最新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

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 p

p 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:

s

p

p v q c L Z c g T T ++= v

T 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=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 .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 78.31

4．对流有效位能

对流有效位能的定义为 CAPE=dz T T T g ZEL

ZLFC

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%).