯＯ一 ２Ｏ：Ｏ０ 之间有 闪电发生 ，或 ２０：００至次 日 ０８：００之 间有 闪 电 发生 ，记 为一 个 雷 电活 动 日，反 之 为 无 雷 电活 动 日。 有 闪 电发 生时 ，如果 是零 星 闪 电，即闪 电频 次小 于 １５ 次 （非强雷暴 云 平 均地 闪频 次 为 １～ １０次／ｍｉｎ，而 最 小 的雷暴 发生 闪电最 短持 续 时 间为 １５ ｍｉｎ），将 不 计 为 雷 电活 动 日。据 此 ，筛 选 了 ３４０个 有 雷 电活 动 日 和 １９８个 无 雷 电 活 动 日 。
基于EC模式闪电格点概率预报模型及应用
第48卷第6期 2020年12月气象科技M E T E O R O L O G I C A L S C I E N C E A N D T E C H N O L O G YVol. 18, No. 6Dec. 2020基于E C模式闪电格点概率预报模型及应用周威1张武龙1康岚u魏庆2但破1银航1(1四川省气象台/高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室.成都610072;2四川省防雷中心，成都610072)摘要基于EC'(0.25°X0. 25°)模式预报资料和闪电定位资料.结合雷暴三要素形成条件.分别从水汽、能社、热力、动力等几个方面挑选预报W子，利用主成分分析方法配料权重系数.并根据海拔高度将四川划分为四川盆地、攀两 地K、川两高原3个不同的K域分别建立预报模型.研发了四川省闪电格点概书预报产品。
检验结果表明：四川盆 地在概率预报值为70%以上时，预报效果较好，T S评分为0.294;攀西地区和川两高原在概率预报值为60%以上 时.预报效果较好，T S评分分别为0.302和0.299。
关键词闪电；E C模式；主成分分析；概率预报；T S评分中图分类号：P456 DOI：10. 19517/j. 1671-6345. 20190457 文献标识码：A引言雷暴是特定的大气环境中发展起来的对流系统，闪电是雷暴过程中一种剧烈的放电现象，很多研究指出闪电的发生与大气的动力、热力、能量等有一定的内在联系〜3]。
早在20世纪70年代•一些国外的研究者就将这些环境条件参数应用于闪电的潜势预报中，N e u m a n n等>51在预报模式中使用了 800 〜600 h P a平均相对湿度来预报闪电活动的发生。
S o l o m o n等[6]发现对流有效位能值（C A P E)大于400 >k g1 .能够较好地预报墨两哥州闪电活动，但 抬升指数不是预报闪电的关键W子。
闪电发生的环境场特征及闪电活动的预报
闪电发生的环境场特征及闪电活动的预报杨学斌;代玉田;吕伟绮【摘要】利用2006-2015年6-8月章丘探空站逐日探空资料,计算了K指数、抬升指数、对流稳定度指数等6个环境参数,探讨了单个环境参数和多个环境参数组合与闪电活动的关系.结果表明:1)单个环境参数在一定数值范围内可作为闪电活动预报的指标,且较强的闪电活动更容易由大气的不稳定状态来预报;2)多个环境参数的组合可在一定程度上反映闪电活动的特征,闪电出现的概率随着达到大气不稳定临界值物理量参数个数的增多而增大,预报效果比单个参数更好;3)应用事件概率回归方法建立了闪电概率潜势预报方程,方程通过了α=0.01的显著性水平检验,通过检验和评估,闪电概率预报的TS评分达到78％,该方法的建立为闪电潜势预报提供了参考依据.【期刊名称】《山东气象》【年(卷),期】2019(039)003【总页数】7页(P96-102)【关键词】闪电活动;环境场特征;闪电活动预报【作者】杨学斌;代玉田;吕伟绮【作者单位】德州市气象局,山东德州253078;德州市气象局,山东德州253078;德州市气象局,山东德州253078【正文语种】中文【中图分类】P427.3引言闪电是对流天气系统发展到一定程度的产物，不仅与大气动力过程和微物理过程的发展密切相关，在很大程度上指示强对流天气的发生和发展[1]，而且能够作为灾害性天气预警的参考资料[2-3]。
作为灾害性天气，闪电对交通、通讯、航天等活动构成较大的威胁，造成的经济损失和人员伤亡日益严重[4-5]。
雷暴云的发展与热气团在不稳定环境中的对流抬升有关[6]，许多专家学者进行了研究。
张翠华等[7]研究发现，对流风暴中地闪活动与环境层结因子之间有较好的相关性，并可通过层结因子对对流风暴进行预报。
陈光舟等[8]研究了安徽大气不稳定参数与闪电的关系，指出抬升指数、K指数和对流有效位能等对安徽地区闪电活动有较好的预报作用。
张霞等[9]研究了郑州雷电发生的环境场特征及潜势预报，指出雷电活动出现的概率随着有利环境参数的个数增多而显著增大，雷电概率预报TS评分达到63.6%。
雷暴发生规律分析及预报
雷暴发生规律分析及预报鲁郑莉【摘要】In this paper,it use the data of thunderstorm about 7 years (2004-2011) to analyse and summarize the climate and thunderstorm activity regularity. The three factors air pressure, temperature,and relative humidity have a good correlation with thunderstom. Basing on the considering the seasonal factor , It use the regression analysis and discriminant analysis method to make a equation to forecast thunderstorm. Then it use the equation to forecast 2012 to 2013 data. Comprehensive After analysing of the average forecast accuracy, temperature and relative humidity have a good correlation with thunderstorm. Discriminant analysis (78.5%) is better than the linear regression method (30.3%). The discriminant analysis method achieves a certain prediction, has good reference value. But Multiple linear regression equation select the average relative humidity as the standard forecast thunderstorm. Its forecast effect is not ideal, needs further researching.%利用双流县7年（2004～2011）的雷暴资料，选取与雷暴相关性较好的三个因子气压，温度，相对湿度，并在考虑因子季节变化特征的基础上，分别利用回归分析法和判别分析法制作雷暴预报，并用2012～2013年的7、8月雷暴资料进行检验。
兰州和杭州地区闪电活动与大气不稳定参数关系的对比
摘
要： 利用甘肃 中部地 区和浙江地 区的闪电定位 资料 ， 研究 了闪 电活动 的时间和空 间分布 特征 ； 并
结合地面和探空资料 ， 分析 了兰州和杭州 附近地 区在有 闪电活动 时闪频数与大气不稳定参数 的关 系。 结果表 明 ， 地 区的地面相对 湿度 、 氏指数 、 ２ 沙 对流有 效位 能和对流抑 制能量 与其地 闪频数 具有较好 的相关 性 ， 杭州地 区地 闪频数与对流抑制能量 的相关性较大 ， 而兰州地区地面相对湿度对闪 电活动的
第２ ８卷
第 ２期
干 旱 气 象
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｉ ｔｏｏｏ ｙ ｏ ｒａ ｄ Ｍｅｅ ｒｌｇ ｏ Ａｒ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ． １２ ２
２１ ００年 ６月
文章编号 ：０ ６—７ ３ （ ０ ０ ０ １０ ６９ ２ １ ）一 ２～０４ ０ １２— ６
Ｊ ｎ ．０ ０ ｕ ｅ２ １
的差 异 。Ｎ ｕ ｎ ¨ ２ 的预报 模 式 中使 用 了 ８ ０～ ｅ ｍａ ｎ Ｉ ０ ６ ０ｈ ａ的 平 均 湿 度 来 预 报 闪 电 的发 生 。 Ｓｌｍ ｎ ０ Ｐ ｏ ｏ ｏ
等 研究 发 现 青 藏 高原 相 比 临 近 同 纬度 地 区 放 电
弱 的主 要原 因是 较 小 的对 流 不 稳 定 能 量 。 大 量研 究 表 明 ， 同地 区影 响 雷 暴 天 气 的 大 气 不 稳 定 参 不
数 并 不 相 同 ， 目前 对 各 纬 度 带 间 雷 电 活 动 与 大 但
气 不 稳定 参 数 关 系 的差 异 性 研 究 较少 。 因此 本 文 选 取 地处 我 国西 北 内陆 温 带 大 陆 性 气 候 区 的甘 肃 地 区和 位 于我 国东 南 沿 海 亚 热 带 季 风 气 候 区 的浙
气象条件对雷电活动的影响与分析
气象条件对雷电活动的影响与分析摘要：气象条件对雷电活动起着至关重要的影响。
不稳定的大气层、湿度、上升气流和下沉气流、温度变化以及地形等因素的相互作用都可以影响雷电的形成和强度。
了解和研究这些气象条件对雷电的作用，有助于掌握雷电现象规律，采取适当有效的安全防范措施，从而减少人身财产损失。
关键词：气象条件;雷电活动;相关性;1气象条件对雷电活动的影响气象条件对雷电活动有着显著的影响。
以下是一些与气象条件相关的因素，对雷电活动产生影响的例子。
大气层中的不稳定性：雷电活动通常在具有不稳定大气条件的地区发生。
不稳定的大气条件包括大气层中的温度递减和湿度变化，这有助于形成冷暖气团的对流运动，增加了雷电发生的可能性。
水汽含量：水汽是雷暴产生的重要要素之一。
高水汽含量的区域通常意味着更多的水分可供凝结和释放热量，促进强烈的对流活动，从而增加了雷电的发生性。
上升气流和下沉气流：雷电活动通常需要强烈的上升气流和下沉气流。
上升气流有助于将水汽带上升至高空，形成冰晶并创造电荷分离条件。
下沉气流则有助于形成电荷分离的区域和电荷聚集的条件。
气温和湿度的变化：气温和湿度的剧烈变化也可能导致雷电活动。
这种变化可导致大气层中的不稳定性增加，创造出足够的能量供应来产生雷暴。
地形条件：地形特征也会影响雷电活动的形成和分布。
山脉和山谷通常能够导致气流的上升或下沉，从而对雷暴活动产生影响。
需要注意的是，虽然这些气象条件对雷电活动有一定的影响，但雷电的具体形成仍涉及多种复杂的因素和物理过程。
雷电发生的机制依然是一个活跃的研究领域，科学家们正在努力深入了解不同气象条件相关的雷电现象。
2气象条件对雷电活动影响的解决策略2.1实施预警系统利用现代气象观测设备（如雷达、闪电定位系统、卫星观测等）对雷电活动进行监测。
这些设备可提供实时的天气数据，帮助分析和预测雷电的发展趋势。
使用先进的雷电探测技术，例如电磁传感器、电场传感器和电磁波传感器等，预测雷电的发生及检测雷电发生的强度。
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。
第三讲 大气的不稳定理论
表（如暖水面）引起。上面两种方式如同时发生，可使环境递减率迅
速变陡，最终引起大气的失稳。
第三十六页，共79页。
整层空气抬升使该层不稳定增加。初始稳定层（X-Y）在抬升后现
变成条件不稳定层（X’-Y’）
的大部分，结果使实际的（净的）上升气流只为无摩擦和非挟卷热泡的 很小一部分。只有大的积雨云或雷暴才有能力更有效地上升。
第二十六页，共79页。
根据阿基米德原理，处于空气（其密度为ρ’）中的气块（其密度原为ρ），
所具有的向上推力等于被移走，或取代的空气的重量。因为气块具有向下的力，其值等 于其自身重量，所以，净的向上的力F 由下式决定：
第一页，共79页。
•
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•
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•
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3.2 大尺度不稳定
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（1）斜压不稳定 •
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•
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•
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两气块现不同密度面进行交换位置的示意图（Andrews，2010）
第十页，共79页。
量纲数。Fr数描述了在垂直运动力学中重力（通过浮力减少后）的相对 重要性。当Fr远小于1时，单位质量的浮力远比观测到的垂直加速度大
，这表明，其它另外的因子在决定加速度上一定是显著的。积雨云中的
B很小（~1/300），这由于上升空气中正温度偏差很小，积雨云中只是略
大一些。大气对流中的Fr值以0.2 为中心变化，范围相当大。这表明， 存在着其它的一些力，显著地抵消由浮力引起的加速作用，这些抵消因 子有吸入阻力（挟卷作用）与摩擦阻力。两者共同作用几乎抵消了浮力
最新大气稳定度课件
大气稳定度课件第七章 大氣的不穩定度（Atmospheric Instabilities ） ● 7.1前言大氣中的水氣來自地表，而後經由平流輸送至相關地區，因而上升運動是形成天氣現象的先決條件之一。
而上升運動則取決於作用在單位氣塊上的力，以及環境大氣的不穩定程度。
至於大氣是否穩定則取決於它的熱力結構，動力結構或兩者組合後的條件，以及運動氣塊（air parcel ）與環境大氣之上述條件的對比。
簡單的說，運動後的氣塊是否會到原位是判斷大氣穩定與否的指標。
下圖中附箭頭的小球代表氣塊，半圓或平面則代表大氣。
由而見大氣的三種穩定狀態。
圖7-1 大氣穩定與否之示意圖本章即對此方面問題做進一步的討論。
● 7.2氣象學中的不穩定度在氣象學中，大氣是否穩定有兩種參考標準，1. 靜力不穩定度（static instability ）或流體靜力不穩定度（hydrostaticinstability ），又稱重力（gravitational ）不穩定或浮力（buoyant ）不穩定。
它是以氣塊上升後的溫度為參考標準；如高於新環境的氣溫就是不穩定，反之為穩定。
2. 動力不穩定度（dynamic instability ）或流體動力不穩定度（hydrodynamic instability ）。
它是以氣塊在環境流中，亦即在大氣波中的狀態為依據；如氣塊進入新環境後不能與該處的大氣波動相契合就是不穩定，反之就是穩定。
第一部份：靜力或流體靜力不穩定度兩者均可用氣塊法（parcel method ）測定之。
● 7.3靜力或流體靜力不穩定度環境（enviroment ） （enviroment ）氣塊 （air parcel ）1. 由)(P M M g F -=)(P g ρρ-= 單位容積i.e.，)(22P P g dtzd ρρρ-=…….（7.1）在絕熱（等熵）運動中，如果氣塊運動中其p P 始終與環境之P 相等，即P P P =，則θθρρPP P T T ==，所以)()(22θθθ-=-=P P g T T T g dt zd ……………………….（7.2）i.e.，氣塊垂直加速度22dt z d 0⎪⎩⎪⎨⎧<=>，取決於⎪⎩⎪⎨⎧<=>-0θθP 。
闪电频数的一种简单参数化方案
闪电频数的一种简单参数化方案1)摘要介绍了早在20世纪90年代初，Price与Rind提出的一种简单的闪电频数参数化方案及其理论依据以及观测事实。
关键词：闪电频数参数化闪电频数云顶高度对流有效位能1. 前言廖洞贤和王两铭指出[1]，在夏季，特别是在热带地区对流层下层，甚至中层，一般层结是条件性不稳定的。
但是，强的对流活动却只在有限的地区出现。
这说明不稳定能量的释放和大尺度的环境有关。
许多分析都说明，只有在一定的大尺度流场条件下，对流才能得到强烈的发展。
根据这个事实，人们可以用大尺度的参数来表示积云的活动。
这就是对流参数化的方法。
在1994年出版的《大气科学辞典》中指出[2]，对流参数化(convective parameterization)是指用大尺度的参数来表示积云的活动。
实际做法是用网格点上的变量值来描述次网格尺度的积云对流整体效应。
由于差分模式的格距一般较大,无法描述积云对流这样的小尺度现象,但积云对流的发生、发展与大尺度系统的关系又必须加以考虑，所以要用参数化方法来处理。
其依据是：在夏季，特别是热带地区对流层下层甚至中层，一般层结是条件性不稳定的；但是强烈的对流活动却只在有限地区出现，这说明不稳定能量的释放与大尺度的环境场有关。
许多分析表明，只有在一定的大尺度流场条件下，对流才能得到强烈发展。
根据这种现象，人们就可用大尺度的参数来表示积云的活动。
常用的对流参数化方案有：郭晓岚方案、修正的郭晓岚方案和荒川-舒伯特方案。
看完上述简介，读者会发问：有没有跟对流参数化类似的闪电频数参数化方1) 本译编由郭虎（北京市气象台，100089）、刘珂（北京市气象科学研究所，100089）、蔡晓云（北京市气象台，100089）完成案呢？早在20世纪90年代初，Price与Rind(下称PR92) [3]研究了上述问题，并提出了一种简单的闪电频数参数化方案。
PR92指出，利用他们的大尺度参数方案，可以模拟出全球闪电活动的日变化、季节变化和年变化。
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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q c L Z c g T T pp v ++= 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:spp v q c L Z c g T T ++= 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I I 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=Tp500一Te500，式中Tp500表示500 hPa处气块温度，即状态温度; Te500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 .96 L1<0所占的比例/% 64.05 21 .98 LI>0所占的比例/% 35.95 78.02 LI<0出现对应现象的可能性/% 71.O1 28.99 LI>0出现对应现象的可能性/% 27.92 72.08 LI<-3出现对应现象的可能性/% 79.69 20.31 LI>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)、抬升指数(LI)、对流有效位能(CAPE)和700hPa相当位温(Qe)对闪度指数( ILC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。