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.     

地磁场长期变化特征及机理分析

将地磁场的总变化分为三部分：偶极场自身变化，非偶极场自身变化及非偶极场磁斑区通过对核幔边界（CMB）层环形电流的调制来影响偶极场的变化. 本文利用国际地磁参考场模型IGRF）1900～2000计算分析了地球不同深度地磁场分布及长期变化特征，且讨论了变化的可能机制. 可以推论，地磁场西漂和倒转不仅是非偶极场引起，同时与偶极场有密切关系.     

闪电产生氮氧化物(LNOX)区域特征计算(Ⅱ): LNOX计算结果分析

利用东北、北京和广东三地的闪电定位资料，计算分析了6种不同类型雷暴中闪电产生的氮氧化物总体、季节、空间分布和雷暴的不同发展阶段等特征。结果表明：虽然中高纬地区雷暴频数较低，年总产氮(N)量低于低纬地区，但单个雷暴平均产N量并不比低纬低。三地雷暴产N量的月份分布不相同，东北和北京地区的峰值月份出现在季节交换期的6月和9月，广东地区出现在对流相对旺盛的7月。低纬区的系统雷暴产N量主要发生在成熟阶段，而发展和消散阶段产N量很低，中高纬尽管成熟阶段产N量最高，但发展和消散阶段也有一定的比例。中高纬的局地雷暴产N量主要发生在发展和消散阶段，成熟阶段很低，而广东地区，三个阶段相差不大。进一步讨论了几种雷暴闪电参数与雷暴产生N量的相关性，得到系统雷暴正负闪电总数和雷暴产生N量的回归预报方程并讨论了误差。最后与文献[1]的方法和Price的方法进行了比较。     

青藏高原强对流雷暴云分布特征

利用青藏高原1950—2000年50年5～9月的雷暴天气资料,特别是近20年在青藏高原多次实验观测的地面和高空天气资料及部分雷达回波资料,揭示了青藏铁路沿线强对流雷暴天气分布的变化特征及高原强雷暴云日变化和强雷暴云生命史特点。结果表明,夏季青藏铁路沿线强雷暴天气由北向南增加,多雷暴中心在高原中部的那曲、安多和索县一带,呈东西向,与青藏高原山脉走向一致。雷暴发生次数年均达到90次,5～9月占全年的97%。青藏高原强对流雷暴云中有87%产生霰和强阵性降雨,其中有63%为雨夹雹。高原强雷暴云从5月月均达到10次后逐月增加,6月猛增到20次左右,7月最多月均达到25次以上,8月较多达到20次以上,9月减少到20次。高原雷暴云发生时段主要在15～22时(北京时,下同),由北向南推迟,那曲主要在17～19时,拉萨在21～23时,06～11时基本上没有雷暴。那曲出现强雷暴的峰值时段要比拉萨早6h,出现雷暴相对比例高一倍。高原强雷暴云生命史的持续时间≤1h的达到70%以上,持续时间1～2h的达到20%,而持续时间>2h的不到数总数的10%。那曲强雷暴云持续时间明显比拉萨长,且相对比率高。50年间3个时段雷暴发生次数说明,最近10年青藏铁路沿线出现强对流雷暴频数略有减少。     

雷暴云下空间电荷层形成的数值研究

利用一个引入了地面尖端电晕放电物理过程的二维轴对称积云起电模式，讨论了雷暴云下空间电荷层的空间分布和随时间的演化规律。在模式计算上采用了"时步分离法"，即在小时步上计算电导及各种反极性离子的复合作用，在大时步上计算平流、对流和湍流扩散项，对于不同的时间步长垂直方向采用不同的格距。通过模拟分析，得到了一些较为合理的结果。最后简单地讨论了本工作在以后需改进的地方。     

空中人工引发雷电的正负先导特征研究

通过对 1998年 8月 2 2日空中引发雷电先导过程的光、电观测资料的综合分析发现 ,在空中引发雷电的先导系统中存在三个先导过程。①向下发展的负先导在起始阶段呈小阶梯特征 ,阶梯之间的时间间隔约为 2 0 μs ,阶梯的上升时间小于 1μs,随着负先导的下行发展 ,梯级增长。②金属导线上端向上发展的正先导在负先导接地之后 ,表现出明显的阶梯特性 ,阶梯之间的时间间隔平均为 15 μs。③从地面向上发展的连接正先导由多个振荡脉冲组成 ,脉冲之间的时间间隔约为 13μs,连接先导的发展也是梯级的。电场快变化中的高频分量随着距离的增加衰减很快。最强的发光是由向下的负先导接地时形成的小回击产生的 ,强光只集中在空气离化而形成的放电通道部分 ,光强则随着高度的增加很快衰减 ,其传播速度约为 2 .1× 10 8m·s-1。在小回击发生之前 ,向下发展的负先导在接地之前有较强的发光 ,而金属导线上端向上发展的正先导没有明显的发光。在小回击发生之后 ,金属导线上端向上正先导的发光强度被增强 ,其向上的传播速度约为 2 .4× 10 6m·s-1。金属导线部分在小回击发生之后约 2 2 0μs逐渐开始熔化发出强光 ,并向上发展而与前面向上发展的正先导的发光相并合 ,其传播速度约为 1× 10 6m·s-1     

闪电多参量同步高速即时记录系统

阐述了如何实时快速捕获闪电放电时亚微秒变化的快慢电场波形数据及等间隔点分段压缩显示电场波形曲线,并同时连续记录显示大气平均电场数据。在Win2000平台上用VC 编程实现了多任务、多通道大容量(8MB)快速处理显示记录的自动化。记录速度比以往的记录设备提高了20倍,测量精度显著提高,记录闪电辐射的脉冲绝对时间精度达到0．1μs,野外同步观测获得了大批资料,证实了系统的可靠性,为长时间多站同步观测积累高精度闪电资料提供了新的记录手段。     

闪电放电通道的三维结构特征

通过对闪电VHF辐射源高时空分辨率的三维观测资料的分析发现,无论云闪还是地闪其时间和空间分布特征可表明雷暴中的基本电荷结构。云内闪电放电不仅发生在上部正电荷区与中部主负电荷区之间,也同样会在中部主负电荷区与下部正电荷区之间发生,除极性相反之外,其它特征是一致的。云闪过程在最初的10一20ms内垂直向上(正常极性)或向下(反极性)发展,之后转为水平方向的传输。在正电荷区辐射点较多,闪电通道清晰;在负电荷区辐射点较少,且从闪电的起始位置以一种倒退的方式水平延伸闪电通道。云闪中的K型击穿不仅发生在闪电的后期,而且还发生在活跃期,并不时发展到正电荷区而触发新的闪电分叉。负地闪首次回击之前的梯级先导过程辐射较强,继后回击前的直窜先导的辐射较弱。回击之间闪电在云内水平发展,通道以细小的分叉为主要特征,其间不时有没有到地的企图先导过程发生。正地闪的先导过程基本没有可探测到的辐射点,在回击之前有一段云内过程,回击之后有更长的云内过程发展,其闪电通道不像负地闪那样精细,在回击之后的最初阶段辐射点较少,而在通道的顶端辐射点反而较多。正负地闪的发生发展特征有很大的不同,表明正、负极性的电荷击穿及传输过程的机制存在明显差异。     

用宽带干涉仪观测云内闪电通道双向传输的特征

利用闪电宽带干涉仪系统对闪电的观测表明，地闪和云闪的云内闪电通道都存在双向发展的特征. 闪电在云中负电荷区域初始激发以后，在通道两端发生向不同方向同时发展的击穿过程. 这两种击穿过程均产生较强的辐射，且辐射频谱特征十分相似，表明云内闪电通道两端发生的击穿过程可能均为负击穿过程. 相应电场变化表明闪电通道双向发展期间伴随着负电荷的向上转移. 这一观测事实与Kasemir早期提出的闪电通道双向发展的概念有一定的差异.