基于高时间分辨率快电场变化资料的北京地区地闪回击统计特征

利用2014年北京闪电网观测到的4站及以上同步高时间分辨率闪电快电场变化资料,对北京地区5次雷暴过程中304次正地闪和1467次负地闪的回击特征进行了统计分析,主要包括:回击次数、10%~90%上升时间、下降时间、半峰值宽度、回击间隔、回击峰值电场强度、回击间隔和回击序数的关系等。结果表明,正、负地闪中单回击地闪所占比例分别为91.1%和24.2%,单次负地闪的平均回击次数为3.8次,观测到的最大回击数可达20次。304次正地闪首次回击的10%~90%上升时间、下降时间和半峰值宽度的算术平均值分别为4.2μs、14.5μs和6.2μs;29次正地闪继后回击对应值分别为3.6μs、12.6μs和5.7μs;1467次负首次回击的对应值分别为2.4μs、23.9μs和5.3μs;4109次负继后回击的对应值分别为1.7μs、19.5μs和3.4μs。正、负地闪回击间隔的几何平均值分别为106 ms和59 ms。负地闪回击间隔呈对数正态分布,平均回击间隔随着回击序数的增加有逐渐减小的趋势。最后,还对70次正回击、421次负首次回击和789次负继后回击峰值电场进行了统计,将其归一化到100 km的平均值分别为11.2 V/m、7.2 V/m和5.0 V/m。平均来看,负地闪首次回击峰值电场比继后回击峰值电场大1.4倍,但是有23.5%的继后回击峰值电场大于其对应的首次回击。     

高原地区云对地闪电首次回击的光谱研究

用无狭缝光栅摄谱仪,获得了青海西宁地区云对地闪电首次回击过程400～700nm波 长范围的光谱,并首次在闪电的单次回击光谱中记录到了波长为604.6nm和619.4nm的谱线. 将原子结构的理论应用于闪电光谱的研究,用多组态Dirac Fock方法,计算了有关光谱线 的 波长、振子强度以及相应的激发态能量等参数,理论与试验观测资料进行比较分析后发现, 高原地区闪电首次回击光谱的结构及跃迁特性与其他地区有明显的区别,除NII离子n=3 的低 激发态产生的跃迁谱线外,激发能量为13～14eV左右的中性NI和OI的跃迁增多,但很难观测 到OII离子的跃迁谱线.     

云闪放电通道的光谱及温度特性

利用无狭缝光栅摄谱仪在西藏地区进行了自然闪电的光谱观测试验,首次拍得了7幅分辨比较清晰的云闪通道的光谱,并与地闪光谱相对比,对云闪光谱的结构特征进行了分析．结果表明,这些云闪光谱显示出两种不同的结构特征：一类与地闪光谱具有相似的谱线结构,而另一类与以往得到的地闪光谱完全不同．同时,与同一地区的地闪光谱相比,在这些云闪光谱中记录到的激发能较高的OII离子谱线比较多．依据谱线波长和相对强度等信息,计算了放电通道的温度,并对通道不同位置处的温度分布进行了分析．从光谱结构和通道温度的特征推断：与地闪相比,在一次闪击过程中,云闪通道内发生的物理过程变化速度更快、变化范围更大;两类光谱对应的云闪通道放电特性有一定的差异．     

卫星观测到的我国闪电活动的时空分布特征

利用卫星上携带的闪电探测仪所获取的8年闪电资料,对我国闪电活动的空间分布、季节变化和日变化等特征进行了分析。结果表明：按照闪电活动的频繁程度在空间上可以将我国大致分为与太平洋海岸平行的4条闪电活动带：即近海区域、中部区域、西部区域和西部边境区域。其中,东南近海区域是我国闪电活动最频繁的地区,并向西北地区逐渐减弱,而西部地区则是我国闪电活动最弱的地区。我国的闪电活动呈现出明显的季节变化和日变化,平均而言,闪电活动主要集中在夏季(约占全年总闪电活动的68％),并以8月份最为活跃,春季次之(约占全年总闪电活动的24％),然后是秋季,冬季最弱,并在11月份出现闪电活动的最小值。在各个季节,随着纬度的减小闪电活动呈现出明显增大的趋势。闪电活动的日变化表明,我国的闪电活动绝大多数发生在午后至傍晚时分,这也与对流活动相对应,而少数地区发生在夜间。     

西北太平洋地区强台风的闪电活动特征

利用全球闪电定位网(WWLLN)获取的闪电定位资料和中央气象台提供的台风定位资料, 分析了西北太平洋地区2005~2008年登陆我国的1个强台风和6个超强台风的闪电空间分布及其随时间的演变特征. 分析结果表明：西北太平洋地区强台风成熟时平均闪电密度呈现出明显的三圈结构：眼壁上存在一个明显的闪电弱密集带(20~80 km), 而距离台风中心80~200 km范围内闪电密度接近于零, >200 km的外雨带中闪电又逐渐增加. 外雨带中的闪电远远多于台风中心或者眼壁上发生的闪电, 台风中心发生的闪电所占比例小于总数的1%. 若把距台风中心100 km范围内的闪电定义为台风眼壁闪电, 则在台风中心最大风速急剧增大的阶段, 眼壁上的闪电爆发, 而在眼壁闪电爆发的几个小时后中心风速达到最大值, 有个别台风在台风最强期间的前半段眼壁闪电爆发, 这对台风强度的预报有一定的指示意义. 在台风减弱阶段, 中心闪电发生很少.     

青藏高原东北部地区夏季雷电特征的观测研究

介绍了2002年夏季在海拔2650m的青海东部地区所进行的雷电综合观测实验及初步研究结果。实验中采用了GPS同步的6个站闪电快、慢电场变化和平均电场的同步观测,配合1ms的高速摄像对该地的雷暴电荷结构、闪电放电特征等进行了研究。初步研究结果表明,青海东部的雷暴云当顶时,地面电场既可受云内的负电荷所控制,也可能受正电荷所控制,揭示了雷暴电荷结构的复杂性。同时,闪电特征也存在一定的特殊性,所发生的地闪先导常以多分叉的形式慢速向地面行进,并在地面形成两个或两个以上的接地点;梯级先导的发展速度约为0.8～1.18×105m·s-1。同时在地闪发生之前和之后常有持续时间较长、闪道清晰的云内放电过程发生。高速摄像观测首次发现,在一次云内正电荷控制地面电场的雷暴条件下,云内放电过程呈现出双层结构特征。放电首先从上部负电荷区和下部正电荷之间的地方激发,然后上、下同时发展。在开始阶段只能看到向下的负流光通道,当上、下发展的通道分别到达负、正电荷区时,明亮的的主通道形成。之后放电在下部正电荷区以多分叉的形式水平扩展,下部的水平扩展停止后,主通道上部的放电开始水平扩展,是一种反极性的云内放电过程。     

卫星观测到的青藏高原雷电活动特征

利用TRMM卫星上携带的闪电探测系统获取的闪电定位资料首次对青藏高原上的闪电活动进行了研究。研究发现,青藏高原上的闪电活动呈现出大陆性气候特征,但是受其特殊地形的热力和动力特征所调制,高于93％的闪电活动发生于5—9月之间,并在夏季出现单一闪电活动峰值。随着地表加热和湿度的增加,闪电活动在5月份开始明显增加。较高的闪电密度发生在高原的中部,揭示了闪电活动与地形特征的相关性。63％的闪电活动发生于14：00—18：00(地方时,下同)之间,而只有＜3％的闪电发生于00：00—l0：00之间。闪电光辐射能的时平均值也呈现出明显的日变化,随着太阳的升起,闪电光辐射能在08：00开始增加,并在l0：00达到稳定的极大值,直到02：00开始明显减小。闪电的光辐射能在高原北部呈现最大值,高原西部呈现最小值。青藏高原上的闪电放电强度比其它地区弱得多,其差别归因于高原上较低的对流不稳定能量。     

闪电同步记录触发装置

通过捕获闪电放电的瞬态模拟信号,经预置触发电平窗口控制,形成一个宽度为100μs,上升沿为10ns的固定幅度的脉冲指挥信号,同时触发各观测闪电的记录设备及GPS同步的高精度时钟,开始记录点定标在闪电发生时域的信号波形上,记录的绝对精度时间由高精度时钟标记,实现了同一闪电不同参量记录尺度开始记录点的一致性,为对比分析闪电不同参量精细结构及多站计算闪电到达时差提供了精确的基准点。     

雷暴过程中闪电产生NOx的地面观测研究

利用NOx分析仪和大气平均电场仪在青海省大通县对雷暴天气过程中自然闪电产生的NOx进行了地面观测。分析结果表明:在晴天稳定大气条件下,全天NOx的平均体积混合比相对比较平稳,观测值虽然比理想中的干净背景大气条件下的地面值要大一些,但比污染大气中的值小许多;在雷暴天气中,闪电次数与NOx的平均体积混合比峰值个数相同,且峰值由闪电产生。闪电产生的NOx的平均体积混合比峰值在出现时间上比闪电有一定的滞后。雷暴过程中各次闪电产生NOx的传输时间序列变化,可用二次多项式进行拟合,且相关系数较高,传输时间和传输距离之间不存在严格的线性关系。高、低能量闪电的能量域值为12～13×106J,高、低能量的闪电是间隔发生的,且随着时间的推移间隔增大。     

闪电产生NOX机制及中国内陆闪电产生NOX量的估算

对闪电产生NOX的物理机制及化学过程进行了分析,并根据闪电物理及不同经纬度上观测到的闪电资料,对中国内陆地区闪电产生的NOX进行了估算.结果表明各纬度上每100km2内闪电产生NOX估算的年平均值(WLNOX)从南到北随纬度的增高而降低,在广东、陇东、北京和东北地区的最高值分别为6.41×106gN/100km2/yr、4.26×106gN/100km2/yr、3.65×106gN/100km2/yr和3.52×106gN/100km2/yr.闪电产生的NOX主要分布于35°N以南的地区,从陇东地区向南到广东地区的闪电产生的NOX占整个中国内陆的2/3以上.整个中国内陆地区闪电产生NOX的年平均估算值为 3.84×1011gN/yr.就广东地区而言,强雷暴的活动月闪电产生的NOX比弱雷暴活动月的大一个量级.在雷暴天气过程中闪电产生NOX浓度的峰值都无一例外地出现在雷暴云发展的成熟期,其直接原因主要是雷暴云成熟期的高闪电频数.