洛宁县地面气象观测场接地网雷电暂态效应研究

地面气象观测场遭受雷击时,接地网上产生的暂态高电压和高电位差,可对观测场内工作人员及设备造成不同程度的危害。通过实地勘察洛宁县地面气象观测场接地网的布局、制作工艺及周围土壤电阻率等实测数据,利用接地体通用数学模型搭建接地体单元ATP模型,并就实际观测场接地网建立仿真电路模型,运用ATP-EMTP电磁暂态分析软件仿真接地网遭受雷击时的雷电暂态效应。分别通过在雷电流注入点附近增设接地装置、改变土壤电阻率等方法,对接地网上选择的若干点的暂态电压进行对比分析。结果发现:雷击观测场时雷电流注入点的暂态峰值电压最高,电位差最大;在雷电流注入点附近适当增设接地装置或降低土壤电阻率,都可以减小接地网上的峰值电压和电位差。因此雷电流注入点应尽量避开观测场内的道路、仪器和设备,距离不宜小于3m,并应采取防跨步和接触电压措施,而且雷电流不宜直接注入地网,应在注入点附近设置不少于一根的垂直接地体,同时还可考虑通过降低土壤电阻率来减小接地网的雷电暂态效应。     

一次安防系统雷灾综合分析及整改措施

一次强雷电天气过程造成中国人寿保险陕西分公司档案库安防系统瘫痪,大量电子设备损坏。经现场调查分析,灾害的直接原因是由雷电感应及雷电波侵入。通过对安防系统周边环境和致灾原因调查、鉴定,进一步对电子设备保护装置的选择、使用以及屏蔽、等电位连接、防雷接地和综合布线等防雷保护技术的分析,提出有效的屏蔽、等电位连接、综合布线和防雷接地四大系统组成的内部雷电感应综合防护措施。整改后,经过2a时间的检验,在多次强雷电天气下安防系统均正常运行,证明取得很好的防护效果。     

广东野外雷电综合观测试验十年进展

雷电野外科学试验是认识雷电发生、发展物理过程及其致灾机理的重要途径,也是开展真实雷电电磁环境下雷电防护技术测试的重要方式。自2006年开始,中国气象科学研究院和广东省气象局在广州野外雷电试验基地,持续合作开展了雷电野外综合观测试验,在人工触发闪电和自然闪电物理过程及其雷电防护技术测试试验等方面取得了若干研究结果。十年期间共成功触发闪电94次,回击电流峰值最大值为42 kA,平均值为16 kA;分析给出了自然闪电预击穿过程电场变化脉冲特征类型和差异;观测发现高建筑物上行连接先导可达几百米甚至超过1 km,其发展速度可达106 m/s量级,下行先导与上行连接先导的连接呈多样性;雷电防护技术测试试验表明人工触发闪电近距离电磁场耦合在架空线路上的感应电压达到千伏量级,多回击、长连续电流和地电位抬升是造成浪涌保护器(SPD)损害的主要因素;闪电定位系统探测性能的评估结果显示粤港澳闪电定位系统的闪电和回击的探测效率分别为96%和89%,定位误差算术平均值为532 m,回击电流强度的估算值约为真实值的0.63倍。     

气象观测场直击雷防护装置的改进

气象观测场的避雷针位置与接地方式直接影响自动探测设备的运行安全,不同的泄流方式产生的雷电效应不同;雷电流被引入地下时,自动气象站数据传输线还可能因接地的不同产生二次雷电感应.利用风杆拉线分流,数据线、控制器电路板屏蔽,以及"爪型"接地,可有效防御直击雷危害.     

自动气象站连续遭雷击的原因分析及解决办法

珠海某自动气象观测站连续2年遭受雷击,经分析发现,气象站遭受雷击的原因如下:1)该站因地处丘陵坡地顶部,地势高、周边空旷且场内有高耸的测风杆、铁塔等突出物,增加了地闪发生的可能性;2)气象站存在着防直击雷、防雷电波侵入和防雷击电磁脉冲措施不完善等雷击隐患。根据以上原因排查隐患情况,提出观测场采用独立接闪、独立接地的方式防直击雷,并通过将观测场内的设备与工作室采取共用接地、屏蔽、等电位连接、安装SPD、综合布线等方式实现对整个自动气象站场室的综合雷电防御。     

雷电研究的回顾和进展

该文从雷电定位技术的研发、北京地区闪电特征和时空分布、闪电活动与强对流天气过程、雷电预警预报研究、雷电物理过程研究和雷暴起电放电数值模式研究6个方面综述了雷电研究的一些结果和近期的研究进展。通过对雷电多方面的研究, 对雷电放电特征有了较系统地了解, 特别是对北京地区的雷电时空分布特征有了较清晰地认识; 在雷电预警预报技术和方法、雷电物理过程等方面也取得了一些重要进展。但由于雷电发生的时空随机性和瞬时性, 对闪电放电物理过程的观测试验和理论研究十分困难, 目前对我国闪电活动规律的认识也仍然不够全面。因此需要对雷暴内动力、微物理和起电放电过程及它们之间的相关性开展深入和长期的基础研究, 加深对雷电发生发展特征的认识和理解, 这将为雷电预警预报以及雷电监测资料在强对流天气过程的监测预警中发挥更重要的作用提供理论基础; 而在雷电激发和传输研究的基础上, 开展地闪连接过程和不同频段雷电电磁辐射对电子设备的破坏效应等雷电成灾机理研究, 将为雷电防护技术的提高提供科技支撑。     

基于逻辑回归模型的雷电潜势预报方法

利用闪电定位资料、广州地面观测资料和清远探空观测资料,分析了广州的雷电日分布特点,提取了相关的环境场物理量,应用逻辑回归模型技术,针对广州地区3～6月的雷电活动,研发了适用于该地区日间和夜间雷电活动的预报方程,为雷电潜势预报提供了一种比较客观的预报方法.检验结果表明,该方法的预测成功率超过76％,日间段预报效果总体优于...     

自动气象站雷电过电压的防护措施

分析了自动气象站的结构,雷电过电压入侵途径及破坏作用。采用了可靠的接地防止雷电反击、屏蔽线缆抗电磁脉冲、电源系统、通信线路和传感器采集器安装电涌保护器抑制雷电过电压,保证了自动气象站正常可靠地运行,提供实时的气象数据并发出预警信息.     

中国大气本底基准观象台雷击事故原因及雷电防护措施

本分析了中国大气本底基准观象台2004年5月发生的两次较严重的雷击事故，针对数据采集、传输线路未采取等电位连接及屏蔽等雷电防护措施，提出改善接地体条件、建立共用接地体系统和安装浪涌保护器实现等电位连接及屏蔽等有效解决该台雷电防护问题的措施。     

大气探测和雷电研究进展

大气探测研究所在2011年的研究工作中,以试验和理论研究为基础,紧密联系社会需求,分别在雷电野外试验观测和研究、闪电观测、雷电探测技术和设备研发,以及雷电预警软件的业务应用方面取得了一定的成果。     

MEASUREMENTS OF LIGHTNING RADIATION FIELD AND ESTIMATION OF FIRST RETURN STROKE PARAMETERS

This paper briefs a method of measuring lightning radiation field with a fast antenna and narrow bandwidthreceivers, the first return stroke parameters and the spectrum distribution from 2 kHz to 20 MHz for bothground discharges and cloud discharges are calculated. The peak radiation field of first return stroke, normalized to 50 km, is (15.2±8.4)V/m. Below 1 MHz, thetotal energy radiated by the first return stroke is (0.8±1.6)×10~5J, the peak power is (0.8±1.0)×10~10W, thepeak current is(27.8±17.1)kA, and the peak current derivation is (109.3±91.5) kA/μs. The peak spectral amplitudes appear between 4 kHz to 10 kHz for ground discharges and 20 kHz to 80kHz for cloud discharges. From 10 kHz to 3.0 MHz, the spectral amplitudes of the ground discharges decreasein 1/f, and from 3.0 MHz to 20 MHz, in 1/f~2. Below40 kHz, the ground discharge is the main lightningradiation source; and above 40 kHz, both discharges behave similarly. A few special phenomena were found and explained preliminarily.     

绵阳地区夏季雷电特征分析及雷电流辐值概率分布算法修正

利用四川省绵阳地区2017—2019年6—8月闪点定位系统资料,对绵阳地区闪电频次、雷电流幅值和闪电密度分布进行研究。利用GIS软件获取地闪点的高程,分析了闪电频次空间分布特征,结果表明:闪电频次随纬度增加呈先增后减趋势,随经度分布呈现双峰特征,多发生于下垫面海拔高度400~600 m区域;绵阳地区地闪密度有三个高值中心分别位于安县西桑枣和雎水、江油东北二郎庙、绵阳市游仙区杨家湾地区,结合高程分析发现地闪多发区位于山地与平原交汇处偏向低海拔一侧。分析比较了目前常用的防雷计算方法规程法和IEEE推荐公式,在此基础上对绵阳雷电流幅值数据拟合分析,提出适用于本地的雷电流累计概率分布函数和概率密度计算公式。      

一次特大暴雨过程三维和二维系统闪电特征对比分析

利用三维(ADTD-2C)和二维(ADTD)闪电定位系统资料, 对比分析了湖北省一次特大暴雨过程中两套系统闪电活动特征, 得出以下结论: (1)本次过程中地闪多于云闪, 二者均以负极性为主。(2)三维系统正地闪在地闪中的占比低于正云闪在云闪中的占比, 高于二维系统正地闪在地闪中的占比。(3)三维系统雷电流幅值集中分布在0~30 kA, 较二维系统(10~50 kA)更集中, 三维系统的雷电流累积概率较湖北省多年统计结果明显偏小, 二维系统的雷电流累积概率略高于统计值。(4)两套系统总地闪和负地闪活跃时段基本一致。(5)两套闪电定位系统地闪密集区基本一致, 且和云闪密集区基本重合, 闪电分布集中程度高, 主要分布在槽前正涡度平流区。三维系统地闪密度大于二维系统, 最大值分别为5.78 fl/(km2·d)和2.39 fl/(km2·d)。三维系统中正、负闪电交错分布, 二维系统中正、负地闪局部存在空间分离现象。(6)云闪密度大小与二维地闪相当、水平分布特征与三维地闪一致。垂直方向上, 云闪主要发生在10 km以下, 其中2~4 km云闪分布密集, 占总云闪的47.24%。      

OBSERVATIONAL STUDY OF LIGHTNING CHARACTERISTICS IN HAIL-PRODUCING CLOUDS

1 INTRODUCTION Lightning is a phenomenon of atmospheric electricity with convective storms. Since the 1960's, its characteristics during weather processes of torrential rain, hails and tornadoes have been widely studied and a lot of attempts made to probe into the mechanisms responsible for the formation of lightning[1], giving rise to two theories explaining the lightning genesis, from the points of convection and ice-phase precipitation,respectively.     

典型强龙卷风暴中的地闪活动特征

闪电活动对于强龙卷天气的发生有一定的指示作用,基于闪电定位资料,结合多普勒天气雷达、探空和ECMWF再分析资料对两次典型强龙卷风暴中地闪的时空演变、雷电流强度及正地闪活动特征进行了统计分析,结果表明:地闪主要发生在组合反射率因子≥30 dBZ的区域内,龙卷发生期间,地闪活动减弱且较为分散。不同龙卷风暴的地闪频次差异较大,这与风暴中上升气流的强度有关;当地闪频次从峰值降至最小值期间,龙卷及地,两次过程中地闪频次峰值分别提前龙卷发生约33 min和28 min。同时,龙卷及地之前,地闪会出现连续多次闪电跃增;龙卷等级越强,正地闪表现越活跃,特征越明显,在江苏盐城阜宁龙卷发生期间,还出现了地闪极性从正地闪主导向负地闪主导的反转;两次龙卷风暴雷电流强度随时间的变化规律并不明显,但均小于历史平均值,地闪发生愈频繁的龙卷风暴,对应的雷电流强度值愈小。      

人工引发雷电对雷暴特性可能影响的观测与分析

利用地面电场,地面降雨和雷达资料就人工引发雷电对雷暴特性的可能影响进行了初步分析和讨论。     

人工引发雷电的静态摄影及特性分析

展示和分析了人工引发雷电的近距离静态摄影照片,从中可以获取雷电某些宏观特征的有用信息。     

闪电辐射场的宽带频谱测量及地闪首次回击放电参数的估算

我们用一台自制宽带电场接收机和四台窄带电场接收机对同一闪电的辐射场进行了测量,得到了从2kHz到80MHz频段内云闪和地闪的绝对振幅谱。云闪和地闪的谱峰值分别出现在4kHz到10kHz和20kHz到80kHz频段内。在10kHz到2.8MHz内,地闪的平均谱按1/f衰减,2.8MHz到80MHz内,按1/f~(1·4)衰减。在40kHz以上,云闪的平均谱按1/f~(1·4)衰减。40kHz以下,地闪是主要的辐射源,40kHz以上,云闪和地闪有几乎相等的辐射强度。50km距离上,地闪首次回击辐射电场峰值的平均值为15.16V/m,标准差为8.38V/m。1MHz以下,地闪首次回击辐射总能量为0.84×10~5J,标准差为1.57×10~5J。峰值功率为0.85×10~(10)W,标准差为0.98×10~(10)W。峰值电流为27.80kA,标准差为17.12kA。电流时间变化率峰值为109.30kA/μs,标准差为91.53 kA/μs。我们对观测到的一些特殊的闪电现象也做了初步解释。     

人工触发闪电放电过程分析：I.先导放电过程

利用人工触发闪电电场,电流和闪电通道亮度高速摄像观测资料,分析了第一次回击前衔导过程的放电特性,结果指出,对于空中触发,先导传输具有“双向”特征,由于下行先导发展,先导通道电流分布具有不均匀性,连接导线汽化都发生在上行先导阶段。人工闪电第一次回击虽然与自然闪电继后回击特性十分相似,但两者放电特征仍有差别,前者具有曾长的连续电流过程。