雷暴云不同空间电荷结构数值模拟研究

利用一个三维时变双参数动力电耦合模式对决定雷暴云空间电荷结构的三个初始场：反转温度、中心最大扰动位温和扰动区域进行模拟对比研究。结果表明,选取不同的参数值,雷暴云电结构有很大差异,从而解释了在不同地区、季节、强度的雷暴云中所观测到得不同的空间电荷结构的原因。     

全球闪电活动与气候变化

全球闪电活动与气候变化关系的研究正受到越来越多的重视,该文从卫星上观测到的全球闪电活动、闪电活动和全球电路对温度的响应,闪电和对流层上部水汽的联系,闪电和N0,等几方面进行了阐述,指出了闪电活动在气候变化研究中的重要性。同时,文中还对影响闪电活动和起电过程的热力动力作用以及气溶胶的作用等进行了分析。     

青藏高原一次地闪放电过程的分析

利用成像率为1000 幅/s的高速摄像系统和快、慢电场变化仪以及宽带干涉仪系统等探测仪器在青藏高原那曲地区所观测的地闪资料，对一次地闪回击及其之前的持续时间较长的云内放电过程进行了分析.结果表明：地闪先导前的云内放电过程发生于雷暴云下部正电荷区和中部负电荷区之间；云中部负电荷区距离地面的高度为28～45 km；闪电的起始放电发生区域距离地面的高度为10～17 km；初始流光在云外发展时具有很大的水平分量和较多的分支；梯级先导的速度为1×105 m/s，在向地面发展时出现较大的弯曲；首次回击放电过程与低海拔地区没有差异，通道中的峰值电流有241 kA；继后回击相对较弱.     

一次中尺度对流系统的闪电演变特征

利用地面雷电探测网资料、多普勒雷达和卫星资料对一次典型的MCS过程的地闪变化特征进行了分析,结果表明,在系统发展的最初阶段全为负地闪;在MCS的成熟阶段地闪频数一直较高,在10次/min以上,负地闪占绝对优势;在消散阶段,地闪频数急剧下降,同时正地闪所占比例越来越大,甚至超过负地闪。地闪基本出现在<-50℃的云区和前部大的温度梯度区内,集中发生于<-60℃的云区。负地闪主要发生在强对流区(>40 dBz),其持续时间和强对流的维持时间几乎相当,说明负地闪可以很好地指示或有助于识别强对流区;密集的正地闪也与强回波区相对应,而稀疏的正地闪则多发生在系统后部的稳定性降水或云砧部位。同时,在MCS成熟阶段出现高正地闪频数的瞬间突增有可能对应着地面强天气的发生,在强对流天气的临近预报中应予以关注。     

雷暴下地面自然尖端电晕放电离子时空演化的数值模拟

为了对雷暴云下近地面的电特性进行分析，本文建立了模拟自然尖端所产生的电晕离子演化的一维数值模式。以地面电场为基础，考虑到地面电晕离子的演化，成功地计算了从地面至８００ｍ的空中电场及电荷、电流的时空演变，发现地面电晕离子可解释除雷暴云电荷影响外的空中电场和地面电场的差异，空间电场比地面电场更能反应雷暴电荷所产生的电场。空间电荷层可延伸到８００ｍ的高度上，且电荷密度可高达０．２５ｎＣ／ｍ^３，６００ｍ高度上的传导电流密度可达０．１ｎＡ／ｍ^２。     

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。     

云闪和地闪的波形采集、数据处理及其初步应用

利用美国进口的闪电定位仪（Lightning direction Finder) 和日本TCCJ－2000型瞬态波形存储器连接，在500Hz-500kHz的频段内，用0.1μs的采样速率和204.8μs的记录长度，对闪电的电磁辐射信号进行采样，数据经过安装在微机上的一块PET－DIO接口卡被微机处理并存储。本文还对一些资料作了初步分析。     

空中人工引雷先导特征的统计分析

根据1998年8月22日在广州从化5次空中引发雷电远近两个观测点得到的地面电场变化资料，对主放电之前的先导传输特征进行了统计分析。结果表明：双向先导系统稳定传输阶段。近区电场为较慢的正极性电场变化土叠加负极性振荡脉冲，远区的辐射场开始为双极性脉冲，逐渐过渡到单极性脉冲，而且双极性脉冲的初始极性与单极性脉冲极性以及小回击极性相同都为正，双极性脉冲幅度逐渐减小，且初始半周期较光滑，未观测到更高频小脉冲的叠加现象。双极性脉冲整个宽度为3.8μs，方差为0.33μs；峰与峰间隔为15μs，方差为2.4μs。单极性脉冲具有上升快而大的初始峰值，慢而小的负反冲特性，且初始上升部分较光滑，未观测到高频小脉冲，其上升时间为0.23μs，方差为0.05μs；半峰值宽度为0.37μs。方差为0.1μs；脉冲间隔为12μs。方差为3.4μs。单极性脉冲峰值逐渐增大，就5次触发闪电而言，最大先导脉冲幅度与小回击之比为0.24，范围在0.2-0.3之间，小回击后，远区的单极性脉冲幅度，小，上升慢而下降快，无明显负反冲，平均间隔为20.1μs。方差为6.1μs。通过比较发现，人工触发闪电先导特征与自然闪电先导特征有很好的一致性。     

两次强雷暴系统中雷电的人工引发及其特征放电参量的测量与估算

中纬度地区的雷电灾害常由过境的强雷暴系统引起, 但是自然雷电放电电流的直接测量十分困难. 2005年夏季在两次强雷暴系统过境期间, 利用火箭拖带金属导线的人工引发雷电技术, 成功引发雷电5次, 并在放电通道底部测量到了完整的1 μs时间分辨率的雷电电流波形以及距雷电通道水平距离为60和550 m处的同步地面电场变化资料. 研究表明, 5次人工引发雷电都包含有1~10次不等的大电流回击放电过程, 电流峰值平均为11.9 kA, 变化范围为6.6~21.0 kA, 与自然雷电继后回击电流峰值基本一致. 回击电流波形的半峰值宽度为39 μs, 较通常结果要大. 回击电流峰值I_P(单位: kA)和中和的电荷量Q(单位: C)之间满足关系式: I_P=18.5 Q^0.65. 在60和550 m处, 回击引起的微秒量级辐射场变化分别为5.9和0.39 kV/m, 随水平距离r(m)的增加回击辐射场以r^&#8722;1.119的规律衰减. 根据传输线电流模式, 估算的回击速度为1.4×10⁸ m/s, 变化范围为(1.1~1.6)×10⁸ m/s. 由于人工引发雷电放电过程与自然雷电的相似性, 所得到的结果可应用于自然雷电灾害的防护设计中.