一次致灾雷暴过程的闪电雷达回波特征分析

利用雷电监测预警网、多普勒雷达、区域自动站降水同步资料,对2009年7月6日发生在秦皇岛市的一次大面积致灾雷电、暴雨天气,进行了详细分析.结果表明:本次致灾雷电过程以负地闪为主,闪电出现频率最大为712次/h.闪电放电轨迹分布特征呈西北—东南分布,由北向南移动,闪电出现频率最大时,每小时降水量超过100 mm,闪电发生...     

雷电灾害及其防御

全世界平均每天发生800万次闪电,每次闪电约在微秒贺时间内释放55kwh的能量,从而给人类带来巨大的雷害.雷电常常使人畜伤亡,使建筑物、军火库、原油罐、通讯站、卫星站、电脑、电机设备毁于一旦.探索雷电奥秘,研究防雷系统工程,增强避雷消雷的能力和手段,有效地避免和     

因势利导利用雷电

雷电,作为一种宝贵的天然能源,已引起科学家高度重视。科学家计算发现,一次强烈闪电积累的电量可牵引一列有14节车厢的火车,使之前行200km。闪电功率大得惊人,如果闪电两端的电压为10000kV、电流为20000A,闪电发生的一刹那,其功率可达2×108kW。可惜的是,闪电放电时间极短,仅50-100微秒。因此,一次雷电释放的总能量还不够一座大城市1小时照明用电量,况且闪电极难控制,要直接利用其能量非常困难,目前还不现实。     

2013年陕西省雷电活动特征分析

2013年陕西省雷电天气频发,通过对全年雷电监测资料分析可以看出:全省共发生闪电223 458次,总闪电频次为有闪电定位监测记录以来最高值,闪电集中发生在7—8月,8月份闪电最密集,是有闪电定位监测记录以来8月份的最高值;8月11日的区域性雷电天气过程范围广、强度大,持续时间长;8月4日的局地性雷电天气过程发生时间集中、频度大、伴随天气剧烈。     

一次强雷暴天气与大气环境场的关系分析

雷电是电荷聚集到一定程度的放电现象,当雷暴云中电荷累积,在地面附近大气就会有相应的感应电场,因此通过大气电场脉冲波形变化,结合雷达回波资料,可以判断雷暴云的发展阶段。本文分析了2010年8月11~12日陕西省有闪电定位监测网络以来最强的一次雷电天气过程。该过程全省范围内共发生闪电23 570次,8月11日单日闪电14 470次,整个过程以负闪为主,闪电频数高,同时伴随强降水发生。分析发现,此次强雷电天气过程与大气环境场具有以下对应关系:强雷电的发生与西太平洋副热带高压强盛控制陕西大部分地区且呈东西带状分布、西风槽东移南压关系密切;另外还与潜在对流性稳定度指数、抬升指数、能量场和位势稳定度具有较好的相关性;高雷电密度区域与区域性暴雨的强降水落区有一定的对应关系,但强雷电往往先于强降水出现,雨量最大区域与雷电强度最大区域并不对应。     

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。     

“9．3”大通县雷电灾害成因分析

通过2006年9月3日大通县强对流天气的闪电定位资料和历年雷电活动规律分析，在局地强对流天气背景下，大通县有特殊的雷电放电特性和多接地点闪电发生，由于在防雷工程设计中未充分考虑大通县的地理环境和雷电活动规律，是造成大通县雷电灾害事故的根本原因。     

盛夏季节防雷击

的夏季，地面强烈增温致使空气对流加强，往往产生雷雨云。在雷雨云中，云块都常有大量的正负电荷。由于云体内部各部分带电性质不同，形成了很强的电场，一般云中电场可达每厘米几千伏到几万伏，这样强的电场足以把大气击穿，而产生强烈的放电现象——闪电。同时又会放出大量的热，致使闪电路径上空气的温度瞬息间升高1～2万℃，气压突然增到上百个大气压。空气因急剧增热而膨胀，接着又迅速冷却而收缩，空气的这种剧烈振动，便形成了雷声。闪电和雷声统称为雷电。在地球上，平均每秒约有100次雷电发生。雷电具有极大的能量，仅一次普通的…     

区域防雷的理论和应用技术研究

与一般防雷技术标准对单体建构筑物防雷的要求不同,提出了区域防雷的概念和设计方法,突出了对保护区域雷电活动路径直击雷的拦截作用,并根据闪电定位观测和研究的成果,明确了雷电第1次放电与第2次放电的时间间隔、空间距离;提出了区域防雷设计的方法步骤、风向玫瑰图的使用;规定了区域防雷的保护范围和技术要点,实现了对一个区域建构筑物的防雷保护。     

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。     

雷电临近预警系统的运行试验

介绍了中国气象科学研究院研发的雷电临近预警系统(CAMSLNWS)在北京地区开展的业务运行试验.通过运行测试以及预警结果与闪电监测结果的对比评估,表明:CAMS.LNWS能够稳定运行,定时读取多种探测资料、自动生成并循环显示雷电发生概率、雷电活动区域移动趋势和重点区域雷电危险度等级三种雷电临近预警产品;CAMS.LNWS的雷电发生概率预警产品具有较高的命中率,能够较好地对0～30min内可能发生闪电的区域进行有效预警;随着预警时间的延长,CAMS.LNWS的预警效果会有所降低.     

陕西两次特强雷电天气过程物理量场对比分析

2006年7月30日和2010年8月11日为有陕西省闪电定位监测网以来最强的两次雷电天气过程,两次过程24h全省闪电分别达18258次和19678次。通过对这两次强雷电过程的闪电特征、天气形势及物理量场分析发现：西太平洋副热带高压、西风槽是强雷电天气过程的直接影响系统,其发生与西太平洋剐热带高压的位置及西风槽东移南下关系密切;产生的强雷电以负闪为主,闪电数量大、频次高,并伴随较强暴雨;对局地性特点明显的暴雨,暴雨落区与闪电密集区对应较好,闪电集中区域也是暴雨落区,对区域性暴雨,闪电密集区一定有暴雨发生,但暴雨发生区域不一定是闪电密集区;最强正闪出现在中层相对湿度大于50％的区域内,相对湿度急剧增大时,最强正闪出现时垂直上升运动较强;而负闪出现在中层相对湿度大于80％的区域内,中层相对湿度减小梯度较大处或者相对湿度增大梯度较小时,最强负闪出现时垂直上升运动较弱;雷电密度较大区域灾害明显。     

大连地区闪电活动时空特征分析及雷击风险度综合指数预测研究

本文利用辽宁省大连市2007年1月—2011年12月连续5 a的闪电监测数据,分析了大连地区闪电频数和强度的时空分布特征,并基于雷电频次和强度构建雷电危险度综合指数预测模型。研究结果表明,大连地区闪电高发期集中在6—8月,该段时间内闪电数超过全年闪电总数的80%;6、7月雷电明显集中于午后和夜间,而从8月开始雷电发生时间向凌晨时段集中,午后明显减少,夜间闪电次数略高于白天。大连地区大部分区域的平均雷击密度值低于10次·km-2,两个极大值中心位于长海县和普兰店市;大连地区大部分区域的平均雷击强度值介于5~30 k A之间,平均雷击强度的极大值中心位于主城区、金州区、瓦房店市西部及庄河市东部,最大可达98 k A。本文依据模糊函数法综合闪电频次与雷击电流,构造雷电危险度综合指数预测模型,并以2011年4月14日雷击灾害为例,预报雷电危险度等级为4级。该模型可对大连地区的雷电危险度等级进行预测并发布预警,更加直观、方便、高效地为公众提供气象服务信息。     

青藏高原云闪起始阶段放电特征分析

2003年夏季在青藏高原那曲地区进行了雷电综合观测试验,利用宽带干涉仪系统获取的闪电资料,根据辐射源定位结果和相应的电场变化对云闪放电起始阶段进行了分析,初步分析结果表明:雷暴过境时地面电场为正值的情况下,云闪放电多发生在中部负电荷区和下部正电荷区之间,上部正电荷区一般不参与放电。虽然不同的云闪会有不同的放电发展过程,但放电起始阶段具有相似的特征。云闪放电起始于中部负电荷区,在初始几十毫秒内,辐射源垂直向下发展,云内负流光向下发展速度约为1.14~1.72×105m/s。在下部正电荷区内,闪电通道可以垂直发展,也可以水平发展。且发生在正电荷区的放电过程比较复杂,正电荷区辐射点比负电荷区要多。     

福建古雷石化基地雷电活动特征及对策分析

以福建漳州古雷国家级石化基地所在区域2004—2012年闪电定位系统的监测数据、漳浦县气象观测站1961—2012年历史雷暴日观测数据为基础,采用数理统计等分析方法,对古雷石化基地所在区域的雷电活动特征进行分析,并根据特征提出具体的防护对策。分析得出以下结论:1)年闪电次数均值约为79.78次,年雷电活动日平均值约为46.41天,每年雷电活动的频繁程度各不相同,存在一定程度的波动,而闪电定位监测到的闪电次数最大值达到了144次/年,最少仅有45次/年。2)雷电活动分布较为不均匀,主要集中在半岛中间及东北、西北角,其余区域活动相对较弱。就雷电活动的时间特征看,每年的12个月份都存在雷电活动,主要集中在6—9月的夏季,而在春、冬季节雷电的活动相对较弱,雷电活动在一天中主要集中在12—20时。3)从对历史雷电流的拟合统计分析来看,雷电流幅值大小主要集中在11.1 k A左右,根据拟合出来雷电流分布函数,计算得项目区域雷电流小于15.8 k A的累积概率为76.7%,小于10.1 k A的累积概率为37.0%,小于5.4 k A的累积概率为0.70%。     

雷达资料时间循环同化应用于闪电落区等研究初探

为研究夏季雷暴天气条件下的对流、降水、闪电的发展过程,有效使用高时空分辨率的遥感手段,如多普勒雷达、闪电定位仪等,利用中尺度数值模式ARPS及敏感的数据同化系统ADAS将VCP21模式下每6 min一次的雷达基数据资料进行时间循环同化,模拟得到相对可靠的三维空间、每10 min输出一次的对流云初步性态描述信息;进而结合目前公认的感应及非感应起电机制,通过云中电场强度与同化得到的云内相态模拟资料之间粗略微分关系,设定放电阈值,初步得到放电主要落点等信息;把本次模拟结果与江苏省闪电定位系统(LLS)实测资料做了对比,发现二者具有一定的可比性:(1)实测30 min内共有78次闪电,感应起电机制下共模拟出40次,非感应起电下有76次且首发时间较早。这也说明了非感应起电机制更易于雷暴云内电荷的衍生;(2)30 min内两种机制下模拟得到雷电发生的主要位置差别不大,和实测基本一致。     

云下部正电荷区与负地闪预击穿过程

三维雷电观测系统LMA(Lightning Mapping Array)是最近发展起来的基于GPS时钟同步的闪电VHF辐射源到达时间差(TOA)定位技术,能以很高的时间分辨率(50 ns)和空间定位精度(50-100 m)展现闪电放电发展过程的三维时空分布,揭示雷暴中电荷结构及其与放电过程的关系.文中利用三维雷电VHF辐射源观测资料分析了负地闪预击穿过程的时空分布特征,讨论了云下部正电荷区对负地闪发生的影响,其结果表明在首次回击之前存在长时间预击穿过程的负地闪中,预击穿过程是云中部负电荷区与下部正电荷区之间的一种云内放电过程,闪电起始于云中部负电荷区,然后向下发展传输,进入正电荷区后闪电通道在云下部正电荷区水平发展,其放电特征与反极性云闪放电一致,云内放电过程最后阶段的K型击穿激发了地闪的梯级先导,梯级先导穿过云下部正电荷区向下发展传输.云下部正电荷的存在是导致负地闪首次回击之前存在长时间云内预击穿过程的主要原因.     

故宫博物院雷电灾害及雷电活动特征分析

统计分析故宫自建成594年(1420—2014年)以来的雷电灾害事故资料及2005—2014年故宫及周边区域内闪电定位资料,结果显示:有记录的雷击灾害次数51起,雷电灾害都发生在5—9月,主要在6—8月,其中8月最多;雷电灾害发生在故宫南部建筑的次数多于北部,中轴线上的多于两侧,太和殿被雷击次数最多;遭雷击次数最多的部位是古建顶部的吻兽;雷击损害以直接雷击最多.故宫及周边1 km区域内的雷电主要发生在4—10月,主要分布在6—8月,其中8月最多;雷电发生的日变化明显,主要在下午和前半夜,占全天的63.95%;雷电流强度30~40 kA的闪电占总闪电数23.26%,比例最大,总体呈正态分布.雷电活动和雷电灾害在时间分布上整体较为一致.     

基于干涉仪原理的甚高频雷电单站预警

针对目前闪电单站探测与预警装置的局限性,设计了一套基于闪电宽带干涉仪原理的甚高频单站雷电预警装置.该装置通过测量雷电(包括云闪与地闪)起始时刻的辐射信号到达竖直天线阵列的相位差,计算得到该信号的仰角,根据仰角估算雷电的距离,进而根据雷电的距离和活动特征进行雷电报警.单站测距误差分析结果表明,单站系统对半径50 km范围内闪电测距误差在25％以内,半径100 km范围内的闪电测距误差在30％以内.雷电单站预警装置对一次雷暴过程进行了观测,观测结果表明,该装置能有效探测半径100 km范围内的闪电活动状况,探测到的闪电频次分布、闪电距离与多站闪电定位结果保持较好一致性,证明其能有效探测周围闪电活动状况,起到提前预警雷暴的作用.     

利用快电场变化脉冲定位进行云闪初始放电过程的研究

利用高时间精度GPS同步的雷电快天线电场变化测量仪等设备,在2004年夏季对甘肃中川地区雷暴的闪电放电特征进行了7站同步观测.在此基础上,发展了一种基于到达时间差的快天线电场变化脉冲定位方法,对8月20日一次强雷暴过程的5次云闪初始阶段产牛的快天线电场变化脉冲进行了三维定佗分析.结果表明:基于辐射源到达不同测站的时间差,能够对云闪产生的辐射源进行较好的定位,闪电的放电区域与雷暴的不同发展阶段密切相关.在雷暴发展的比较旺盛阶段,闪电的放电区域相对较高,对应的离地高度为3.3-6.4 km(此时对应的雷达回波顶高约9 km,回波强度在35 dBz以卜的回波顶高约7 km);在雷暴处于减弱和消敞阶段,闪电的放电高度降低,所分析的该阶段的其中1个云闪对应的离地高度为1.1-3.0 km(此时对应的雷达回波顶高约6 km,回波强度在35 dBz以上的回波顶高约3 km).与雷达同波的对比分析发现,云闪初始阶段的辐射脉冲源位置与强回波区具有较好的空间一致性,辐射脉冲源位置分别与25-50 dBz的回波区域相对成.这不仅在一定程度上表明了定化结果的可靠性,而且说明利用快天线电场变化测量仪组网观测对闪电进行定位跟踪有可能反映雷暴强中心的发展变化过程,同时也表明了利用快天线电场变化测量仪组网观测在强对流的监测和预臀中有一定的应用潜力.另外,定位误差的模拟试验表明,当雷电距观测网络较近时,定位误差较小,雷电距观测网络中心越远,定位误差越大.5次云闪的实际定他误差对比表明,模拟试验的定位结果在很大程度上能够有效地反映实际定位误差.这说明了该定位系统对位于探测网络上空或附近的雷电可以进行云内放电过程的较好的三维定位.