基于卫星观测的闪电和雷暴对ENSO事件的响应研究

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ENSO事件的发生,不仅会导致大尺度环流异常,还将会通过改变大气环流、局地对流和环境气象场的方式影响闪电活动的分布特征。本文基于LIS/OTD闪电格点资料(1995-2011)、热带降水测量计划任务卫星(TRMM)降水特征资料(1998-2011),研究了全球热带副热带地区(35°S-35°N)及东亚/东南亚地区(15°S-35°N,90°-130°E)季节尺度上闪电活动和雷暴对ENSO事件的响应特征,并结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)的再分析气象资料(1995-2011)进一步分析了相应的环境气象场变化特征。主要结果如下:1.春、冬季全球热带副热带地区的闪电密度距平分布存在四类典型的区域:(1)闪电密度在ENSO冷暖相位时期都出现增加,增幅通常超过20%;(2)闪电密度在ENSO冷暖相位时期都出现减少,减幅通常不超过50%;(3)闪电密度在厄尔尼诺时期增加、拉尼娜时期减少;(4)闪电密度在厄尔尼诺时期减少、拉尼娜时期增多。厄尔尼诺时期闪电密度与海洋Nino指数(Oceanic Nino Index, ONI)显著正相关的地区主要位于赤道和南半球大洋及其沿岸,拉尼娜时期显著负相关的地区多位于南半球陆地。2.热带副热带范围内,海平面气压相对下降的区域容易出现闪电密度正距平。厄尔尼诺时期升温区(拉尼娜时期降温区)中闪电密度与ENSO强度的正相关较好。ENSO期间,太平洋及其沿岸(厄尔尼诺时期)和北印度洋沿岸(拉尼娜时期)的闪电与降水变化较为一致。3.在东亚/东南亚地区,厄尔尼诺(拉尼娜)春、冬季的正距平(负距平)中心主要偏向中国东部和印度尼西亚南侧,夏、秋季的正距平(负距平)中心主要发生在赤道以北的地区。春季通常是四季中闪电密度变化强度和范围最大的季节。在厄尔尼诺时期,中国东部和印度尼西亚地区的闪电密度距平百分比与ONI显著正相关;拉尼娜时期相关性减弱,中国东部为正相关,印度尼西亚地区为负相关。厄尔尼诺时期印度尼西亚地区的闪电变化率(18%)大于中国东部(10%),拉尼娜时期中国东部闪电变化率(-21%)大于印度尼西亚地区(5%)。4.春季是厄尔尼诺时期雷暴频数距平最明显的季节,拉尼娜春、冬季的雷暴频数负距平比较明显,夏、秋季的雷暴频数正距平比较明显。与闪电相比,ENSO时期雷暴与ONI相关性减弱,且中国东部的正相关好于印度尼西亚地区。中国东部的雷暴频数变化率(厄尔尼诺时期-12%和拉尼娜时期-35%)比印度尼西亚地区(分别为7%和-3%)更大。ENSO对雷暴中闪电频数的影响主要发生在40 dBZ最大回波顶高超过10 km的强深对流系统中。5.厄尔尼诺时期的印度尼西亚地区以及拉尼娜时期的中国东部,闪电变化与雷暴强度和数量变化都有密切关系。中国东部厄尔尼诺时期的闪电变化主要与雷暴强度变化有关,印度尼西亚地区拉尼娜时期的闪电变化主要与雷暴数量变化有关。6.与对流有效位能(CAPE)和850 hPa相对湿度相比,ENSO时期东亚/东南亚地区近地层风场变化对闪电密度距平分布的影响更加明显,闪电密度正距平多出现在近地层变化风场的交汇区,闪电密度负距平多出现在近地层风场变化较小或辐散的区域,这一特征在中国以南的岛屿和近海更为突出。较大幅度的闪电密度增加常常伴随着CAPE的增加。厄尔尼诺时期850 hPa相对湿度距平和CAPE距平的分布与闪电距平对应好于拉尼娜时期,并影响到闪电密度距平的分布特征。
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