FY-4A卫星闪电资料与ADTD闪电资料在四川省冕宁暴雨中的对比分析及数值模拟.pdf

from FY-4A Satellite and ADTD for Rainstorm in Mianning,Sichuan Province JJ.Chinese Journal of Atmospheric Sciences(in Chinese),47(3):769-785.ZHAO Chuo,XHUANGSou,et al.2023.Comparative Analysis and Numerical Simulation of Lightning Detection DataJuoqiang赵媒，徐国强，黄守友，等.2 0 2 3.FY-4A卫星闪电资料与ADTD闪电资料在四川省冕宁暴雨中的对比分析及数值模拟 .大气科学，47(3)：May 2023Chineciences2023年5月Vol.47 No.3第47 卷第3期学科769-785.doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21110FY-4A卫星闪电资料与ADTD闪电资料在四川省冕宁暴雨中的对比分析及数值模拟赵婷1徐国强黄守友3程佳佳11中国气象科学研究院，北京10 0 0 8 12中国气象局地球系统数值预报中心，北京10 0 0 8 13中国科学院软件研究所，北京10 0 19 0摘要FY-4A卫星闪电资料与地基ADTD（A d v a n c e d D i r e c t i o n a n d T i m e o f a r r i v a l D e t e c t i n g s y s t e m）闪电资料对于研究暴雨等强对流天气具有一定的指示意义，通过对四川省冕宁暴雨个例的研究，对比分析了这两种闪电资料的差别，设计了将两种闪电资料引入数值预报模式的多组数值试验。结果表明：（1）两种闪电资料在不同地区有不同的探测效果，ADTD闪电资料范围更广且分散，FY-4A卫星监测到的闪电数量更密集、分布更集中；两种闪电资料在进入模式之后所转化成的代理雷达回波具有很好的一致性；对于低频次的闪电来说，ADTD闪电定位仪可能比FY-4A闪电成像仪探测效率更高。（2）引入任何一种闪电资料都对降水预报具有正效果，其中ADTD闪电资料的应用对于短时降水预报准确率的提高更为有效。（3）两种闪电资料对于云微物理量的调整作用，在不同的区域有不同效果，说明这两种闪电资料的分布不完全一致，揭示出这两种闪电资料具有一定的互补性。关键词闪电资料对比分析云分析数值试验文章编号10 0 6-9 8 9 5(2 0 2 3)0 3-0 7 6 9-17中图分类号号P456文献标识码Adoi:10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21110Comparative Analysis and Numerical Simulation of Lightning DetectionData from FY-4A Satellite and ADTD for Rainstormin Mianning,Sichuan ProvinceZHAO Chuo,XU Guoqiang,HUANG Shouyou,and CHENG Jiajia1Chinese Academyof Meteorological Sciences,Beijing1000812 Center for Earth System Modeling and Prediction of China Meteorological Administration,Beijing 1000813 Institute of Software,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190AbstractLightning data obtained from the FY-4A satellite and ADTD(Advanced Direction and Time of arrivalDetecting system)are significant for studying rainstorms and severe convection weather.This paper compares andanalyzes the differences between the two lightning data through a case study of a rainstorm in Mianning,Sichuan收稿日期2021-06-28：网络预出版日期2022-03-02作者简介赵媒，女，19 9 8 年出生，硕士研究生，主要从事数值模式的物理过程研究。E-mail:zhao_通讯作者徐国强，E-mail:资助项目国家重点研发计划项目2 0 18 YFC1506603，风云卫星应用先行计划FY-APP-ZX-2022.01，国家自然科学基金项目42 17 516 7Fundedbyy National Key Research and Development Program of China(Grant 2018YFC1506603),Fengyun Application Pioneering Project(GrantFY-APP-ZX-2022.01),National Natural Science Foundation of China(Grant 42175167)770Vol.47ChinesernallericSciences大47卷学科Province.A series of numerical experiments are designed to introduce the two kinds of lightning data into a numericalprediction model.The main conclusions are:(1)Two kinds of lightning data have different detection effects in differentareas.The ADTD lightning data are more extensive and scattered,whereas the number and distribution of lightningdetected by the FY-4A satellite are more intensive.However,there is a good consistency between the two kinds ofsurrogate radar echo transformed by the two lightning data kinds.For low-frequency lightning,the ADTD lightninglocalizer may be more efficient than FY-4A LMI(Lightning Mapping Imager).(2)The introduction of these two types oflightning data has positive effects on precipitation forecast,and the application of ADTD lightning data is more effectivefor improving the accuracy of short-time precipitation forecast.(3)The two types of lightning data have different effectson the cloud microphysical quantities adjustment in different regions.This shows that the distribution of the two types oflightning data is not entirely consistent,but they are complementary to each other.KeywordsLightning data,Comparative analysis,Cloud analysis,Numerical experimentation1引言我国地处东亚地区，地形复杂，每年暖季受夏季风及大尺度环流背景影响，强对流天气频发（陶诗言等，19 7 9）。强对流天气包含复杂的降水过程，涉及到各种动力学以及云微物理学及其间的相互作用（丁一汇，19 9 4），因此，强对流天气系统的预报一直是数值预报的难点和重点。中尺度数值模式被广泛应用于强对流天气系统的研究和预报中，但其所面临的一个重要问题是，传统模式初始场中没有云存在，一般将云水、云冰等云微物理量都设置为零，所以模式在积分一段时间后才会产生云块，导致数值积分的开始几个小时难以做出合适的降水预报，即spin-up问题（Kristjansson，19 9 2）。为了缩短模式这种降水滞后的时间，国内外的研究人员开始对云内初始化进行研究，比如非绝热初始化（W o l c o t t a n d W a r n e r，19 8 1）、物理初始化（K r i s h n a mu r t i e t a l.，19 8 4）等方法，不断修改模式变量，完善环境场的湿度场信息。初始化云水、雨水等云微物理量取得了显著的成果，但这种方法不能提供完整的云内三维信息，这就需要三维云内信息初始化，即在模式内建立云分析模块，比如NOAA（美国国家海洋和大气管理局）的局地分析预报系统 LAPS（T h e Lo c a l A n a l y s i s a n d Pr e d i c t i o nSystem）中的云分析系统（Albers et al.,1996;Jianetal.，2 0 0 3）、在LAPS基础上开发的ARPS（A d v a n c e d R e g i o n a l Pr e d i c t i o n Sy s t e m）模式 ADAS（A R PSD a t a A n a l y s i s Sy s t e m）云分析模块（Xueetal.,2000）、美国的环境预报中心NCEP（Na t i o n a lCenters Environmental Prediction）的业务系统RUC（R a p i d U p d a t e Cy c l i n g）中的云分析（Weygandt etal.,2006)。云分析系统的引入，以及多种卫星和雷达资料的同化应用，可以实现对云内物理信息的同化应用（朱立娟等，2 0 12,2 0 17），并在一定程度上合理调整模式中的水凝物含量（任绪伟等，2 0 2 1），优化 GRAPES-Meso（M e s o s c a l e o f t h e G l o b a l a n dRegional Assimilation and Prediction System）区 域中尺度数值预报模式中的云初始场方案。云分析模块可以获得更为完整的云三维立体结构，从而改善模式初始场和短时预报。强对流天气系统发生时常伴随着闪电的发生（徐燕等，2 0 18），且闪电与天气系统的动力以及微物理过程的发展关系十分密切（秀书等，2 0 14;孙凌等，2 0 19)，研究表明，闪电在一定程度上可以用来指示强对流系统的发生与发展（Petersen andRutledge,1998;Rudlosky and Fuelberg,2013)。秀书等（2 0 2 1）通过研究北京地区不同种类闪电灾害天气，探索和总结了闪电资料在数值预报模式中的同化方法，研究结果表明闪电频数可以作为短时强降水、冰電等强对流性灾害天气的指示因子。但闪电不是模式内可以直接使用的常规变量，这就需要对闪电资料进行同化（Wangetal.,2017）。已有学者将闪电频次与模式内变量建立联系，进而将闪电资料同化，比如将闪电频次与对流降水率建立联系，改善回波和降水预报（Changetal.，2 0 0 1)；与水汽、霞混合比建立经验关系，利用WRF模式中的三维变分数据同化系统从而调整模式的相对湿度来提高3h预报效果（Zhangetal.,2017）或调整WSM6微物理方案（HongandLim,2006）中的水汽混合比，实现在对流允许尺度上同化闪电资料（Fi e r r o e t a l.,2 0 12）；将总闪电频数与垂直速度最大值建立关系，使用4DVAR方法应用于VDRAS模式，可促进新对流的产生并在一定程度上抑制虚假的降水回波（Xiaoetal.,2018）等。771No.3ZHAO Chuo et al.ComparativeAnalysisandNumericalSimulationofDetection Data from.赵媒等：FY-4A卫星闪电资料与ADTD闪电资料在四川省冕宁暴雨中的对比分析及数值模拟3期国内外大量研究发现，闪电与雷达回波有很强的相关性，因此也有很多学者将闪电资料与雷达反射率因子建立联系，实现闪电资料的同化。Huetal.（2 0 0 9）将闪电频次与垂直方向最大雷达反射率因子廓线建立经验关系，发现闪电资料的加入可以弥补实际观测雷达回波的盲区。Liuetal.（2 0 19）将FY-4A卫星闪电数据与雷达反射率建立关系，调整模式云分析模块的水汽场，试验表明加入FY-4A卫星闪电资料以后模式预测的降水中心的位置和范围的准确性明显提高，尤其是对于12 h短时预报。Wangetal.（2 0 14）利用GSI云分析系统中的方法，将地闪资料转换为三维代理雷达反射率，并分别运用物理初始化方法对转换后的代理雷达回波进行同化，结果显示对回波和降水预报效果均有改进。何静等（2 0 17）对华北地区的闪电观测和雷达反射率进行研究，发现雷达反射率与闪电密度呈对数关系，随闪电密度增加，雷达反射率呈对数增长。在对闪电资料同化研究中，对于闪电资料的使用也不尽相同。较为常用的有使用研究区域地闪定位资料，建立闪电与雷达回波的关系应用于模式的云分析系统对初始场进行调整（王莹等，2 0 15；孙婵和徐国强，2 0 19)，并取得了一定的进展。中国新一代静止轨道气象卫星风云四号A星（FY-4A）搭载了闪电成像仪（LMI，Li g h t n i n g M a p p i n g Ima g e r)，能够实现总闪（“云闪”和“地闪”）探测，因此相对于地基闪电探测网探测的闪电更多（曹冬杰等，2 0 18）。故研究人员开始尝试将FY-4A卫星的闪电资料引入到模式的云分析模块中（黄守友和徐国强，2 0 2 0；徐国强等，2 0 2 0），研究结果表明，卫星闪电资料的加入对于云微物理变量的调整较为显著，且对于spin-up问题也有减弱作用。在以前的研究中，还没有出现将FY-4A卫星的天基闪电资料和地基ADTD（A d v a n c e d D i r e c t i o nand Time of arrival Detecting system）闪电资料进行对比及其影响分析的研究论文。本研究试图对这两种闪电资料进行对比分析，并通过研究四川冕宁及其周边地区的一次强对流过程，探究其对模式结果影响的差别。2资料和数值模式介绍2.1GRAPESS模式简介GRAPES 模式（Global/Regional Assimilationand Prediction Enhanced System)是我国自主研发的全球/区域多尺度一体化的同化与数值预报系统，包括GRAPES_GFS全球模式和GRAPES_Meso区域中尺度预报模式。GRAPESMeso是以多尺度通用动力模式为核心、以统一软件编程标准为平台的新一代数值预报模式系统（张人禾和沈学顺，2008），于2 0 0 6 年7 月投入业务化使用，为国家和各省市地区提供预报。2.2闪电资料（1）中国新一代静止卫星风云四号号(FY-4A)闪电成像仪L2闪电仪1分钟事件产品（LMIE：Lightning Mapping Imager Event)数据。（2）中国ADTD雷电系统定位数据资料。2.3雷达资料国家气象中心提供的中国多普勒天气雷达反射率因子三维组网拼图资料（分辨率为0.0 10.01）。该资料由中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室开发，经过质量控制和组网拼图得到，包含回波的三维信息，数据精确度高（王红艳等，2 0 0 9），后经中国气象局数值预报中心等发展应用（朱立娟等,2 0 17）。2.4卫星资料及模式背景场资料本文使用的卫星资料除FY-4A闪电资料外，还使用了FY-2G卫星的L2级总云量（CTA）数据以及FY-4A卫星的L2级相当黑体温度TBB数据。模式的背景场是由美国国家环境预报中心NCEP 发布的 GFS（G l o b a l Fo r e c a s t Sy s t e m，h t t p s:/www.ncei.noaa.gov/products/weather-climate-models/global-forecast2021-06-20）全球数值预报产品。3闪电资料探测原理及研究方法介绍3.1闪电资料探测原理3.1.1FY-4A卫星闪电资料FY-4A卫星LMI闪电成像仪，是我国第一次研制和星载的卫星闪电成像仪，可以探测观测区域内包括云闪、云间闪、云一地闪在内的全部闪电（黄富祥，2 0 0 7），监测跟踪强对流天气，提供闪电灾害预警。闪电成像仪可以提供覆盖范围广、时间分辨率高的总闪数据，闪电探测率可达9 0%。闪电成像仪采用CCD（Ch a r g e-Co u p l e d D e v i c e）面阵和光学成像技术，提出闪电发光“事件”，并将数据实时发送至地面接收站，之后通过地面处理系统地标定位处理以及虚假信号滤除和聚类分析算法得到闪电“事件”产品（LMIE)；同一帧相邻CCD772Vol.47ChinesenaSciences人47卷学科面元的“事件”构成“组”（Group），“组”对应于地闪的一次回击或云闪的一次K变化；时间间隔不大于330 ms，空间距离不大于16.5km的“组”构成一次“闪电”（Flash)，“闪电”对应于一次真实的闪电过程（曹冬杰，2 0 16）。研究时“组”和“闪电”数据由于虚假信号滤除和聚类算法被滤除了很多信息，在模式中应用的效果不够明显，故选取的是闪电“事件”（LMIE）产品。3.1.2ADTD闪电资料ADTD雷电定位系统专门用于探测云一地闪，主要针对雷暴天气的监测和雷电数据的统计（蔡河章等，2 0 0 8）。它主要通过监测云一地闪辐射的甚低频（VLF）信号，经过波形判断给出闪电信号到达传感器的精确时间。ADTD雷电定位系统传感器能够准确采集云一地闪波形峰点到达时间，时间精度可达0.1s。中心定位处理软件采用时差测向混合定位算法，用来保证定位的精度。该系统使用方便、可靠性高、统计也较为准确，平均探测效率为9 0%。但由于从探测站到中心站采用的是UDP方式，所以可能会出现探测站出发数据丢失，中心站收取数据不完整的现象，不能保证百分百信息传输可靠。3.2闪电资料处理方法由于闪电不是模式内变量，因此通过建立闪电频次与雷达反射率之间的关系，将闪电频次转化为代理雷达回波（黄守友，2 0 2 0），分辨率为0.0 30.03。本文中雷达反射率代理回波指的是经处理之后最终进入模式的雷达回波，包括由闪电资料转化的雷达回波以及闪电转化之后的雷达回波与实际雷达回波取最大值最终进入模式的雷达回波。首先进行闪电频次的统计，统计LMIE闪电资料以及ADTD闪电资料在预报时刻的前2 5分钟后5分钟，共30 分钟内的闪电发生频次，计数方法采用与格点相距每半网格距计一次。然后根据统计学关系，建立闪电频次与雷达反射率之间的冷、暖季的定量关系，得到闪电频次与对应雷达反射率的查找表（图1a）以及4组（每5dBZ一组）雷达反射率关于高度的权重系数（图1b）。通过该关系将闪电频次转化为垂直方向上个各高度层的最大雷达反射率，再根据各高度层权重将闪电频次转化为垂直方向上各高度层的最大反射率，从而得到二维的雷达反射率因子。最后将得到的三维最大雷达反射率因子与实测的雷达反射率相比较，取最大值作为最终进入模式的三维代理雷达反射率因子。具体计算公式为Rmax=max1,min(30,Nig),(1)Rh=(h,min 4,int(Rmax-30)/5)Rmax,(2)其中，Rmax为垂直方向最大反射率，Nig为闪电频数，Rh为各个高度（h）层上的反射率。4个例选取与数值试验设计4.1个例简介本文选取了2 0 2 0 年6 月2 6 日四川省一次强对流天气过程。2 0 2 0 年6 月2 6 日夜间，四川盆地中南部、攀西地区（四川地区西南部，包括“攀枝花”501.2(a)(b)3035dBZ3540dBZ45-4045dBZ-4550dBZ400.8350.6300.4250.20510152025300.21.52.7557.51116Lightning frequencyHeight/km图1暖季（a）不同闪电频次对应的最大雷达反射率因子，（b）四组反射率的权重系数随高度变化Fig.1(a)Maximum radar reflectivity corresponding to different lightning frequencies and(b)weight coefficients of four groups of reflectivityvarying with height in the warm season773No.3ZHAO Chuo et al.Comparative Analysis and Numerical Simulation of Iightning Detection Data from.赵媒等：FY-4A卫星闪电资料与ADTD闪电资料在四川省冕宁暴雨中的对比分析及数值模拟3期和“西昌”）北部部分地区出现暴雨，局地有大暴雨或特大暴雨，其中?山州冕宁县北部出现大暴雨量级降水，强降水诱发了山洪地质灾害，并造成重大人员伤亡和经济财产损失。本文选取此次过程，通过数值模拟来探究FY-4A卫星LMIE闪电资料和ADTD闪电资料的差异，以及这两种闪电资料对模式结果影响的差别。图2 为该个例在2 0 2 0 年6 月2 6 日12 时（北京时，下同）的实际雷达回波反射率，可以看出，雷达回波大致有三个强中心，分别位于四川的西北部，中南部冕宁地区（图2 红框所标区域），以及东南部地区。回波强度最大可达45dBZ以上，对流活动旺盛，因此这三个区域可作为重点研究区域。4.2数值试验设计本文数值试验所用模式为GRAPES_Meso5.0版本，研究区域为（2 3.535.5N，9 6 111E），模式水平分辨率设置为0.0 30.0 3（接近3km尺度）。起报时间为2 0 2 0 年6 月2 6 日12 时。参数化方案有RRTM长波辐射方案、Dudhia短波辐射方案、MRF边界层方案等，云微物理方案采用的是WSM6方案。本次数值试验共做了两组试验（表1、表2），进行了2 0 2 0 年6 月2 6 日12 时向后预报1h、3h 和6 h的降水。第一组试验没有加入雷达资料，仅将闪电资料转化为代理雷达回波加入模式中。第二组试验中同34N32N30N28N26N24N96E98E100E102E104E106E 108E110E10203040506070图2 2 0 2 0 年6 月12 日12 时（北京时，下同）所选区域（2 3.5 35.5N，9 6 111E）实际雷达反射率回波（单位：dBZ)。红色方框区域表示冕宁地区Fig.2 Actual radar reflectivity(unit:dBZ)in selected areas(23.5-35.5N,96-111E)at 1200 BJT(Beijing time)12 June 2020.The red square area represents Mianning area表1加入GFS背景场及卫星资料的基础上两种闪电资料对比试验（试验一：无雷达资料）Table 1 Comparative test of two types of lightning dataadded GFS(Global Forecast System)background field andsatellite data(Experiment 1:No radar data)GFS背景场以及卫星ADTDLMIE(TBB、CT A)资料闪电资料闪电资料ctrl 1.0试验test 1.1试验test 1.2试验注：V、分别表示加入该资料和不加入该资料，下同。表2 加入GFS背景场及卫星资料的基础上两种闪电资料对比试验（试验二：有雷达资料）Table 2 Comparative test of two types of lightning dataadded GFS background field and satellite data(Experiment2:Radar data available)GFS背景场以及卫星雷达ADTDLMIE(TBB、C T A)资料反射率闪电资料闪电资料ctrl 2.0试验test 2.1 试验test2.2试验test2.3试验时加入了雷达资料和闪电资料，将闪电资料转化为雷达回波之后与加入的实际雷达反射率取最大值作为代理雷达回波。本研究在进行两次试验之前，已做过在GFS背景场资料基础上加入FY-2G卫星的总云量（CTA）资料以及FY-4A卫星的相当黑体温度TBB资料的试验，试验结果表明，这两种卫星资料的加入，可以提高模式初始场和短时预报的准确性。因此，为提高模式模拟的效果，设计试验如下：试验一：将加入GFS背景场以及卫星资料（T BB、CT A）作为模式的对照试验，分别作两种闪电资料的对比试验。试验二：与试验一相比增加一组同时加入两种闪电资料的试验，用于探究闪电资料的融合同化在模式中的应用效果。5结果分析5.1闪电资料对比分析5.1.1闪电散点（空间）分布对比如图3所示，闪电密集区域大致分布在四川的西北部（区域）、中南部冕宁地区区（区域）以Vol.47774ChinesSciences47卷科学及东南部地区（区域），这说明这三个区域强对流发展旺盛。ADTD地基闪电资料和FY-4A卫星闪电资料的极值中心与强对流中心的位置（dBZ35）是保持一致的。在中南部冕宁地区和西北部地区，ADTD地基闪电定位系统所探测到的闪电数量更多，而FY-4A卫星闪电成像仪所监测到的闪电数量要少一些，在四川的东南部地区ADTD所探测到的闪电数量相比较来说比较分散且数量较少，该地区FY-4A卫星监测到的闪电数量更多且分布更为集中。但二者所监测到的闪电的主要密集区域是趋于一致的，因此两种闪电资料的数据是具有互补作用的。5.1.2闪电代理雷达回波对比图4是将两种闪电资料转化为雷达反射率之后的代理雷达回波分布，可以看出，雷达回波的三个集中分布区域与闪电散点分布图相对应，在区域和区域中，ADTD闪电资料的代理雷达回波明显高于LMIE闪电资料的代理雷达回波，区域LMIE闪电资料的代理雷达回波范围更大且数值更高，闪电数量多且密集的区域，其反演出的雷达回波数值和范围也更大。但与实际雷达回波相对比，其最大值仅在3540 dBZ之间，说明仅将闪电资料转化(a)adtdcount_12h(b)Imiecount_12h33N33NX30NX30N27N27N24N24N96E99E102E105E108E111E96E99E102E105E108E111E图32 0 2 0 年6 月2 6 日12 时（a）A D T D 闪电和（b）FY-4A 卫星LMIE闪电资料散点图。区域、分别表示四川西北部、中南部冕宁地区、东南部地区，下同Fig.3 Scatter plots of(a)ADTD(Advanced Direction and Time of arrival Detecting system)lightning and(b)FY-4A satellite LMIE(LightningMapping Imager Event)lightning data at 1200 BJT 12 June 2020.Regions,represent northwest,Mianning area in central south,southeast ofSichuan Province,respectively,the same below(a)adtdcount_12h(b)Imiecount_12h34N34N32N32N30N30N28N28N26N26N24N24N96E98E100E102E104E106E108E110E96E 98E100E102E104E106E108E110E10203040506070图42020年6 月2 6 日12 时（a）A D T D 闪电资料、（b）FY-4A 卫星闪电资料转换为雷达回波的分布（单位：dBZ）Fig.4+Radar echo(units:dBZ)changed from(a)ADTD lightning data and(b)FY-4A satellite LMIE lightning data at 1200 BJT 12 June 2020775No.3ZHAO Chuo et al.ComparativeAnalysisandNumericalSimulationDetectionData from1赵媒等：FY-4A卫星闪电资料与ADTD闪电资料在四川省冕宁暴雨中的对比分析及数值模拟3期为代理雷达回波时的模拟效果是很有限的，仅能模拟出大致区域，在数值的准确度上仍需提高。在有雷达资料的影响下，两种闪电资料转化的代理雷达回波从图5上看已无明显差别，且其分布以及大小都与实际雷达回波比较接近。两种代理回波差值（图5c，A D T D 代理回波减去LMIE代理回波）可以看出在主要分析的三个区域，既有负值又有正值，说明二者虽然空间分布大致相同但大小存在差异。大部分区域的回波值很小，这说明差异很小。在重点研究的三个区域中，负值普遍很小，且均有正极大值中心，这说明在三个区域内，在有雷达资料的影响下，由ADTD闪电资料转化成的代理回波值更大。5.1.3代理回波相关性分析为了确定两种闪电资料的一致性，在试验一中仅加入闪电资料所转化成的代理雷达回波，做了相关性分析（图6)。由图6 a可以看出，大多数点都落在了对角线上，二者的相关系数（R）高达0.9598，均方根误差（RMSE）为3.2 147 dBZ，这说明两种闪电资料在进入模式之后所转化成的代理(a)ra_adtd_12h(b)ra_Imie_12h(c)raadtd_ralmie_12h34N32N30N28N26N24N96E100E104E108E96E100E104E108E96E100E104E108E17.527.537.547.517.527.537.547.5-9-3一113915图52 0 2 0 年6 月2 6 日12 时雷达资料与（a）A D T D 闪电资料、（b）FY-4A 卫星闪电资料转换的代理雷达回波分布（单位：dBZ）以及（c）二者差值（单位：dBZ）Fig.5 Proxy radar echo(units:dBZ)converted from radar and(a)ADTD lightning data,(b)FY-4A satellite LMIE lightning data,(c)the differences(units:dBZ)between Fig.a and Fig.b at 1200 BJT 12 June 2020correlation of raadtd_raand ralmie_racorrelationof raadtd_raand ralmie_ra505045454040353530R=0.959830R=0.9912RMSE=3.2147RMSE=2.145625252020151515202530354045501520253035404550ProxyradarechofromADTDProxy radar echo from radar and ADTD图6 2 0 2 0 年6 月2 6 日12 时代理雷达回波相关性：（a）A D T D 闪电资料与FY-4A闪电资料转换的代理雷达回波；（b）加入雷达资料的基础上，ADTD闪电资料与FY-4A闪电资料转化的雷达代理回波Fig.6 Proxy radar echo correlation:(a)Proxy radar echo converted from ADTD lightning data and FY-4A satellite LMIE lightning data;(b)proxyradar echo converted from ADTD lightning data and FY-4A satellite LMIE lightning data on the basis of adding radar data at 1200 BJT 12 June 2020776Vol.47ChinesSciences47卷学科雷达回波具有很好的一致性。另外在对角线的两端均分布着散点，这说明两种仪器对于闪电资料的探测区域有一定的差异，因此两种资料的融合应用可能可以在模式中达到互补的效果。但整体来看位于对角线下方的散点更多一些，这说明ADTD闪电定位仪比FY-4A卫星LMIE闪电成像仪的探测效率更高一些。尤其是在代理雷达回波较低（大致在152 0 dBZ)，即闪电频次较低的位置，存在着更多数量的ADTD闪电资料，ADTD闪电定位仪对于低频次的闪电探测效率更高。从图6 b可以看出在有雷达资料作为调整时，两种资料的代理回波相关系数（R）高达0.9 9 12，均方根误差为2.1456 dBZ，对比于没有加入雷达资料的test1试验，相关系数增大，均方根误差减小。散点的分布也更为均匀，但整体来说仍然是ADTD闪电资料所转换的代理回波散点数量更多。5.2累计降水结果分析为进一步研究两种闪电资料对模式结果影响的差别，分别模拟了1h、3h、6 h 累计降水。在test1中，仅加入了两种闪电资料来进行累计降水模拟，test1.1和test1.2都只模拟出了降水的大致区域，降水量的模拟偏差很大。从图7 b可以看到，在冕宁地区的累计降水极大值区域，test1.1模拟出了一小块区域，而test1.2没有模拟出这一极大值中心。在试验二中，有了雷达资料的加入，模拟出了降水中心，test2.1和test2.3的模拟效果类似，冕宁地区以及东南部地区的降水中心模拟效果都有所增强。从3h累计降水结果（图8）可知，试验一中，3h累计降水test1.1更好地模拟出了冕宁地区的降水中心，而test1.2的模拟效果要差一些。从试验二来看，有了雷达资料的加入，四川东南部的降水中心都模拟出了较好的效果，但范围和数值都偏大，位于冕宁地区的降水中心test2.1比test2.2有更好的模拟效果，即ADTD闪电资料对于3h累计降水的模拟效果要更好。从6 h累计降水（图9）来看，试验一和试验二都将降水的主要区域模拟出来了，但有雷达资料影响时，降水强度和降水范围明显偏大。在试验二中，test2.2没有模拟出冕宁地区的降水极值，而test1.2中有，其原因可能是受到雷达资料的影响。(a)obs(b)test1.1(c)test1.235N30N-25N100E105E110E100E105E110E100E105E110E(d)test2.1(e)test2.2(f)tes