最长提前 21 分钟！中国团队如何破解华南雷暴闪电预警难题？

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闪电预报总体而言有着悠久的历史。然而，预测雷暴中首次闪电(FLF)的能力仍处于探索阶段。Potential method for warning the first lightning flash of isolated thunderstorm cells over South China的作者展示了他们所测试的方法如何具有基于雷达提高华南地区暖季雷暴单体中FLF预报的准确性并延长提前时间的潜力。

首次闪电是雷雨云中闪电活动的开始。尽管其预警存在困难，但对航天器安全和对流预报至关重要。除了航空领域，闪电预警和安全性也非常有助于保障体育赛事、音乐会等场所的大量人群的安全。随着地面观测技术（闪电定位技术）和天基观测技术（卫星光学观测）的发展，实时监测闪电发生的能力也得到提升。

首次闪电发生是一个非常复杂的问题，涉及雷暴中云微观物理学和运动学的耦合过程。虽然非感应起电机制（淞化起电）在很大程度上解释了云起电过程，但尚不完全清楚雷暴中电荷分离、电场形成和放电的过程。

根据雷达和闪电观测，一些研究指出，云内首次闪电的出现比降水雷达捕捉到的云的早期回波信号晚大约10~29分钟。从导致云起电的微观物理学角度，即淞化起电，许多研究提出了结合雷达观测对首次闪电进行预警的方法，如“Laksen Area”方法等，但云内首次闪电的有效预警时间只有4~6分钟。如何改善雷暴生命周期内首次闪电的预警结果？能否提出更有效的方法延长预警时间？

这项研究的作者重点介绍了雷暴早期的微观物理学特征，具体而言，雷暴早期对应于云生命周期内首次闪电的形成。

研究人员旨在加深对雷暴电的理解，并改进当前的闪电预警方法。基于S波段极化雷达和闪电观测，研究人员建立了2016-2017年华南地区暖季57个孤立雷暴和39个孤立非雷暴的数据集。与既往研究相比，该数据集的样本量相对较大，为研究结果提供了有力的支持。一项早期的观测研究表明，雷暴和非雷暴在S波段极化雷达的首次雷达回波中显示出明显的差异，这可能归因于融化层下的暖雨过程的效率。如果将这种差异引入到首次闪电预报中，可进一步延长预报提前时间。

图片说明：

华南地区暖季孤立雷暴单体首次闪电预警方法流程图。

这项新的研究建立了云生命周期内首次闪电的预警方法。该方法兼顾了预警时间和准确性，根据降水雷达在首次雷达回波时探测到的雷暴与非雷暴之间的差异，显著延长了预警时间（延长到12~21分钟）。考虑到预警准确性与时间之间的反比关系，不同的阈值方法与明确的时间间隔相结合，可提供雷暴生命周期内首次闪电的滚动预警，从而提高准确性（最佳结果显示POD为1，FAR为0~0.06，CSI达到0.94~1，提前时间为3~5.5分钟）。

论文信息

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论文标题：华南地区孤立雷暴单体首次闪电的潜在预警方法

作

者

🔹Chuanhong Zhao, 成都信息工程大学大气科学学院；复旦大学大气与海洋科学系和大气科学研究院

🔹Yijun Zhang, 复旦大学大气与海洋科学系和大气科学研究院；上海市海陆气界面过程与气候变化重点实验室、上海市海洋-大气相互作用前沿科学研究基地、复旦大学

🔹Dong Zheng, 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室和中国气象科学研究院雷电物理和防护工程实验室

🔹Wen Yao, 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室和中国气象科学研究院雷电物理和防护工程实验室

🔹Sai Du, 广州热带海洋气象研究所https://doi.org/10.1175/WAF-D-23-0189.1

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