建筑物尖端对大气电场畸变影响的数值计算

建筑物尖端周围大气电场畸变特征研究是大气电学的重要分支之一。假定建筑物为理想导体并与地面充分连接,通过有限差分法计算二维泊松方程,得出建筑物周围的电位空间分布。讨论建筑物尖端的高度、宽度以及相对位置对大气电场畸变的影响,结果表明:最大电场畸变系数λ_i随高度呈线性增加,且线性方程斜率随宽度增加而减小;λ_i随尖端位置沿建筑屋顶的中心线向两边呈对称递增趋势,此趋势随建筑物高度增加更为显著; λ_i随尖端宽度呈指数递减关系,且宽度对畸变系数的影响随高度增加变得尤为显著。     

地面建筑物（群）对雷暴云大气电场影响的模拟研究

利用有限差分方法分析了地面建筑物(群)对雷暴云大气电场分布的影响,结果表明:①建筑物(群)的存在对周围大气电场存在较大的影响,建筑物顶部的大气电场明显强于地面,且随建筑物高度增加而增强.如建筑物的长、宽均为40 m,高度h=10、20、50、100 m时,楼顶的大气电场分别是地面(当建筑物不存在时地面相同位置)处的1.4、1.7、2.8和4.5倍.②地面建筑物(群)对地面电场存在明显的屏蔽作用,影响范围约为建筑物高度的3.5倍以内.因此,对大气电场的测量需要考虑周围建筑物(群)的影响.     

大气电场仪观测结果的修订

大气电场仪是测量大气电场的重要设备,其测量结果受多种因素影响.通过一系列对比试验表明:电场仪采用探头正置或倒置结构时的观测结果基本一致,倒置结构有利于避免雨水带来的影响.不同的安装环境对测量结果的影响很大,为了消除这种影响,提出了对观测数据进行地面修订的方法,得到不同天气条件下的修订系数.所得结果对于实现多站电场仪联网观测的数据一致性有重要实际意义.     

地面建筑物对地闪回击通道附近电磁辐射环境的影响

采用有限电导率下的时域有限差分（FDTD）方法,分析了建筑物对地闪回击电磁环境的影响.结果发现建筑物对回击电场的影响较为明显,对磁场影响较小,建筑物高度h_b=50 m时对磁场的影响不大于10%.建筑物顶部电场受自身高度的影响较大,屋顶中部的垂直电场随建筑物高度的增加而增大,水平电场随建筑物高度的增加而减小.建筑物高度为20、50和100 m时,屋顶中部的垂直电场分别约为地面处的1.3、1.7和2倍,水平电场约为地面处的0.9、0.8和0.7.电导率分别取0.001和0.1 s/m时对比发现,地表处的水平电场受电导率的影响较大,电导率越大,地表处水平电场的幅值越小,此时建筑物的存在对其影响不明显.地表以上一定高度处的水平电场则受观测点位置和建筑物的影响更加明显.     

地面电场仪测量数据的误差来源及分析处理

地面电场仪测量数据准确性和一致性会直接影响到其在研究区域大气电学和进行雷电预警工作的应用准确度。通过模拟理论计算和实际观测数据进行的统计对比分析,指出了电场仪自身高度和周围环境均会产生测量误差,不同高度上的电场测量值与地表处均呈现出一定的正相关性。在晴天和雷暴两种天气情况下,由于产生地面电场的电荷源不同,提出了分别利用统计和线性拟合对这两类测量数据进行修正的方法。     

DNDY地面电场仪预警系统和开展的业务

1 电场仪对雷电进行预警原理介绍 地面电场仪是直接安装在地面上进行电场测量的.云底部相反的电荷会被地面电场仪感应到,而在地面电场仪灵敏度范围内.地面电场仪上的感应电荷强度与云底部附近的电荷成正比,因此地面电场仪可以帮助我们实时探测其周围地区的大气电场信号.     

长沙地区春、夏季大气电场特征

该文统计了2009—2010年长沙地区4套大气电场仪数据,通过对雷暴天气、稳定性降水天气、雾、霾天气下电场场强值变化的分析,可得到：①电场场强跳变极值的变化能很好反映雷暴活动,春、夏季大气电场雷电临近预警阈值设定不同;②长沙地区晴天大气平均电场夏季明显高于春季;③稳定性降水天气对大气电场有较明显的影响;④大雾或霾等其它气象条件下夏季平均电场也高于春季,气溶胶对场强值影响不大。     

电场仪数据采集自记和实时显示记录系统

叙述了用单片机以大气电场仪测量值的Ａ／Ｄ转换和存贮,介绍了其硬件原理和两种工作方式以及软件编程,该系统提供了地面电场仪记录存贮的一种较为灵活方便的新方法。     

建筑物上侧击雷电的三维数值模拟

基于三维近地面闪电先导发展随机模式,通过改变先导初始电位和建筑物几何特性,分析各种情况下的侧击雷电发生概率,探讨侧击雷电产生原因及影响因素。结果发现:建筑物尖端电场畸变值是影响侧击雷电产生的重要参量,当下行先导靠近建筑物且传播位置低于建筑物的高度时,建筑侧面电场畸变值达到触发阈值,侧击雷电易产生;下行先导的初始电位以及建筑物几何特性（高度和宽度）是影响侧击雷电发生概率的重要因素,当下行先导初始电位在-9~-3 MV范围内,侧击雷电发生概率呈先增加后降低的趋势,当初始电位为-4.5 MV时,侧击雷电的发生概率达到峰值;当建筑物高度在50~150 m范围内,侧击雷电发生概率随着高度增加呈先增加后减少的趋势;当建筑物高度为100 m时,侧击雷电发生概率达到峰值;当建筑物宽度在30~70 m范围内,侧击雷电发生概率随建筑物宽度呈递减趋势;当建筑物宽度为30 m时,侧击雷电的发生概率达到峰值。     

建筑物高度对地闪回击电磁场影响的模拟

基于三维时域有限差分数值算法（3D-FDTD）建立了雷击高建筑物电磁场传播模型,研究了负地闪击中不同高度建筑物时回击垂直电场、角向磁场以及水平电场沿地表的传播规律。模拟结果表明:建筑物的高度对雷电电场峰值的影响显著,如当建筑物高度从100 m增加至600 m时,在距离d=100 m位置的垂直电场峰值减小了63%,水平电场正极性峰值的增加比例为84%、负极性峰值的绝对值增加比例高达130%;观测位置不变时,角向磁场峰值和水平电场正极性峰值均会随着建筑物高度的增加而增大;对于距离d=100 m,300 m时,垂直电场的峰值随着建筑物高度的增加而减小,而d=500 m时,垂直电场峰值随着建筑物高度的增加呈现出先增大后减小的趋势;此外,建筑物高度会影响垂直电场峰值对距离的敏感程度,建筑物越低（高）,相应的垂直电场峰值随着观测距离增大衰减越快（慢）。该文研究结果能够为现代化城市中高建筑物附近线缆、室外设备等的雷电防护方案设计提供参考。     

平凉地区闪电电场恢复波形的分析

主要利用甘肃平凉地区2013年5月18日—9月1日地面大气电场仪实际测量的大气电场资料,研究了平凉地区闪电放电后地面大气电场恢复波形的变化特征。研究表明:(1)平凉地区闪电放电之后地面电场恢复波形主要分为3个阶段:第1阶段,闪电发生时,地面大气电场强度迅速增大,而在闪电完成放电之后,地面电场强度显著变小;第2阶段,地面大气电场强度减小的过程较为缓慢,电场发生极性的反转,且电场强度呈现出线性的变化趋势;第3阶段,地面电场强度的波动幅度较小,电场幅值处于稳定变化趋势,电荷屏蔽层对每个阶段的影响不同,且在电场恢复阶段还会有很多的小电场突变。(2)当地面大气电场强度达不到一定值时,电荷屏蔽层的影响较小。     

基于小波分析的地面大气电场观测数据处理技术研究

使用南京信息工程大学实验场的AMEO340电场仪一年观测试验资料,将大气电场仪采样序列数据经快速傅里叶变换,得到序列的功率谱,对晴天和伴有闪电天气的地面大气电场数据进行小波函数为sym5的7层分解,某种程度上降低了地面大气电场数据波形的重叠度。通过对伴有闪电天气的地面大气电场数据进行小波7层分解,地面大气电场信号的低频部分不仅突出显示出地面大气电场值的主要变化趋势,而且能清晰地分辨出闪电过程中较强的正负地闪次数,为利用地面大气电场强度值的变化特征进行闪电预警提供了更有效的信息。     

基于小波技术的地面大气电场数据处理

使用安装在南京信息工程大学实验场的法国电场仪AMEO340于2009年观测试验期间的观测资料,将大气电场仪采样序列数据经快速傅里叶变换,得到序列的功率谱。对晴天和伴有闪电天气的地面大气电场数据进行了小波函数为sym5的7层分解,大大降低了地面大气电场数据波形的重叠度。通过对伴有闪电天气的地面大气电场数据进行小波7层分解,地面大气电场信号的低频部分不仅突出显示了地面大气电场值的主要变化趋势,而且能清晰的分辨出闪电过程中较强的正负地闪次数。为利用地面大气电场强度值的变化特征进行闪电预警提供了更有效的信息。     

不同下垫面大孔径闪烁仪观测数据处理与分析

大孔径闪烁仪是近年兴起的测量大尺度（500 m~10 km）地表通量的仪器。北京师范大学等单位分别于2002年、2004年在北京昌平小汤山开展了大孔径闪烁仪短期观测实验, 2006年6月又在北京密云建立了长期观测站。利用这些数据, 对大孔径闪烁仪观测数据进行处理与分析, 结果表明:闪烁仪光径高度和风速是影响观测显热通量的关键因子。当地表粗糙元的高度变化相对于光径高度不可忽略时, 零平面位移需要精确确定。波文比在湿润地表需要准确确定, 而气温、气压和动力学粗糙度则为不敏感因子。计算中所需的大气稳定度可用理查孙数判断, 也可借助日出日落时间或净辐射观测值确定。稳定条件下的普适函数目前无统一表达式, 可采用仪器说明书推荐的函数。通过几个站点闪烁仪观测显热通量与涡动相关仪测量值的比较表明:大孔径闪烁仪在均匀和非均匀地表都能得到合理的显热通量观测值。     

威宁不同天气形势下的大气电场特征

为实现更准确的雷电监测预警,基于贵州省冰雹防控外场试验基地威宁核心区安装的大气电场仪进行不同天气形势下的大气电场特征研究,并结合雷达进行数据对比分析。结果发现:雷电、冰雹等强对流天气大气电场曲线会出现明显的抖动,稳定性天气大气电场变化趋于平缓;大气电场仪探测较为敏感,受探测距离限制严重,通过雷达回波对比,靠近大气电场仪探测中心的数据更为有效,且电场数据受自身及周边环境影响较大。     

电场时序差分在雷电预警中的有效性分析

目前国内应用地面大气电场仪进行雷电预警一般使用阈值法,这一方法直接使用电场观测值的多重阈值来进行预警,在实际应用中容易出现误报和漏报的现象.本文通过对晴天大气电场和雷暴天气大气电场分析了大气电场时序差分的基本特征,并结合SAFIR3000闪电定位观测数据,对典型雷暴过程下的电场时序差分进行了深入分析.本文还选取了有雷暴发生和无雷暴发生的预警应用个例进行了分析,分析结果表明电场时序差分的应用能在一定程度上提高雷电预警的效率.     

青岛地区电场仪资料在一次雷暴天气过程中的应用分析

利用大气电场仪资料,结合天气实况、天气雷达和闪电定位仪等资料,对2013年7月1日青岛地区一次雷暴天气过程进行了综合分析。结果表明,当地面电场强度曲线在几十到几百毫秒量级内发生极性反转,变化幅度在2 kV/m以上,且完成后电场值会迅速回到极性反转前的电场值附近时,可以判断为发生了一次地闪。单站电场强度曲线可以反映出雷暴云与测站间距离的变化,闪电发生前电场强度的增加可为雷电预警提供时间。大气电场仪组网监测资料可以对雷暴云的移动路径做出判断。综合分析大气电场仪组网数据、天气雷达以及闪电定位资料等多源资料,可以更好地判断雷暴云的活动状况,提高雷电的预警准确率和时间提前量。     

饶平站能见度仪器测量与人工观测对比分析

利用饶平站2011年1-12月定时人工观测能见度资料,对比Belfort M6000能见度仪测得的能见度数据,分析表明:M6000能见度仪器测值与人工观测值在0～20 km两者相关性高,随着能见度的增大两者差距也越大;能见度仪器测量相比人工观测具有高精度、数据客观、不受人为因素影响等特点;人工观测能见度观测范围广,观测所得为周围大气平均状况,在大气不均匀下误差较小;出现视程障碍天气现象时M6000能见度仪测量值在空气中含有高水汽、液态水的情况下比人工观测能见度值明显偏小.     

雷电预警中的风暴参数研究

目前,国内大多城市陆续建设了大气电场仪,旨在提前开展雷电预警,但基于大气电场仪开展雷电预警的虚警率始终较高。该文基于闪电定位仪和雷达风暴产品,提取了雷电发生时的风暴参数,即发生闪电的雷电预警指标需同时满足风暴中心强度在40d Bz以上、中心高度在3 km以上、回波顶高在4.5 km以上,在此基础上再与大气电场仪预警阈值结合,在降低雷电预警虚警率的基础上,实现了雷电预警时间的提前,为闪电定位、雷达、大气电场仪数据在雷电预警中的研究提供一定的应用参考。     

场磨式大气电场仪及其标校系统

大气电场仪作为雷电监测系统中的重要组成部分,其探测的精度准度对雷电的定位和预测起着至关重要的作用.由于大气电场仪是一种野外探测器,因此其精确度会随着时间的推移而降低.介绍了场磨式大气电场仪的结构原理,大气电场仪标校系统及其在实际工作中的应用.