珠江口大气不稳定度参数于闪电活动预报应用的探讨

谭振威　麦翠珊　廖以恒　邓耀民 澳门地球物理暨气象局第二十一届民航气象技术交流会 2013年10月23日珠江口大气不稳定度参数于闪电活动预报应用的探讨

Content • 前言及研究目的 • 资料说明及研究方法 • 大气不稳定参数在前后汛期的差异 • 利用多个大气不稳定参数分析稳定度机率 • 总结与讨论

前言及研究目的 • 郑等[1]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 • 分析了夏季 (6-8月) 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 • 潜在对流性稳定度指数、抬升指数、对流有效位能和700hPa相当位温与闪电活动有较好相关性 • 孙等[2]针对湖南夏季雷暴发生过程中地闪的区域特征、及地闪与大气不稳定参数的相关关系进行分析 • 建立不同区域地闪数的预报方程，其研究结果表明各区与地闪相关性较好的不稳定参数会有所分别 • 并且不稳定参数与地闪具有一定的回归关系，对于实际应用具有一定参考价值。

前言及研究目的 • 澳门及邻近地区闪电集中在每年的5至9月 • 月际变化方面呈现双峰的特征，是与华南地区的前汛期及后汛期降水特征一致。(王义耕等, 2009)

前言及研究目的 • 所以引起闪电活动的大气环流条件及机制，在前后汛期亦会有所不同[4]。 • 本文主要探讨 • 在前后汛期，珠江口附近大气不稳定参数与闪电活动的关系， • 归纳及选出各个不稳定参数合适的阀值，提供在短期预报 (1-12小时) 的预报诊断参考。

资料说明及研究方法 以香港国际机场为中心半径50km范围之探测效率都落在70%的范围中珠江三角洲闪电定位网探测站分布图 • 闪电探测仪主要是针对云对地闪电，准确度为500米 • 云间闪电的探测效率并不高，估计介乎10-50% • 全系统测得的闪电，云间闪电占总数的10.2% 摘自香港天文台摘自黄秋平等

资料说明及研究方法 • 2006-2010年累积总闪电数前汛期 – 锋面、槽线后汛期-局地动力辐合、低层扰动、热力抬升 Sounding 位置

资料说明及研究方法 • Sounding • 2006-2010 • 各层温湿资讯 • 24 参数 • Department of Atmospheric Science, College of Engineering, University of Wyoming提供的探空资料网[7]

个案选择 • 日间:雷暴发生时间为8:00 L.T.至19:59 L.T.，探空资料：00UTC • 夜间:雷暴发生时间为20:00 L.T.至07:59 L.T.，探空资料：12UTC • 由于大气不稳定参数的分布，在日夜之间没有明显的差异，故本文的分析主要分为前汛期案例及后汛期案例

大气不稳定参数在前后汛期的差异 • 前后汛期Lift index (LI) 的盒形图 (Box Plot) 85%没有 63%没有 75% 阀值: -1 阀值: -1.5 25% 67%有 56%有 556 144 191 442 226 238

大气不稳定参数在前后汛期的差异 • 前后汛期Precipitable water for entire sounding的盒形图 62%有 71%有 88%没有 71%没有 556 144 191 442 226 238

大气不稳定参数在前后汛期的差异 • 2维列联表 (2x2 Contingency table)[10]分析 • 命中率 (Probability of Detection, POD) • 误警率 (False Alarm Rate, FAR) • 虚警率 (Probability of False Detection, POFD) • 关键成功指数 (Critical Success Index, CSI) • [10] Doswell, C.A. III, R. Davies-Jones, and D. Keller, 1990: On summary measures of skill in rare event forecasting based on contingency tables. Wea. Forecasting, 5, 576-585.

大气不稳定参数在前后汛期的差异 • 挑选前汛期CSI 最高的前10个参数

利用多个大气不稳定参数分析稳定度机率 前汛期后汛期有效分离无闪电个案

利用多个大气不稳定参数分析稳定度机率 前汛期后汛期

利用多个大气不稳定参数分析稳定度机率 单参数两个参数

利用多个大气不稳定参数分析稳定度机率

总结与讨论 • 在前汛期，大气不稳定度参数更能分辨有雷暴及无雷暴的个案 • 单一不稳定参数预报之成功关键指数 (CSI) 在0.48至0.58之间， • 其中有6个参数高于0.5，包括对流可用位能 (CAPE)、抬升指数 (Lifted Index)、可降水量 (Precipitable water) 等。 • 在后汛期，大气不稳定度参数与闪电活动的相关性则较低 • CSI在0.35至0.53之间 • 只有K指数 (K-Index)、沙氏指数 (Showalter index) 与可降水量 3个参数高于0.5。

总结与讨论 • 在使用两个大气不稳定度参数作二维离散分析时 • 命中率(POD)维持在较高水平外 • 误警率及虚报率有明显下降，使得整体CSI有所提升，前汛期CSI提升至最高达0.64，后汛期最高则为0.58。 • 但是加入第三个不稳定参数分析时，在不调整阀值的情况下，CSI的改进并不明显，前汛期CSI最高为0.65，后汛期最高则同为0.58。

未来工作 • 本文的分析结果提供了闪电活动预报的诊断性指标，可在日常强对流潜势预报作业时参考，但是由于强对流系统发生时，其各项不稳定度参数在数小时内会有短时间的剧烈变化[11]，所以本研究的预报诊断性指标在时间尺度上有一定的限制。 • 摘自(微波辐射计对强对流天气的指示性研究)

Thank you for your kind attention～ 敬请指正 • 谭振威　麦翠珊　廖以恒　邓耀民 • 澳门地球物理暨气象局 • 第二十一届民航气象技术交流会 • 2013年10月23日

摘自（华南前汛期开始和结束日期的划分） 前言及研究目的前汛期后汛期沿113E平均相邻两侯可降水量的纬度时间演变图

资料说明及研究方法 • 本文再利用探空的温湿数据，延伸计算出另外15项参数，包括 • 0度层高度 • 冷云的垂直厚度 (Height of EL 减 0度层高度) • 700 hPa Equivalent Potential Temperature • 400-700 hPa Average Relative Humidity

未来工作 • 未来将考虑加入对流激发机制的指标，例如加入珠江口附近的低层幅合，地表最高温度等动力及热力方面的指标，与大气不稳定参数一同分析，期能更进一步针对无雷暴个案进行消空，以减低误警率及虚报率。

谢辞 • 本文之所以能够完成，需要感谢澳门地球物理暨气象局领导以及有关的同仁们之指导与协助，包括在资料收集上的协助，以及在文章内容上不吝给予宝贵的意见，使得本文可以更加的完备。

珠江口 大气不稳定度参数于 闪电活动预报应用的探讨