英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

地中海东部区域闪电活动

E. Defer, K. Lagouvardos 和 V. Kotroni

雅典国家天文台环境研究所，雅典，希腊

摘要：基于英国气象局长基线甚低频闪电时差定位系统(ATD)和NASA在热带降雨测量(TRMM)卫星上的闪电成像传感器(LIS)，对希腊地中海地区2002-2003冬季二十多天的闪电活动与明显集聚的降水进行了研究。在闪电定位的基础上研究了地闪（CG）密度以及地闪活动的历史。在地中海上方的不同TRMM轨道上通过LIS的观测研究记录云闪(IC)和地闪的扩展,持续时间及发展。分析显示,在研究的这20天里发生了超过266000次的地闪。地闪大多位于海上，且地闪密度沿着北非和土耳其的海岸线。大约85%的地闪是由单个闪电定位而成，而每个地闪的闪电定位数量被发现达到了15次。LIS观测到闪电的持续时间从几毫秒到2秒。

引用：推迟，E., K. Lagouvardos, and V. Kotroni (2005),地中海东部地区的闪电活动，J.地球物理学报。110, D24210, doi:10.1029/2004JD005710.

1 介绍

长基线甚低频闪电定位系统记录的欧洲闪电活动在夏季主要发生在陆地上，而冬季雷暴通常位于地中海[Holt 等, 2001]。在春季发生的闪电活动的地理分布更加广泛而在秋季闪电被观测到主要在海上，北非，西班牙东海岸以及意大利巴尔干半岛的海岸线[Holt 等, 2001]。Adamo[2004]基于三年热带降雨测量卫星(TRMM)闪电成像传感器(LIS)的观测结果对于地中海地区给出了类似的结果。Altaratz等[2003]也报告地中海东部冬季在海上的闪电密度高于陆地上，而Holt等[2001]报道在意大利和希腊海岸线附近有很多的雷暴日天数。Adamo [2004]也报道称，LIS观测到的地中海上方的闪电率是明显低于美国的同纬度地区。这一发现与陆地上的闪电活动明显强于海上 [Christian 等,2003].这一事实是一致的。此外Adamo [2004] 分析了TRMM降水雷达（PR）数据，显示地中海地区夏季70%的降水记录与雷暴是有联系的，而在冬天记录到仅有30%的降水事件伴有雷暴。然而,由于TRMM-PR取样面积相对有限,更高的百分比可能被发现，尤其是在地中海区域纬度高于39°N的地方和闪电活动和降水经常被记录的亚得里亚海附近。

地中海东部的冬季风暴通常是由低压系统造成的[Alpert 等, 1990;Kotroni 等, 1999; Jansa`等, 2000].闪电活动通常在那些天气情况下被记录但是很少被证明。然后似乎与为了描述发生在地中海冬季的对流和电气进程而调查闪电活动是相关的，目的是使用闪电信息来进行临近预报。

不同的技术已经被开发出来用于记录地闪和云闪活动。一些技术是基于声学和光学方法，另一些是在特定波长感知闪电发出的电磁辐射[MacGorman 和 Rust, 1998, Instruments

chapter, 145–162页].地面远程甚低频和星载光学电磁传感器非常适合覆盖大区域例如地中海盆地。例如，远程闪电甚低频传感器例如英国气象局时差法（ATD）系统监测了欧洲地闪活动十多年[Lee, 1986; Holt 等., 2001]，并且可以记录它们整个生涯的地闪活动历史。此外即使TRMM LIS光学测量提供总的闪电活动(IC和CG)的快照，它似乎与使用两个数据集开始分析地中海地区闪电活动和记录闪电特征如闪电扩展或闪电持续时间是相关的。

本文是为数不多的有贡献的记录地中海东部的闪电活动，并且总结了基于ATD系统和LIS传感器20天探测到的闪电活动的结果。闪电传感器和测量器在第二节进行了分析介绍。在同一章节描述了为本研究开发的算法。第三节致力于一个重大天气事件的记录，第四节概述了2002-2003冬季不同情况的调查。最后第五部分包含这项研究的一些结论。

2 仪器和方法

2.1 英国气象局远程甚低频闪电时差定位（ATD）系统

英国气象局远程甚低频闪电时差定位（ATD）系统是用来记录云闪活动的。它涵盖了所有的欧洲和地中海。 当闪电连接到地面时，ATD系统的7个站点感知到甚低频信号辐射 [Lee, 1986]。每个站记录准确地闪电事件的时间。从其波形识别相同的闪电事件后，闪电的位置称为ATD定位，是在取决于甚低频信号到达不同ATD站点的时间差的方程式的基础上计算的[Lee, 1986]。

在本研究中使用的ATD数据是由通过他们的发生时间和地理位置确定的一个定位表组成的。因为一个地闪可以由许多地面连接组成（ATD定位），我们将以一个基本算法结合ATD

定位数据定位闪电。该算法使用定义的标准从美国国家闪电定位网络(NLDN)找到地闪数据[Cummins 等，1998]。当出现以下情况时两个ATD定位是同一个闪电的一部分：（1）两个定位之间的时间间隔小于500 ms，（2）两个定位之间的距离小于10公里，（3）一个闪电可以由不超过15个闪击组成，（4）闪电持续时间不超过1 s。在上述标准的基础上,我们定义了云闪的多样性因为ATD定位的数量是同一个闪电的一部分。

2.1 美国国家航空航天局LIS传感器

我们也使用NASA LIS传感器的观测记录总闪电活动当闪电发生在每次TRMM卫星通过的时候。TRMM卫星上的星载LIS探测器是用来探测闪电辐射出的777nm波长的光线[Christian 等, 1999]。LIS是由一个广角镜头与一个2ms时间框架的128 128CCD阵列组成的。LIS仅仅在90s内就可以观察到地球上一个500km乘以500km的视野。在地闪和云闪内LIS都可以记录到光学辐射[Thomas 等., 2000]。

不同级别的LIS数据都是可用的。目前研究中我们使用原始的LIS的数据集,称为“科学”的数据集被包括在每个TRMM轨道记录的全部LIS的连续帧里。每个2 ms LIS帧由发光的像素被称为后续LIS光脉冲,闪电已经辐射出光的云区域里的地图。 通常,一个闪电是作为一个连续帧被LIS探测到的,不一定在时间上连续,与给定发光像素的数量。由于LIS有相对较高的时间分辨率，它有时可能研究闪电的发展尤其是空间广泛闪电，在下一章节我们将会提到。

LIS光脉冲在依赖于时间和空间标准的算法基础上组合起来形成闪电[Christian等, 2000]。美国宇航局算法结合了光脉冲与LIS事件组，还有基于时间和空间标准的闪电组。一个LIS事件对应一个简单像素的CCD阵列，这个阵列在一个简单LIS框架里有一个非常巨大的超过临界值的被记录的背景。在同一个LIS框架里被记录的事件被结合到组里。一组对应被记录在同一LIS框架里的多个相邻事件。一组可以由一个或多个事件组成。组合会在时间和空间标准的基础上结合在一起形成闪电。两组形成同一个闪电，当它们分离时间不超过330ms且分离空间不超过5.5km时[Christian 等, 2000, 15–17页]. 最后美国宇航局算法不限制闪电持续时间。

分析从当前美国宇航局闪电特征的检索算法显示,有时美国宇航局算法人工分离广泛长持续时间在许多闪电里。 我们开发了一个新算法,称为雅典以后国家天文台(诺亚)算法,结合闪电里的LIS光脉冲。

图1显示了2002年12月5日在同一TRMM天桥地区的安塔利亚(土耳其)的两个闪电记录。 第一个闪电发生在1807:55 UT。 光信号在500ms之内被间歇感知到。LIS在短时间内记录到后续的光学辐射(图1 a和1 c)。LIS事件的位置表明闪电是紧凑的（图1b）。在1808:27 UT,LIS记录到一个非常广泛的闪电，可能传播到LIS视野的限制外边。这个闪电持续了超过2s并且包含了相对持续明亮的部分（图1d和1f）。在同一个闪电内ATD系统探测到了一个地面连接(图1 e和f)。地面连接的时间和地点显示广泛的闪电几乎在其生命终结的时候连接到了地面。Krehbiel等[2000]已经报道了一个大陆风暴内长时间持续的闪电最后连接地面的部分。

NASA和NOA算法都结合了记录在第一个闪电里的光脉冲。而第二个闪电NASA算法从图1d-1f的绘制结果中确定了12个闪电，NOA算法确定只有一个单一的闪电。

图1. 2002年12月5日两个闪电都经过安塔利亚地区(土耳其)时被记录下的情况。（a）LIS事件纬度时间序列（灰色区域），（b）LIS事件的地理位置，（c）记录的每个LIS帧的最大辐射时间序列在flash在1807:55 UT盖章。 (d-f)与图1 a-1c一样但是第二个闪电(1808:27 UT)。 三角形在图1 f显示ATD中风的时间记录在flash的十字路口实线在图1 e显示了中风的位置。 看到这图的颜色版本的HTML 。

窗体顶端

为了对NOA算法的影响有一个想法，我们详细研究了闪光检索过程几个LIS闪电。该NOA算法具有广泛的闪电，更具冲击力如前面段落显示闪烁。 我们扩展我们的分析36 LIS全面的轨道。对于那些轨道NASA算法最初确定的9889，同时闪烁在NOA算法只报告7531闪烁（76％由NASA算法检索闪闪电数）。这种差异在每轨道闪烁次数的检索（和含蓄地闪特性这样的闪光持续时间，部件的数目，等等。Boccippio等人表示大于15％的较高通过[2002]。

窗体底端

窗体顶端

图2.地闪的基础上从2002年11月开始每个图的右上角显示时间每3小时

3 2002年7到8月份的闪电活动分析

3.1 区域尺度

窗体顶端

在2002年11月7-8日的时期，希腊被受感动在希腊大陆的南部和深化到低压系统
1002百帕在0000 UTC。在500百帕水平，其从北到南面向轴短波谷结束了地中海中部明显（未显示）。如在以下段落中所讨论的，该系统是伴随显著雷电活动，主要沿正面不连续性。在0600 UTC11月8日结束的二十四小时累积降水量突破100 mm，在在希腊东北部一站，并在北部爱琴海二沙岛监测站90毫米，而在希腊南部的几个站都报道24小时内降水都大于60mm 。

对于整个区域的地闪率每5分钟大约350地闪峰值在1300 UT，2002年11月7日（图3a）来计算。该地闪频率记录在11月8日，勉强超过记录在11月7日的地闪频率的峰值的三分之一。更超过62,000次地闪从上一节中所描述的该ATD观测检索算法的基础上。该地闪约80％是由一个单一的修复，而13％的和地闪的4％，分别组成两个和三个修复。多重被发现的范围从1到10的研究期间和整个区域。应该注意的是，随后的行程可能已因为ATD系统的限制（和未知）行程检测效率，从而发现这里的多样性可能被低估的可能错过。

一个在地中海西部的报道说由里瓦斯和索里亚诺德巴勃罗在目前的研究中发现了闪电修补程序的数量。从高级闪电定向仪报告（ALDF）网络以及伊比利亚半岛的地中海沿岸部署和巴利阿里群岛，他们报道说，负地闪48％是单个行程也是多重冬季负地闪呈现最小值。奥维尔等[1997]报道平均每年负地闪在2.3。在热带海洋 - 全球大气（TOGA）的区域 - 偶联海气响应试验（COARE）中，而目前分析的数据集的展品每闪光1.2修复平均为研究在地中海20天。百分比的差异可以由不同的传感器之间是不同的行程的检测效率将主要说明。

3.2 LIS探测器过境期间

图4a显示了在2002年7到8月份（图4b）进行的五个TRMM过境记录在地中海盆地闪电活动的地点。仅ATD修正（11月7日和8日表示分别在图4a和4b）位于LIS探测器和视空间场在以下部分被考虑。一般来说这两个感应雷击报道雷电活动的一致性测量的空间方面位置和时间信息。前两个LIS过境图4文档中绘制位于南端正面地理上雷电活动位于伯罗奔尼撒半岛上（希腊）。

图4c示出由第一和对于给定的闪电的最后LIS帧之间的时间间隔所确定的闪光持续时间的直方图。闪电持续时间的分布达到高峰500-630毫秒，2毫秒（一个单一的LIS帧）到2秒不等。 减比闪电的5％是由一个持续时间小于10毫秒，其特征而3％闪电持续时间超过1秒。从光学观测推导的持续时间不一定对应于实际的闪光持续时间，或从VHF映射系统推导出的持续时间。例如Thomas等人[2000]发现闪电的第一个600毫秒中表现没有光辐射水平混合地闪的情况，而有VHF辐射的记录。然而，从LIS观测推导的闪电持续时间可以在闪电特性方面带来额外的信息。

图4 2002年7月和8月地中海地区的闪电活动观测记录

窗体顶端

窗体顶端

考虑到所有过境时不包括有关连接到地面（7.8 IC / CG比）闪电的11％视场LIS以外的所有地闪。当独立地考虑两天进行了研究，它发现，在连接到接地的闪的第一（第二）每天约14％（3％）。不同的IC / CG制度内进行取样LIS时间，不同的对流阶段和带电区域的结构进行了抽样记录。第一个是由地闪主要分布在了于2002年11月7日，第二个方案的特征为在TRMM过境时记录的显著云闪活动中被记录，指的是某些细胞在7海里伯罗奔尼撒半岛的山区十一月和位于塞浦路斯西北对这里获得的11月8日2002年的IC / CG比暴风雨只是卫星过境时的时间，当然取决于两个闪电传感器的探测效率。

窗体顶端

第一LIS帧和第一次回击对于一个给定的云闪之间的时间间隔从几毫秒范围高达1.2秒（图4e）。约52％到地面的第一个连接的过程

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[31491]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word