闪电放电通道输运系数的演化和热量传输特性的研究

利用无狭缝光栅摄谱仪在青海大通地区获得的闪电回击过程的时间分辨[2]光谱资料,依据谱线辨认和光谱特征分析、基于等离子体传输理论,用谱线的Stark加宽计算了电子密度,并在此基础上探讨了闪电回击过程中,放电通道的热导率以及热扩散系数随时间的演化特征。由计算得到的闪电峰值电流阶段通道温度沿径向的分布、初步分析了沿通道径向的热量传输。闪电回击初始时刻单位长度通道沿径向向外传输的热量达104J/m数量级。计算所得闪电放电通道的传输特性参数值都在合理的范围。结果分析表明:闪电通道的热量输运系数与通道温度和电子密度密切相关。回击峰值电流之后,通道温度缓慢降低,输运系数呈非线性单调衰减趋势。越靠近电流核心通道,温度梯度越大,沿径向向外传输的热量越多。     

闪电回击通道的电子密度研究

利用无狭缝摄谱仪获得闪电回击过程的光谱,依据Hα线的Stark谱加宽计算了闪电通道的电子密度,同时由Saha方程,通过半经验的方法也获得了通道的电子密度,并对两种方法得到的结果进行了比较、分析;讨论了电子密度与闪电放电特性之间的相关性。为闪电光谱进一步的定量分析,尤其是对闪电放电通道的导电特性、辐射特性及通道结构的研究和有关的理论计算提供了参考数据。     

一次多回击闪电过程的物理特性分析

利用西藏那曲无狭缝光栅摄谱仪获得的一次多回击云对地闪电光谱,研究了各放电通道的温度及其变化。结果表明,一次闪电不同回击过程的通道温度有明显差异,闪电前期的温度通常较高,之后呈逐渐降低趋势。将闪电光谱与同步电学观测资料相结合,讨论了光谱特征、通道温度与闪电放电特性、电流热效应的相关性。数据分析显示,光谱总强度与辐射电场的变化幅度成正比;光谱总强度与放电电流的大小成正比;通道温度与回击过程传输的能量为正相关。     

NI 493.5 nm谱线Stark加宽估算闪电放电等离子体电子密度

依据青海地区一次闪电回击过程的光谱,分析了NI 493.5 nm谱线的Stark加宽效应,得到加宽在1.5～2.5 nm左右,通道不同位置的谱线两边显示出稍有一些不对称性;结合NI 493.5 nm线Stark加宽的半经验参数,对通道不同位置的电子密度进行了定量计算,得到平均电子密度是1.657×1017 cm-2,并与各位置处用Hα谱线半宽得到的电子密度进行了比较,证实用NI 493.5 nm和Hα谱线半宽得到的电子密度基本一致,由NI谱线的Stark加宽估算闪电等离子体电子密度是一种实用可信的方法.数据分析表明:随着通道位置的升高,电子密度略呈减小趋势;电子密度与谱线半宽近似呈线性关系.     

3种阈值方法在闪电通道图像识别中的应用

该文实现了3种常见的阈值算法在闪电通道识别中的应用。针对某些闪电通道图像对比度较低的特点,首先对原始图像去除背景光照不均的影响并进行图像增强,再根据所处理的闪电通道图像的具体情况,选择全局自适应阈值法、局部自适应阈值法或基于Otsu自适应阈值的Canny算子对增强后的图像进行边缘检测,进而对闪电通道进行识别。对所提取到的闪电通道进行形态学和细化处理,最终提取到由连续的像素点序列表示的闪电通道。针对数字图像中闪电通道背景的不同特点,文中提到的3种阈值方法能够有针对性地对不同图像进行通道检测,在保证准确获得清晰边缘信息的同时,较好地兼顾了对弱边缘信息的提取,有效保证了对闪电通道的识别效果。     

双站摄像资料重建闪电三维通道的方法

为了满足准确分析闪电通道三维发展特征和闪电先导相互作用的需求,建立了一种利用双站摄像资料重建闪电三维通道的方法,从两幅在不同位置拍摄到的闪电二维图像上分别获取通道的坐标序列,利用空间立体几何原理,寻找两组序列中互相匹配的坐标,再由匹配的坐标序列重建出最终的闪电三维通道。通过对一次实际观测个例的重建与分析,验证了重建算法在实际观测中的可靠性,并对闪电通道的三维长度和二维长度进行了对比,发现两者差异可达2倍以上,充分说明了闪电三维特征分析的重要性。     

闪电冲击波对云滴运动及碰併的影响

在自然闪电时,闪电通道中能量的瞬间释放造成闪电冲击波。本文计算了闪电冲击波的运动、冲击波内气象要素的分布以及闪电冲击波对云滴运动的影响,讨论了受闪电冲击波作用的云滴运动方程,对受冲击波作用的云滴运动作了个例计算。计算表明,闪电冲击波猛烈地“冲击”云滴,使它加速并在短暂的瞬间移动很长距离。体积不同的云滴获得不同的速度。讨论了闪电冲击波对云滴碰并增长的影响。     

通道感应电荷对放电活动特征的影响

为探究闪电放电后电荷重置方案中异极性电荷植入法对雷暴云放电效应的影响,利用已有的三维雷暴云起放电模式,结合2011年8月12日发生在南京地区一次典型的雷暴个例,通过控制倍数改变闪电通道感应电荷量进行大量敏感性试验。模拟结果表明:闪电通道感应电荷量对空间电荷结构分布和云闪通道长度有明显影响。通道感应电荷量增加,即空间异极性电荷堆增多,加大空间电荷结构复杂程度;云闪通道在发展过程中难以穿越与自身极性相同的电荷堆,导致短通道云闪频次增加。通道感应电荷累积总量相同,不同闪电通道感应电荷量下云闪频次与通道电荷平均累积量呈负相关,即通道感应电荷平均累积量增大,云闪频次减少。而地闪频次、类型与通道感应电荷量相关性不明显。     

回击电流及热效应与闪电光谱和通道温度的相关性分析

依据在青海地区由无狭缝光栅摄谱仪获得的2次多回击云对地闪电的光谱,结合同步辐射电场变化资料,计算了放电等离子体的温度、光谱总强度以及回击通道的峰值电流和作用积分。对观测结果和这些参数进行对比分析,结果表明:(1)同一次地闪的不同回击过程中,光谱总强度与放电电流的大小呈正相关;(2)相邻2次回击的时间间隔较长时,等离子体通道的温度与电流作用积分基本成正比;当相邻2次回击的时间间隔较短时,通道温度与作用积分不再线性相关。     

基于线支持区域的闪电通道识别算法

提出了一种基于线支持区域的闪电通道识别算法 (LLSR),该算法首先应用对比度拉伸和高斯匹配滤波方法对闪电通道图像进行预处理,以增强闪电通道的对比度;然后自动检测出包含闪电通道的线支持区域,并用最小外接矩形包含这些区域;最后在各个矩形区域内分别使用最大类间方差Otsu阈值法进行分割,得到闪电通道识别结果。试验结果表明:LLSR具有良好的局部特性和自适应性,它不仅能自动提取低对比度闪电图像的通道,还能自动提取具有复杂背景闪电图像的通道,自动提取结果在视觉上与人眼观测结果一致。且定量评估结果表明:LLSR相比传统算法具有更好的分割精度。     

高层智能大厦雷击机理及防雷设计

通过提出高层建筑容易遭受雷击的问题,分析雷电的危害和雷击机理针对高层建筑自身的特点,对其进行雷击风险评估,提出综合防雷设计,并对幕墙及室外空调机等雷击敏感点的防雷施工提出合理的解决方案。     

一种新的雷电日及雷电参数统计方法

为更好地应用雷电定位系统的自动监测数据统计雷电日及雷电参数,利用滇中地区1987～2006年49个气象站点雷电观测资料和2005～2006年闪电定位探测资料,在对比分析气象观测雷电资料与闪电定位探测雷电资料的基础上,提出了一种新的适用于自动监测雷电日的统计方法--网格法.网格法划分统计区域详细、合理,其雷电日统计值与传统气象雷电日有可比性.长期气象雷电日资料是选定网格大小的参考标尺,滇中地区取0.175°×0.175°网格统计值为其年平均雷电日,取0.3°×0.3°网格统计值为其最大雷电日.用网格法对雷电参数进行统计结果显示:滇中地区雷电日和雷电密度有显著的局地变化特征,地闪密度与闪电强度成反比关系.此结论为防雷工程设计、雷电灾害评估和雷电成因分析提供了较好的理论基础.     

云闪K过程的三维时空特征

K过程是闪电放电过程中的一种放电事件。该文使用两套VHF宽带干涉仪2010年夏季在广州从化地区获取的3次云闪三维闪电辐射源定位数据,分析其中的K过程时空发展特征与地面电场特征。结果表明:宽带干涉仪观测到的K过程主要由快速发展的负极性放电事件组成,按定位结果的分布可划分为3个阶段:负极性反冲先导发生在云闪起始区域下方,沿正先导一端已有路径向闪电起始区域传播;部分反冲先导能进入之前负先导建立的通道并快速发展;反冲先导将原有通道激活后进一步促进负先导继续发展。同时使用辐射源三维定位数据计算了8次反冲先导的平均发展速度,反冲先导的发展速度为106~107 m·s-1量级,与负地闪中的负极性直窜先导相似,但均小于回击速度。     

基于雷电统计数据的等值线模型构建方法

通过分析规则格网雷电统计模型的建立,提出了基于此规则格网统计模型的等值线模型的建立方法,选用这种方法可以快速地建立起某一区域的雷电统计数据的等值线模型,进而在地图上形成雷电统计数据的等值线分析图.对雷电分布的时空规律研究、雷电风险评估及雷电防护设计具有很好的辅助作用.     

双支避雷针保护任意空间点的计算方法

针对《建筑物防雷设计规范》规定中缺乏滚球法保护范围精确计算方法的问题,分别从单支避雷针作用部分及双支避雷针共同作用部分两个方面对双支避雷针保护任意空间点的判定作了深入的分析,得出了相对比较简单的计算方法,从而可以将规范使用的作图判定法改进为数值计算判定法,使结果更加精确。同时用距离比较法和角度比较法两种方法分析了建筑物上任意两接闪器所确定断面上保护范围的判定方法,得出了简便易行的计算方法。这些计算方法可供专业的防雷技术工作者借鉴并推广应用于防雷技术工作中。     

2007年深圳市雷电灾害气候特征分析

通过对2007年深圳市雷电气候特征、雷电密度分布、重要雷电天气过程分析和雷电灾害情况分析,探讨雷电发生的天气背景以及致灾的成因,为雷电预测预警技术提供科学依据.     

1998-2019年南宁市雷电灾害特征分析

为了更好地揭示南宁市雷电灾害分布特点和发生规律,科学有效指导防雷减灾工作,基于南宁市2006-2019年二维雷电监测定位资料和1998-2019年雷电灾害汇编资料,分析研究了雷电灾害时空分布特征及与雷暴活动的关系。结果表明,南宁市雷电灾害逐月分布特征呈单峰型,5-9月是雷电灾害多发期,10月至次翌年2月是雷电灾害低发期;1998-2019年南宁市发生286起雷电灾害中城市占比略高于农村,农村雷灾以人员伤亡为主,城市则以经济损失为主;5-9月是南宁市闪电活动高发期,6月云地闪最多,11月至翌年2月闪电较少发生;雷电灾害事故数与雷暴活跃度成正相关。     

地闪资料在LAPS云分析中的应用研究

为进一步研究闪电活动特征,利用ADTD闪电定位资料、静止气象卫星葵花八号等气象资料,对2016年7月20日一次强对流天气过程中的闪电活动进行分析,探讨闪电活动与LAPS云分析场的关系,探索地闪资料在LAPS云分析中的应用。结果表明,地闪活动集中区域对应着强降水区,降水峰值与闪电活动峰值为重合的现象;大部分闪电发生处于对流云系影响范围之内且对应了中高层次的云顶性质;在LAPS云分析场中地闪活动频繁的区域,云柱更为厚实且出现了更为强烈的上升运动,水汽也更为充沛,闪电活动与积雨云的对应关系不仅可以反向验证卫星反演的云分类产品,也可以对LAPS三维云场进行订正和调整,并作为多源数据融合云分析的补充资料。     

基于雷电临近预警技术的主动防雷应用

为了使雷电临近预警技术在雷电灾害防御业务中更好地发挥作用,针对电子系统的雷电灾害特点,在传统被动防雷技术基础上,提出基于雷电临近预警的主动防雷技术,应用雷电临近预警和远程控制等技术,开发以B/S结构为架构的雷电临近预警应用系统。对2013年8月—2014年8月福建省泉州市4个无线电监测站的主动防雷应用效果进行两种方法的预警效果检验。检验结果表明:主动防雷技术是对被动防雷技术的一个较好的完善和补充。采用闪电数量对比分析,4个监测站的有效预警率为69%,采用预报评分方法对比分析,4个监测站的平均准确率为53%,对雷电活动发生较为集中的区域预警效果较好,对雷电活动发生较为零散的区域预警效果有所降低。