第四章 雷暴(雷电)预报和预警

1989年10月14日2000UTC至10月15日 1000UTC时段内一次强风暴的地闪回击点的情况
四.第一次云地闪开始时间的预报
Smith 用红外云图云顶冷却率研究预报第一次云地闪开始 时间：第一次云地闪经常发生在红外云图中最初云顶冷却率超 过0.5C/min之后30min或更长的时间。
五.45WS的经验预报方法
(5)、采用座标时的计算方法
先取为0.85~0.30各层u、v分量计算出平均风矢，将平 均风矢右转角（30度），将速率乘以（例如0.75）即得。
(6)、其它方法
在朱乾根教授等的《天气学原理和方法》一书中写到： 风暴运动方向一般偏向于对流云中层的风的右侧，这类风暴 称为“右移强风暴”，但是有的风暴也可以是左移的。 飑中系统生成后，会有规律地向前移动，飑线上的单体 移动的方向基本上与850-500hpa的平均风向一致，有时略偏 右。 另外飑线还有向着最不稳定的地区移动的趋向。 飑线移动的速度取决于大尺度天气形势、中尺度高压强 度地形等因子。
用 TMJ 和 K 指数作预报雷 暴点聚图（ A 为主要出现事件 区域； B 为出现不出现的混合 区；C主要不出现事件区域。
2、多元回归方程方法
Y=b0+ b1 x1 + b2 x2 +·······+ bn xn
预报量 Y=1，雷暴出现；预报量 Y=0，雷暴不出现。
3、参数化方法
将有效位能（ CAPE ）与对流云引发的闪电活动联系起来。 CAPE参数与对流云云顶高度有一定的关系，闪电频率也与对流云 云顶高度相关，Prince和Rind（1992）发现了闪电频率也与对流云 云顶高度相关的参数化方法。 云顶高度H与CAPE的关系： H=0.47（CAPE）0.44 陆地上闪电频率F与云顶高度H的关系：F=3.4410 -5 H4.9
(3)、用平均风速方法估算风暴的移 动速度的进一步修正
Davies（1998）对用平均风速方法估算风 暴的移动速度的进一步修正： 把风速划为三个风速段，0-10m/s：1115m/s：大于15m/s。这一修正，大大改进了弱 风环境下风暴移动的预报。
(4)、用环境垂直风廓线估算强雷暴移动速度
Colquhoun（1980）根据在上升气流和下沉气流之间 的质量通量的平衡估算强雷暴移动速度，方法假设： ①被上升气流和下沉气流带进、带出风暴的空气相等， 下沉气流的起始高度是450hpa。 ②上升气流和下沉气流中的空气流动速度达到最大时， 风暴强度达到最大。 ③相对于风暴，上升气流从前面接近，下沉气流从后 面接近。 当v>0.0m/s时，预报有右移的超级单体； 当v<0.0m/s时，预报有左移的超级单体； 当v=0.0m/s时，预报无偏移左右的运动。
第三节 强雷暴天气分析举例
环流型对雷暴的发生发展和维持的作用是：持 续输送大量的潮湿空气，引气不稳定能量的释放， 提供雷雨云发展及维持的有利环境条件。如：
流 层高 对 层
D
1016hpa
墨
西 哥 湾
美国中西部大平原 强对流天气发展的环流模型
冷涡附近深厚积雨云发展区（影区）和 对流活动拟制区（圆点影区）分布模型
一、雷暴的移动
在日常业务中，人们常使用雷达回波、卫星 云图闪电定位仪以及高空风资料作雷暴天气系统 的移动的预报。
1、预报雷暴移动的方法
(1)、用平均风速方法估算风暴的移动速度
Maddox（1976）通过计算地面、850、700、 500、300、和200hap高度的平均风速，统计平均 风速与雷暴移动速度与移动方向之间的关系得到： 雷暴以平均风速的75%的速度移向平均风右侧的 30º 方向。
(2)、用平均风速方法估算风暴的移动 速度的修正
Davies和Johns（1993）对用平均风速方法 估算风暴的移动速度的方法进行了修正： 当平均风速v15m/s时，风暴以平均风速的 75%移向0~6km平均风向的右方30º 。 否则，风暴以平均风速的85%移向0~6km平均 风向的右方20º 。 该方法减少了在较强的平均风环境下风暴移 速与平均风之间的偏差。
槽线以东：气旋性切Biblioteka Baidu 大，产生>3cm的冰雹
西侧：逆环流，上升气 流伴随着冷空气，下沉 气流伴随着暖空气
槽线 气旋性 切变区
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三.举例
vx：风暴相对环境风；v：环境风；c：风暴移速 vx=v-c
246º /15
0.5km 12km 8km 0 10
4km
m/s
由12个龙卷雷暴平均的风暴相对风廓线
图中大圆圈代表上升气流核，双箭头表示 风暴移动速度，图中给出了0.5，4，8，12km 风暴相对速度。
三、回波串（系统串）
回波串：是指一个一个鱼贯移经或移到某 地的一连串（3个以上）雷暴单体（回波）的现 象。 例如：1991年江淮梅雨期200多个中尺度对 流云团。 中尺度系统串：是指一个接一个鱼贯移经 或移到某地的一连串（3个以上）中尺度系统。
判断是否属于雷暴环流型
y
N
计算与雷暴产生有关的物理参数
代人自动化、客观化预报方程
判断是否有雷暴
y
N
本地区未来有雷暴
雷暴潜势预报流程框图
本地区未来无雷暴
三、雷暴客观预报方法
1、点聚图法 印度德里地区季风来临之前 5-6 月雷暴。使用修正的 Jefferson （ TMJ ）和George（K）指数作点聚图预报。 TMJ=1.6w850-T500-0.5DPD700-8.0 K= T8500 - T500+ TD850 -DPD700 式中w850=850pha的湿球位温； T500= 500phaD的干球温度； DPD700=700pha的温度露点差； T850 = 850pha的干球温度； TD850 = 850pha的露点温度。
第四章
雷暴（雷电）预报和预警
20世纪70或80年代，在美国多次发生雷击航天发射 器事故，肯尼迪宇宙空间研究中心（KSC）、空军联邦 航空管理局（ FAA ）、航空航天局（ NASA ）兰利研究 中心和新墨西哥理工大学联合研究，10年，建立闪电监 测网和KSC发射场的雷电预警系统，很少再出现雷击事 件。这一雷电预警系统包括 （1）短时雷暴潜势的预报； （2）短时雷暴监测跟踪； （ 3 ）当预报 8km 范围内可能有地闪（落雷）时，发 布雷电警报。
第一节 雷暴的潜势预报
一、“成功的雷暴预报”的含义
Golde 20世纪60-70年代给出标准，以锋面移动和 不稳定气团引发的雷暴预报为例，假若预报一个相当
大的区域里（水平尺度为几百公里）有雷暴，而未来
该区内若有适当数目的雷暴出现则预报就是“成功的 ”。
二、雷暴潜势预报流程
输 入 资 料 显示环流形势
二、临近预报方法 ①简单外推法； ②客观外推法； ③概念模型法； ④统计方法 ⑤经验预报方法统计概念模型法 ⑥中尺度数值预报方法 ⑦经验、统计、概念模型等方法与中尺度 数值预报方法相结合的方法。
三.地闪风暴的监测和跟踪
Holle等人认为用定向探测器网的闪电数据可用于日常的短时预 报和临近预报：（1）探测地闪风暴；（2）用于警告目的的跟踪地闪 风暴；（3）了解地闪风暴何时形成，变强或消散；（4）在一个较短 时段内显示地闪活动的区域及移向。
45WS（美国空军第45 天气中队）开发的预报方法。 1、局地辐合方法
局地辐合闪电临近预报规则
2、雷达方法
雷达闪电临近预报规则
六.雷电预报的决策树方法
在机场附近有对流单体 和闪电吗？ 机场附近有 雷暴威胁 在机场附近有弱降水和 闪电吗？ 在机场附近有单体但是否 未探测到闪电？ 机场附近无 雷暴威胁 在机场附近有弱VIL或闪 电相伴的强反射率吗？ 在机场附近有伴随VIL的 闪电吗？
F=8.51 10 -7 （CAPE）2.2
还可以通过计算最大垂直速度云顶高度H的关系估算出F。
Wmax =0.276H 1.73 F=1.439 10 -8 H7.86
第二节 雷暴的移动和传播
1991年长江流域暴雨天气过程中， 经统计有200多个中尺度暴雨云团沿梅雨 锋自西向东移动，所到之处都出现了大到 暴雨的天气。不难看出，在做好强雷暴天 气发生发展预报的同时，准确地估计和预 测雷暴天气系统的移动在雷暴天气的监测 和预警业务中也是十分重要的。
（2）风向垂直切变与雷暴云的传播方向
当低层为南风，高层为西风（风随高度顺转） 时，雷暴云一般向其前进方向（对流层中层风向 的右侧）传播。
辐合
v2
辐散
最大相对流入
v2
最大相对流出
现存云的运动
辐散 辐 v1 合
风向随高度顺转，有利于风暴云向右传播
风暴运动方向
雷暴云整体向单体移向的右侧偏移
在预报雷暴移动时，还要考虑江、河、糊、海及山脉 等地理条件的影响。白天沿河岸移动，很少过河（湖）。 锋面雷暴可越过河，但要减弱（夜间相反）。受山脉阻挡 时会顺山脉移动，有时在山区打转并从山口“夺路而出”。
AWIPS预报 决策树示意图
雷暴的传播一般又分两种情况： 一种情况是在原来云体前部增生新云，而后 部又在消散，结果看来云是在前进。
（+）
辐合
c<vc
（–）
辐散
c>vc （–） 消 散 （+） 新云生成
风速随高度增大时有 利 于雷暴向前传播
2、风速、风向垂直切变与雷暴云的传播
方向
（1）风速随高度增加与雷暴云的传播方向 当风速随高度增加时，假定云内风速上下一致， 这样就在云的前部低空产生辐合，高空产生辐 散（如图4-1）。有利于在云的前部有上升运动 发展，有新的雷暴单体产生，而在云的后部则 相反，有利于下沉运动发展，使原来的雷暴单 体消散。总效果使人看到有云体向前方传播。
东侧：正环流，暖空 气上升，冷空气下沉
第四节
地闪的临近预报和预警
一.成功的临近预报方法的含义
用亚特兰大奥运天气保障办公室（ OWSO）给出的标准：如果 在赛场能听到雷声，或者在预报的有效时间内，在距赛场9.3km范围 内，国家雷电探测网（NLDN）数据流指示出有闪电，就认为闪电预 报是成功的。 大量的研究表明：发现闪电初生指标到第一个云地闪出现的滞后 时间或预警时间的中值约为7.5分钟。
二、雷暴云的传播
1、雷暴云的平移和传播 雷暴云或强雷暴产生后，有两种作用使它产 生移动： 一种是大范围水平气流使云体不断平移，移 乡接近于云体中层高度上大范围水平气流的方向。
另一种是云体外围不断地形成新的雷暴单体， 而老云逐渐消散下去，使人们产生云体似乎在整 体移动的感觉。这种云体新陈代谢的现象叫做雷 暴的传播。