中尺度对流系统的闪电观测资料同化方法及评估研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41475002
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    127.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0505.大气物理学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Mesoscale convective systems (MCSs) are major precipitation processes, and often lead to flooding and disastrous consequences in northern China as well. The initial fileds of numerical weather prediction models are great important for the precipitation forecast of MCS processes. Lightning can provide accurate information regarding to the location of severe convection, and has a close relationship with microphysical and dynamic processes inside the cloud. This project will use the synchronized comprehensive data of MCS obtained by the well-installed lightning detection network and dualliner polarization and Dopper radar sysyem in Beijing area. The relashinship between lightning and the characterized parameters related to the microphysical and dynamic processes inside the cloud will be studied as to construct the nudging assimilation adjustment functions for modifing the initial fields of the numerical weather prediction model. The lightning assimilation techniques, based on the nudging assimilatin functions with observed lightning data, will be applied into the numerical weather prediction model, and to verify its capability of improving the forecasting of MCS precipitation. The quantitative assessment method will be developed to evaluate effects of the proposed lightning data assimilation technique, and the well-developed radar data assimilation technique will be adopted for comparision as well. A kind of synthesized assimilation technique combining both lightning and radar data will be attempted as to providing a kind of methodology for the short term forecasting of MCS. The lightning assimilation technique is one of the frontier scientic questions related to atmospheric electricity, and it is significant not only for the enhancement of the simulation capability of the numerical weather prediction model, but also for the improvement of the short term forecasting of the disastrous MCS with high precipitation intensity.
中尺度对流系统是我国中纬度地区造成暴雨灾害的主要降水系统,也是一种重要的高影响天气事件,中尺度模式初始场对降水预报的准确率有重要影响,而闪电活动可提供较准确的强对流发展信息和位置,与云动力过程和微物理过程也有密切关系。本项目将综合利用闪电探测和定位网、多普勒雷达等所获取的中尺度对流系统同步观测资料,研究建立总闪电频数(云闪和地闪)与云动力和微物理过程特征参量之间的关系,构建闪电资料对中尺度模式初始场的同化调整函数;结合数值模拟,探讨闪电资料同化在云分辨尺度上对中尺度对流系统降水预报的改进能力,并发展其定量评估方法。与国际通用的雷达资料同化方法进行对比,建立基于闪电和雷达两种资料的综合同化方法,为改进强对流天气的短时预报提供新方法。闪电资料同化方法研究不仅是当前国际上重要的前沿科学问题,而且对增强中尺度数值模式的模拟能力、提高灾害性天气的短时预报水平也有十分重要的应用价值。

结项摘要

闪电可以准确指示强对流系统的发生发展,借助高精度总闪(云闪+地闪)定位资料,研究中尺度对流系统MCS的闪电活动规律,发展有效的闪电资料同化方案,有利于提升对强对流天气的预报水平。本项目基于北京闪电探测网BLNET的总闪定位资料和天气雷达资料,开展了对流系统的闪电特征及其与动力、微物理参量的关系分析,发展了两种闪电资料同化方法,并在数值预报模式中进行了同化应用,显著改进了强对流预报。.主要进展包括:1)开展了四个夏季的闪电综合观测实验,获得了大量雷暴个例的闪电定位资料;同时改进了BLNET定位算法,评估了BLNET探测性能,发现其总闪探测效率为93.2%。2)基于总闪资料和多普勒天气雷达资料,研究了北京地区MCS中闪电与云内动力和微物理过程之间的关系,并在此基础上研究了负地闪回击所中和的电荷信息;利用全球闪电定位资料,研究了西北太平洋地区热带气旋闪电活动的气候学特征及其与气旋强度变化的关系。 3)发展了两种闪电资料同化方案,一是综合调整水物质含量的总闪资料同化方案,并基于Nudging方法在WRF模式中进行同化试验,改进了降水预报;二是调整垂直上升气流速度的雷电四维变分同化方案,并基于VDRAS模式进行了同化实验,结果表明闪电与雷达资料的协同同化方案较仅同化雷达资料在定量降水预报效果方面得到明显的改进,并具有抑制虚假对流的效果。研究结果为强对流天气的短时预报提供了新手段, 对强对流模拟和强降水预报有重要的科学意义和实际应用价值。.目前为止,项目共发表论文15篇,其中SCI收录论文6篇,国内核心期刊收录论文6篇,国际会议论文集收集论文3篇。项目共培养博士生7名,硕士生3名。项目研究工作在EGU,AGU以及ICAE等国际学术会议上口头报告6人次,包括国际会议特邀报告1人次;另有国内学术会议邀请报告4人次。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Simulation of Quasi-Linear Mesoscale Convective Systems in Northern China: Lightning Activities and Storm Structure
中国北方准线性中尺度对流系统模拟:闪电活动和风暴结构
  • DOI:
    10.1007/s00376-015-4170-3
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Adv. Atmos. Sci.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li W. L.;X. S. Qie;S. M. Fu;D. B. Su;Y. H. Shen
  • 通讯作者:
    Y. H. Shen
雷暴云内电场力对起电和电荷结构的反馈作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙凌;郄秀书;EdwardR Mansell;陈志雄;徐燕;蒋如斌;孙竹玲
  • 通讯作者:
    孙竹玲
云分辨尺度下一种综合调整水物质含量的闪电资料同化方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    气象学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈志雄;郄秀书;田野;王东方;袁善锋
  • 通讯作者:
    袁善锋
北京地区负地闪回击转移的电荷量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    气候与环境研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    武智君;郄秀书;王东方;王宇
  • 通讯作者:
    王宇
Lightning data assimilation with comprehensively nudging water contents at cloud-resolving scale using WRF model
使用 WRF 模型在云分辨尺度上全面推动水含量的闪电数据同化
  • DOI:
    10.1016/j.atmosres.2019.02.001
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    Atmospheric Research
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Zhixiong Chen;Xiushu Qie;Dongxia Liu;Yajun Xiong
  • 通讯作者:
    Yajun Xiong

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其他文献

北京地区的闪电时空分布特征及不同强度雷暴的贡献
  • DOI:
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  • 通讯作者:
    刘冬霞
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯桂力;赵阳;张其林;周筠珺;袁铁;杨静;王建国;郄秀书
  • 通讯作者:
    郄秀书
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    气象学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郄秀书;刘冬霞;孙竹玲
  • 通讯作者:
    孙竹玲
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  • DOI:
    10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20243
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    大气科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于函;张鸿波;刘冬霞;陈志雄;田野;袁善锋;王东方;卢晶雨;周筠珺;郄秀书
  • 通讯作者:
    郄秀书
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高原气象, 24(4):598-603,
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢屹然;郄秀书;郭风霞;Marcia Baker
  • 通讯作者:
    Marcia Baker

其他文献

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雷暴云起电和闪电始发过程与机制研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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