大气探测和雷电研究进展

<正>1雷电观测试验和物理过程研究1.1雷电野外观测试验2012年5月中旬至9月底,大气探测研究所在广州野外雷电试验基地开展了第7年的广东闪电综合观测试验(GCOELD)。该试验在人工引雷试验场、从化市气象局和广东省气象局3个观测点实施。人工引雷试验场主要围绕人工引雷开展闪电光电磁综合测量,通信基站、风力发电机防护试验,高压输电线感应过电压特征观测以及闪电化学效应的测量,同时兼顾对自然闪电的观测;从化市气象局观测点主要对自然闪电开展综合观测,兼顾对人工引发雷电电磁辐射场的观测;广东省气象局观测点主要     

广东地区野外雷电观测和人工引发雷电试验获得成功

为促进雷电科研和业务的发展，中国气象科学研究院雷电物理与防护工程实验室与广东气象局联合于2006年7月3日至8月31日在广东从化地区进行了野外雷电观测和人工引雷试验。试验在3个场地同时进行，其中两个场地以人工引雷及其观测为主，另一个场地以自然闪电观测为主，同时在远距离对人工引雷试验进行辅助观测。试验中利用了大量先进的观测及采集设备，对自然闪电和人工触发闪电的电场、磁场、电流、辐射场、频谱和光学等特征进行了同步测量，     

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。     

雷电临近预警预报技术的业务应用

中国气象科学研究院雷电物理和防护工程实验室承担科技部奥运攻关课题“奥运会雷电监测预警和预报关键技术研究”和气象新技术推广项目“雷电预警和预报技术在气象业务中的应用”以及业务建设项目等,针对北京地区强对流活动的特点,结合闪电定位系统和地面大气电场仪网对雷电活动的监测,以及卫星和雷达资料,提出典型区域强对流天气的闪电特征诊断和短时预报方案,     

闪电探测技术发展和资料应用

文中综述了闪电探测技术和方法的发展状况, 阐述了闪电监测资料在闪电预警预报、防护以及在灾害性天气监测等方面的应用, 探讨了我国闪电探测站网建设的技术和方法, 以及利用闪电探测资料开展雷电预警预报的方法与途径.闪电探测技术对雷电研究和雷电防护技术的发展非常重要, 特别是随着科学技术的发展, 闪电探测技术得到了快速发展, 这为雷电监测和预警提供了重要手段, 对减少雷电灾害具有重要作用.     

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。     

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。     

大气电场仪在雷电预警中的应用

为了提高雷电预警和雷电防护技术服务,有效地探测雷电的发生、发展,利用大气电场仪,实时获取雷电的发生、发展观测数据,结合雷达、闪电定位、卫星等其他观测资料,追踪出雷电的移动轨迹和电场强度变化,按指数趋势对未来趋势进行系统分析,形成特定区域的雷电短时预警,避免和减轻雷电可能造成的灾害和损失。      

雷电预警预报和科研工作

为提高雷电防护的科技含量,进一步提升防雷技术水平,山东省雷电防护技术中心高度重视雷电预警预报和雷电防护科研工作。山东省气象部门于2006年7月建成了由13个闪电定位仪组成的覆盖全省的闪电监测定位系统,可以实时获得闪电发生的时间、位置、极性、强度、雷电流陡度等参数。     

基于闪电监测数据的台站雷暴日统计检验及其演变特征研究

为研究雷电资料延续性及其气候演变特征,建立了基于闪电监测资料的台站雷电日计算模型。分别选取时段为1982-2013年的人工观测雷暴日和2011-2021年的闪电定位仪监测雷电日资料,结合T检验和F检验结果判断出与人工观测最优匹配的闪电定位仪监测半径范围,在此基础上,采用惩罚最大F检验(PMFT)法对福建省66个台站雷暴日资料做连续性检验且对比不同监测半径下PMFT检验值的通过率和观测与监测的均方差进而得到闪电定位仪的最优匹配监测半径。以最优匹配监测半径为基准采用EOF经验正交函数法(Empirical Orthogonal Function, EOF)和9点平滑系数分析福建省1982-2021年近40年雷电日时空演变特征及影响雷暴活动因素。结果表明：(1)基于闪电监测资料的台站雷电日与人工观测雷暴日相匹配监测半径范围为12～20 km内,全省66个台站雷电日连续性检验通过率(未通过率)为80.30%(19.70%);(2)福建省近40年雷电日空间分布不均匀,呈现西南部雷暴活动强而东部沿海岸雷暴活动弱特征,EOF前三个模态的空间型分别为“全省反相位”、“东北-西南地区反相位”、“内陆沿海...     

卫星观测的西南地区闪电的时空分布

利用TRMM卫星上携带的闪电探测仪（LIS）所获取的10 a闪电资料（1998—2007年）对西南地区闪电活动的时空分布特征进行了分析。结果表明：该地区闪电次数的年差异较大,最多年份是最少年份的2倍多,闪电活动季节性特征非常明显,闪电主要集中在春末仲夏发生,呈现单峰值特征,4—8月是闪电高发期（约占全年总闪电活动的84.83%）。闪电活动的日变化表明,闪电峰值区集中在傍晚、午夜前后两个时段,闪电谷值区出现在09：00—12：00,夜雷暴多,这是与其他地区闪电日变化显著不同的地方。在对闪电次数进行了探测效率订正后,根据LIS注视时间,计算了闪电密度。西南地区闪电密度分布大体呈现：东部高,西部低;南部高,北部低。闪电密度较高、面积较大的高值中心位于中越交界的老山一带,非常明显的大片低发区主要位于西南西部地区。研究表明：西南地区闪电时空分布与当地的地形地势、水汽和地理环境条件等诸多因素有关。     

河池市闪电活动与下垫面植被类型关系分析

基于河池市2010年1月～2017年12月的闪电定位资料和地表植被数据、高程数据,分析闪电密度、强度分布与不同下垫面的关系。结果表明:河池市闪电密度与草地、居民建设用地面积呈正相关,与林地面积呈负相关;河池市闪电强度与水域地、林地面积呈正相关,与草地、居民建设用地面积呈负相关。各个植被类型上的闪电日变化呈现"双峰"型,其中居民建设用地的闪电日变化波动剧烈,林地的午后闪电变化呈现较均匀的波动增加。林地上的闪电密度值随海拔高度增加而减小,闪电强度随海拔高度增加而增大。     

监控系统信号防雷设计实例

分析雷电对监控设备的影响因素,对广西佛子玻璃深加工有限责任公司监控系统的信号防雷进行设计.     

雷电临近预警系统在四川省的推广应用

为了提高四川省防雷减灾工作效率,推动雷电服务数字化、网络化、集约化、规范化、标准化,实现快速、准确、高效的雷电短时临近预警,四川省防雷中心协助中国气象科学研究院,共同研制开发了“四川省雷电短时临近预警系统”.目前四川省防雷中心已经结合本地的实际情况开展雷电临近预警业务试运行.同时在成都、凉山、眉山、绵阳、乐山等市州气象台进行区域化雷电监测预警预报推广应用,初步实现雷电监测预警预报业务和服务,并在2010 ～2011年几个重大天气过程中成功进行了雷电预警预报,同时对当地气象台站进行强天气过程预测预报提供了辅助手段,得到了有关职能部门及当地各级政府的充分肯定.     

黄淮地区两次低涡暴雨的中尺度特征分析

利用自动站资料、卫星云图、新一代天气雷达资料与NCEP再分析资料,分析了2010年7月17—19日黄淮地区低涡暴雨过程中两次强降水过程（分别简称“7．17”过程和“7．18”过程）的环境条件及其中尺度系统发生、发展演变过程。结果表明：（1）两次强降水均发生在充足的水汽输送、大的不稳定能量和较强的辐合上升运动等有利环境条件下,“7．17”过程热力条件更好,降水强度大,但降水范同小;“7．18”过程动力条件更好、强降水落区范围大,但雨强比“7．17”过程小。（2）“7．17”过程累积暴雨带落区位于气旋中心移动路径两侧约30—80km范围内,“7．18”过程累积暴雨、大暴雨带落区位于气旋中心移动路径两侧约70～100km范同内。（3）中尺度雨团（带）和短时强降水主要出现在地面中尺度气旋周围附近,地面中尺度气旋活动的不同阶段强降水落区不同。（4）卫星云图上,两次过程强降水均由发展旺盛的对流云团自西南向东北移动而产生,对流云顶亮温低至210～220K。（5）雷达回波图上,“7．17”过程涡旋特征更明显,“7．18”过程冷暖切变回波带特征更明显。两次过程中尺度雨带与大于等于43dBz的螺旋回波带对应关系较好,短时强降水和螺旋雨带上大于等于48dBz的强回波有较好的对应关系。     

佛山市近50年降雨的时空变化特征

以佛山市3个国家气象观测站1968—2017年和60个具有代表性的区域自动气象站2008—2017年的降雨资料为基础,采用趋势分析、Morlet小波分析等方法研究佛山市降雨的时空变化特征,结果表明:佛山年均降雨量月际分布为双峰型,峰值出现在5和8月;降雨主要集中期4—9月(汛期),汛期降雨量占全年降雨量的79.2%;年降雨量和前、后汛期降雨量都呈增加趋势,但不显著;年降雨量和后汛期降雨量存在15年左右的周期变化,而前汛期降雨量则以4~8年的局部周期变化为主。佛山年、前汛期和后汛期降雨量地区差异明显,年平均降雨量最大值出现在南海城区,最小值在禅城祖庙;前汛期降雨大值区在三水西南、三水乐平、顺德城区,小值区在禅城祖庙、顺德杏坛、南海桂城。     

湖南两次流域性致洪暴雨异同点分析

利用常规气象资料、水情资料及灾情资料,对发生地点、季节及影响系统相似的2010年7月8-14日和2012年7月11-19日两次湖南省持续性大范围暴雨天气过程进行对比分析,结果表明：（1）两次暴雨过程均具有持续时间长、暴雨频繁且集中、累计雨量大、洪涝严重等特点;（2）东北冷涡加强、副高东退南落,冷、暖空气在湖南交汇,导致连续性暴雨发生;（3）“10.7”暴雨过程冷、暖气流势力相当,雨带呈东西向,稳定少动,致灾性强.而“12.7”暴雨过程冷空气势力较强,雨带呈移动性,虽然致灾范围广,但灾情较前者轻.     

天津地区两次副高边缘特大暴雨过程的多尺度对比分析

利用常规观测资料、加密自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图资料、多普勒天气雷达资料和雷达变分同化分析系统（VDRAS）资料、风廓线资料,对2012年7月21—22日和25—26日两次特大暴雨过程（分别简称＂7·21＂过程和＂7·25＂过程）进行对比分析。结果表明：（1）＂7·21＂过程的主要影响系统是低槽和地面冷锋,暴雨发生前,其动力条件较好;而＂7·25＂过程属于槽前暖区降水,其发生前热力不稳定条件较好。（2）两次过程中,台风＂韦森特＂顶部的东南气流与副高边缘的偏南气流共同构成了这两次华北暴雨的水汽通道,但两支气流辐合的位置不同。（3）＂7·21＂过程在冷空气侵入后,槽前辐合明显,对流组织性加强,而＂7·25＂过程主要是由中低层南风风速辐合导致;两次过程的维持机制均与雷暴高压的出流与偏南气流辐合有关;＂7·21＂过程中尺度对流系统伴随着高空槽系统的东移南压,自西北向东南方向移动,而＂7·25＂过程中尺度对流系统则是在西南气流引导下,自西南向东北移动。