Impact of the Vertical Velocity Field on Charging Processes and Charge Separation in a Simulated Thunderstorm

A three-dimensional(3D) charging-discharging cloud resolution model was used to investigate the impact of the vertical velocity field on the charging processes and the formation of charge structure in a strong thunderstorm. The distribution and evolution of ice particle content and charges on ice particles were analyzed in different vertical velocity fields. The results show that the ice particles in the vertical velocity range from 1 to 5 m s-1obtained the most charge through charging processes during the lifetime of the thunderstorm. The magnitude of the charges could reach 1014 n C. Before the beginning of lightning activity,the charges produced in updraft region 2(updraft speed 13 m s-1) and updraft region 1(updraft speed between 5 and 13 m s-1) were relatively significant. The magnitudes of charge reached 1013 n C, which clearly impacted upon the early lightning activity. The vertical velocity conditions in the quasi-steady region(updraft speed between –1 and 1 m s-1) were the most conducive for charge separation on ice particles on different scales. Accordingly, a net charge structure always appeared in the quasi-steady and adjacent regions. Based on the results, a conceptual model of ice particle charging, charge separation, and charge structure formation in the flow field was constructed. The model helps to explain observations of the"lightning hole" phenomenon.     

建筑物高度对上行闪电触发以及传播影响的数值模拟

为了探讨建筑物高度对单个上行闪电触发以及传播的影响,设定了一个固定的背景电场,并结合自行触发的上行闪电随机放电参数化方案,进行了二维高分辨率上行闪电放电的模拟试验。结果表明:(1)上行闪电在初始阶段分支比较少;发展到离地面2 km左右后,闪电开始出现大量的分支,闪电通道开始出现明显的分叉:一部分通道继续向高电荷密度中心垂直传播,另一部分通道绕过高电荷密度中心,向外水平传播;模拟的上行闪电只能垂直传播到4 km处的负电荷中心,不能穿过0电势线向上方的正电荷区传播。(2)建筑物高度对上行闪电的触发起了关键作用,建筑物越高,越容易触发上行闪电。(3)建筑物高度对上行闪电传播具有一定的反作用,随着建筑物高度增高,模拟出的上行闪电的水平和垂直传播距离都有所减小,通道的分形维数变小,通道传播的总长度也逐渐减小。     

2011—2012年广州高建筑物雷电磁场特征统计

为研究不同高度的建筑物对雷电磁场的影响,对2011年7月—2012年8月广州高建筑物雷电观测试验中获取的雷电磁场波形数据进行统计分析,共选取击中14个高建筑物的40次雷电 (均为负极性雷电) 的磁场数据,结果表明:高建筑物对回击磁场峰值有增强作用,且建筑物越高对回击磁场峰值的增强作用越大,高度在200 m以上的建筑物上雷电首次回击磁场峰值的几何平均值是高度在200 m以下的建筑物上的2.4倍;高建筑物雷电回击的磁场波形呈多峰特征;观测到的20次击中200 m以下高建筑物的雷电中,有13次 (65%) 雷电首次回击的磁场波形出现后续峰值比初始峰值大的现象,击中200 m以上高建筑物的14次雷电中有8次 (57%) 出现该现象;40次高建筑物雷电中有22次 (55%) 为多回击雷电,135个回击间隔时间的几何平均值为69.1 ms, 多回击高建筑物雷电中有10次 (45%) 出现继后回击的磁场峰值大于首次回击磁场峰值的现象。     

基于雷电临近预警技术的主动防雷应用

为了使雷电临近预警技术在雷电灾害防御业务中更好地发挥作用,针对电子系统的雷电灾害特点,在传统被动防雷技术基础上,提出基于雷电临近预警的主动防雷技术,应用雷电临近预警和远程控制等技术,开发以B/S结构为架构的雷电临近预警应用系统。对2013年8月—2014年8月福建省泉州市4个无线电监测站的主动防雷应用效果进行两种方法的预警效果检验。检验结果表明:主动防雷技术是对被动防雷技术的一个较好的完善和补充。采用闪电数量对比分析,4个监测站的有效预警率为69%,采用预报评分方法对比分析,4个监测站的平均准确率为53%,对雷电活动发生较为集中的区域预警效果较好,对雷电活动发生较为零散的区域预警效果有所降低。     

LD-Ⅱ和ADTD型闪电定位资料的对比分析

为了更全面地了解LD-Ⅱ和ADTD型闪电定位资料的准确性,利用安徽省2010年3—9月两套闪电定位系统监测到的资料,对比分析安徽省雷电活动规律,结果表明:两套资料在地闪总数、地闪时间变化、地闪空间分布、雷电流极性和强度等方面都存在较大的差异,LD-Ⅱ型闪电定位系统积累的资料时间较长,但ADTD型闪电定位系统在地闪空间分布、雷电流极性和强度的探测方面准确度更高.与雷灾资料对比发现,ADTD型闪电定位仪监测到的闪电记录距离受灾点较近、误差较小.     

多角辐散地极技术在高电阻率地区的应用

在高电阻率地区,建造符合要求且经济实用的地网一直是防雷工程施工的难点。因为组成地网的接地极的形状关系到材料利用效率和施工难易程度。提出了"多角辐散地极"的概念,设计制作了多角辐散地极,并选择了3个不同的地域环境,对这一设计技术进行了试验。通过与普通地网的比较,证明了在高阻率地区多角辐散地极组成的地网优于普通地网。通过对不同安装距离,不同降阻剂投放量的比较,确定了多角辐散地极的最佳安装方法,并根据试验测量的数据计算出并联系数,得出工程量的估算方法。     

邵阳地区闪电活动特征及其与降水的关系

利用闪电定位资料和常规观测站24 h的降水资料,对邵阳地区2008-2010年的闪电特征进行分析,并进一步探讨了邵阳地区闪电与降水的关系。结果表明：邵阳地区闪电多以负地闪为主,地闪频次的最大值中心位于东北部,呈东北-西南减少的趋势;地闪频次存在明显的日变化特征,闪电集中发生在13-19时;有闪电时,降水量不超过1 mm和10 mm的降水个例分别为29.63 %,76.30%;无闪电时,其值分别为69.44 %,96.30 %;超过20 mm的降水大多伴随有闪电,无闪电时发生概率极小;地闪频次与闪电对流降水的拟合系数优于其与所有降水的拟合系数,且随着统计尺度的增大,地闪与闪电对流降水的相关性变强。     

夏季雷州半岛强降水雨滴谱个例分析及降水与闪电相关性统计分析

利用2007年8月在雷州半岛观测雷暴获得的雨滴谱和地闪资料,重点分析了8月6日遂溪、湛江一次雷暴云降水个例的雨滴谱特征,对闪电特征与降水的相关性进行了统计分析。结果表明,遂溪站的雨滴谱谱型多为双峰或多峰型,而湛江站的雨滴谱谱型多呈单峰型分布;平均雨滴谱符合Gamma分布;雨强I10mm/h时发生地闪的频率较高,且发生地闪频率随着距测站的距离减少而增加;随着雨强的增大发生正地闪的概率明显增加;降水过程中的闪电频率和距离校准后闪电电流强度的相关性表明,地闪发生的距离越近,频率越高对应雨滴谱谱宽越宽和降水强度越大。     

浙江省雷电灾害易损性分析及风险区划

根据 2007-2011 年浙江省雷电灾害事故调查资料、浙江省地闪监测资料,选取地闪密度、灾害频数、经济（GDP）损失模数、生命易损模数、雷灾经济损失、人员伤亡等作为浙江省各市雷电灾害易损性评估指标,对浙江省各市进行雷电灾害易损性综合评估,并结合 GIS 方法对浙江省进行了雷电灾害易损性风险区划,为有针对性做好防御雷电灾害规划提供科学依据.     

雷电定位系统与人工观测雷暴日数统计比较

为了利用雷电定位系统 (lightning location system,LLS) 资料统计人工观测雷暴日数,采用湖北省2007—2012年LLS监测资料,选取25个气象站为圆心,统计其不同监测半径 (r) 圆区域内LLS监测的雷电日数,并与人工观测雷暴日数进行比较。结果表明:r≤7 km时,LLS监测平均年雷电日数小于人工观测平均年雷暴日数;r≥8 km时, LLS监测平均年雷电日数大于人工观测平均年雷暴日数;r=22 km圆区域内年平均雷电日数可替代最大年雷暴日数。根据r=7 km,r=8 km圆区域内LLS监测的年雷电日数、年平均地闪密度资料,分别采用直接替代法、地闪密度法和该文提出的二元法计算年雷暴日数,结果显示:二元法效果最好。二元法计算的2007—2012年25个站平均年雷暴日数与人工观测相等,平均差异为7.4%;二元法计算的2013年年雷暴日数与人工观测相差0.8 d,平均差异为12.3%。