闪电回击过程物理机制研究

阐述了云地闪发生的物理过程,并根据国外一些类比实验对云地闪发生的物理机制进行了分析,主要就先导过程中电晕套的形成机制和回击过程中电晕套中空间电荷的中和机理做出解释.     

鲁西南地区云地闪密度历史平均值研究

为了计算鲁西南地区年云地闪密度的历史平均值,选取雷暴日数据及闪电日数据进行相关性分析,将雷暴日与可闻范围内云地闪密度进行拟合,并进一步进行分组拟合,分析相对误差,最后绘制出鲁西南地区云地闪密度历史平均值分布图。结果表明:在距离观测台站6~22 km范围内,雷暴日与闪电日密切相关,两者的相关系数在距离观测站不同半径范围内呈单峰状分布,确定雷声可闻距离为14 km;雷暴日与云地闪密度拟合得出的关系式优于规范公式,更能代表云地闪密度历史平均值,且具有相同成雷机制的邻近区域,由雷暴日通过拟合公式计算得到的云地闪密度与实际发生的云地闪密度一致性更好;云地闪密度历史平均值总体呈现出西南、东北大,中间小的漏斗形,区域差异明显。     

城区与郊区不同地形地貌下云地闪分布规律初步研究

利用上海3台SAFIR3000闪电定位仪的测量数据、计算机软件技术和数据统计方法对上海地区云地闪的分布规律进行了研究,得出了以下结论：①受地形地貌及高大建筑的影响,上海地区的云地闪分布规律是南北多,东西少,城区多,郊区少;②在郊区发生的云地闪密度虽然低于城区,但是其雷电流的平均强度要高于城区;③上海地区14：00-21：00是云地闪发生最为频繁的时间段。雷暴日是用于表征某地雷电活动的频繁程度并据此进行风险评估及确定雷电防护等级的一个重要参数,但此参数在实际应用过程中存在着一些问题,文章提出了用＂闪电密度＂或者＂地闪密度＂代替雷暴日的设想。     

近地面电晕电流组网观测与数据分析

利用强电场环境中金属尖端会产生电晕放电的原理,结合无线数据传输技术,研制开发了电晕电流测量仪及其无线组网观测系统。外场试验结果表明,该套系统能够实现一定区域范围内电晕电流的组网观测。通过对电晕电流和环境电场同步观测数据的分析,得到了正、负环境电场下产生电晕电流的电场阈值以及正、负电晕电流与正、负环境电场的关系式。分析表明,利用电晕电流的测量,能够比较真实、准确地对环境电场强度进行反演。     

湖北省两类强对流天气云地闪特征及其环境条件对比研究

选取30次短时强降水天气和10次冰雹、雷雨大风天气个例,对云地闪特征及其环境条件进行对比分析。结果表明:以降水为主的强对流天气,负地闪占绝大多数,闪电频数较多,其10分钟云地闪频数过程最大值在50次以上,云地闪与雷达强回波区吻合得较好,且分布比较集中,而以冰雹、雷雨大风为主的强对流天气,正地闪与负地闪频次相当,甚至超过负地闪,闪电频数较少,云地闪并非分布在雷达强回波区,而是零散地分布在冰雹回波下风方向的云砧处。两者在环境条件上也存在差别,以冰雹、雷雨大风为主的强对流天气较之以降水为主的强对流天气,具有较低的整层比湿,较厚的零度以下层结厚度(冷云厚度)以及较大的垂直风切变。     

新疆“96.7”大暴雨过程中主要天气系统结构的天气动力学分析

对造成“96·7”大暴雨过程的主要天气系统进行天气学和动力学诊断，初步探讨了这次大降水过程中主要天气系统发生、发展的物理机制。     

孤立金属尖端的电晕触发阈值

为了得到金属尖端在发生电晕放电时尖端处的电场强度,该文首先采用实验室实验得到不同高度、不同形状、不同材质的金属尖端发生电晕放电时的环境电场阈值;再采用有限元法计算二维泊松方程,得到尖端处电晕触发阈值,由此得出以下结论:环境电场阈值随金属尖端高度的增大基本呈线性减小趋势,随着尖端越来越尖,环境电场阈值呈先减小后增大的变化趋势;高度、形状对金属物尖端处电晕触发阈值无影响,尖端处电晕阈值为定值;给出尖端处电晕触发阈值为158.75 kV·m-1与空间分辨率的拟合公式,可为今后电晕放电数值模拟中判断电晕放电的起始时刻提供参考。     

一次冰雹云过程及其催化试验的数值模拟分析

本文应用中科院大气所建立的三维完全弹性冰雹云模式，对2000年6月9日发生在江苏射阳地区的一次冰雹云过程及其催化试验进行了数值模拟，根据模式输出的高时空分辨率资料，分析了冰雹云发生发展过程中的热力和动力场作用及微物理过程的变化，对这次冰雹云形成的机制作了初步分析，并作了一系列碘化银催化试验，对催化防雹的物理机制又进行了较为深入的探讨。     

脉冲电晕与地闪负先导梯级性机制模式探讨

根据新的观测事实，提出了地闪负先导明亮脉冲可能不是被－慢而弱的流光（引路流光）所此导，而是被一快而短暂的电晕（脉冲电晕）所引导的梯级性流光机制的不同观点。由此出发，对流光间歇时间、梯级长度等重要特征参数进行了新的分析；结合对梯级先导辐射特征脉冲产生机制的进一步分析，提出并论证了明亮脉冲的双向传输，通过一个简单的数值模式对梯级过程进行了计算模式，得到了一些与观测特征基本符合的结果。     

HLAFS显式云降水方案及其对暴雨和云的模拟(I)云降水显式方案

将三套显式云降水方案移植、耦合到国家气象中心业务有限区数值预报模式HLAFS中, 显式云降水方案包括双参数暖云方案、简化混合相云方案和双参数混合相云方案,明显地改进了原模式预报系统的湿物理过程,特别是对云降水过程的模拟能力.详细介绍了这三套云降水方案的物理过程,以及与动力框架的耦合.     

雾对城市边界层和城市环境的影响

根据1999年11、12月及2001年2月北京市几次雾过程的大气边界层探测资料,再配合大范围气象资料,分析了北京城市雾发生过程中的大气环流形势,对比研究了出现水雾和霾时不同的边界层结构特征,结合环境污染监测资料,分析了雾对城市大气环境的影响.结果表明,在雾的发生发展过程中,边界层的温度层结由雾前的逆温层转变为雾区内的近中性层结,雾的微物理结构变化也表现出对污染物的沉降作用明显减弱,造成在雾发生时,城市空气污染相对严重.同时,该文初步探讨了这种变化的物理机制.     

一次强对流天气的雷达回波及闪电特征分析

利用地面观测资料、红外卫星云图、天王山714CD多普勒天气雷达资料和STD-1闪电定位资料,详细分析了西昌卫星发射场(以下简称场区)山区地形条件下一次强对流天气的雷达回波发展演变过程和多普勒特征,对流云的云地闪特征,给出分析对流云运动演变的一些方法和应注意的问题.     

积云模式下三维闪电分形结构的数值模拟

为了提高积云模式对雷暴云内电过程的模拟能力,将Mansell提出的放电参数化方案在起始击穿阈值和闪电通道感应电荷的分配过程上进行改进,耦合了已有的三维强风暴动力—电耦合模式中。对STEPS(Severe Thunderstorm Electrification and Precipitation Study)试验中一次雷暴个例以及对中纬度地区理想雷暴个例的模拟表明,引入了新放电参数化方案的模式模拟出闪电在发展特性和几何结构上和观测结果有较好的一致性。模拟结果还表明:闪电的类型与极性取决于背景电荷结构以及闪电的起始位置,只有底部存在正电荷堆时才会产生负地闪,且负地闪的起始点均具有较高的负电势。闪电通道上感应电荷的沉降会改变通道附近水成物粒子上携带的电荷,这对雷暴云内复杂电荷结构的形成有重要作用。经统计,模拟的地闪和云闪通道的分形维数平均值分别为1.47和1.69。对起始击穿阈值的敏感性试验表明,随着起始击穿阈值的增大,首次闪电时间会向后推迟,当采用逃逸击穿时首次闪电产生的时间最早;闪电数量随起始击穿阈值的增大而减少;当使用固定击穿阈值(100,150和200 k V)时得到的云地闪比均小于使用逃逸击穿时得到的云地闪比,使用逃逸击穿时得到的云地闪比与观测结果最为接近。     

江淮地区急流切变线暴雨的物理机制及诊断分析

本文分析了江淮切变线与低空急流伴生,而地面冷空气活动不明显情况下发生的暴雨过程;讨论了这类降水过程形成的物理机制。通过诊断分析比较了各气象要素或物理量场与降水区的配置关系,最后提出了这类降水过程落区的预报方案。     

安徽省云地闪密度与雷暴日数关系的研究

利用1961—2015年安徽省雷暴日数资料和2010—2015年ADTD系统闪电定位数据,以县级行政区域为基本单位,采用线性和幂两种计算模型分析安徽省年平均云地闪密度N_g与雷暴日数T_d的关系,并与《建筑物防雷设计规范》(GB 50057)公式的计算结果进行对比。结果表明:2010—2015年安徽省雷暴日数与1961—2015年雷暴日数的观测数据无显著性差异,幂模型比线性模型更适用于表征安徽省年平均云地闪密度和雷暴日数的关系。利用雷暴日数据结合规范两种计算公式得到的安徽省各县区年平均云地闪密度与实际观测的云地闪密度存在较大的差异,公式N_g=0.024T_d~(1.3)计算的云地闪密度的样本平均相对误差为31.65%,低于N_g=0.100T_d计算的云地闪密度的样本相对误差44.03%。拟合公式N_g=0.0281T_d~(1.369)计算的安徽省年平均云地闪密度与实际观测的云地闪密度接近,较规范中的两类公式N_g=0.024T_d~(1.3)和N_g=0.100T_d更适用于安徽地区。     

一次强对流天气的雷达回波及闪电特征分析

利用地面观测资料、红外卫星云图、天王山714CD多普勒天气雷达资料和STD-1闪电定位资料。详细分析了西昌卫星发射场(以下简称场区)山区地形条件下一次强对流天气的雷达回波发展演变过程和多普勒特征，对流云的云地闪特征，给出分析对流云运动演变的一些方法和应注意的问题。     

连续暴雨过程中的中-β尺度大暴雨的成因分析

利用常规资料、多普勒雷达等资料，对威海市2004年8月4日夜间到6日早上连续3天暴雨大暴雨降水过程进行了分析，重点分析了5日夜间的中-β尺度大暴雨过程，发现此次降水是发生在副高边缘的高能量堆积区，冷空气的侵入是前期强降水的主要原因，而地面辐合是导致强降水再次出现的主要触发机制，充沛的水汽输送、聚集的对流有效能量为暴雨中尺度系统发生发展提供了必要的物理机制。     

从夹卷的角度探讨雾不同阶段微物理量的变化机理

夹卷混合过程作为影响云雾的主要物理过程之一,对云雾的生命周期、云雾降水的形成过程、辐射传输过程和气溶胶间接效应等都有着重要影响。本文从微物理和动力两个方面探讨辐射雾中的夹卷混合机制,既促进对夹卷混合机制的理论认识,又从新的角度来讨论辐射雾的发展消亡过程。利用2006年和2007年冬季在南京进行的雾综合观测的资料,研究了9个个例中的夹卷混合机制。首先,针对2007年12月10～11日这一次辐射雾过程进行详细分析,探讨了不同阶段微物理量的变化和夹卷混合机制。结果表明:成熟阶段主要为极端非均匀夹卷混合机制,数浓度和含水量同时减小,体积平均半径却基本保持不变;快速消散阶段主要为均匀夹卷混合机制,各微物理量同时减小,互为正相关关系。除了微物理,本文也分析了夹卷混合机制的动力特征,计算了过渡尺度数,发现在成熟（快速消散）阶段,过渡尺度数小（大）,有利于极端非均匀（均匀）夹卷混合机制的发生。其次,分析了其他8个个例中微物理量之间的相关关系,发现体积平均半径和含水量之间主要呈正相关关系,以均匀夹卷混合为主。所得结果有助于夹卷混合机制参数化方案的开发,同时为辐射雾的模拟预报提供参考。     

中尺度西南涡、切变线对“07.7”贵州西部暴雨影响的分析与模拟

2007年7月30日贵州西部出现了大范围的强暴雨过程,本文分析了这次暴雨过程的云团特征和环流形势,并利用PSU/NCAR的MM5中尺度数值模式对这次暴雨过程进行了数值模拟,重点研究这次暴雨发生、发展和移向的物理机制。结果表明:这次暴雨过程与中尺度云团、中低层西南涡、切变线、南支槽和中低空急流活动密切相关,同时还与西太平洋副热带高压活动相关。位于四川东部至重庆西部的西南涡、切变线出现在中低空急流的西北侧或西侧,而贵州西部强降水发生在西南涡、切变线南侧与急流交汇处。高、低空正涡度中心在贵州西北部地区上空的叠加、耦合是该西南涡、切变线持续发展的主要物理机制,为暴雨的发生提供动力条件。垂直上升运动是中低空急流和西南涡联系的纽带,也是西南涡动力驱动的结果。西南涡、切变线和中低空急流在暴雨出现前建立,而暴雨、中低空急流和西南涡、切变线几乎同时南移减弱,预示贵州西部暴雨即将结束。     

粤港澳闪电定位系统与深圳高塔雷电光学观测对比分析

介绍了粤港澳闪电定位系统布点情况、定位方法、探测参量及指标以及深圳高塔雷电观测系统的概况。利用2016年9月2日3次高塔接闪的光学(高速摄像)观测数据与闪电定位系统数据从回击探测效率、定位误差、云地闪识别和首次回击判断4个方面进行对比。结果发现:粤港澳闪电定位系统对深圳高塔的回击探测效率约为92.9%,定位误差优于300 m,云地闪识别准确率84.6%,但首次回击的判断准确率不理想。