基于闪电先导随机模式对不同连接形态的模拟

考虑到下行负极性地闪过程中大多上行正先导发展时不分叉的观测事实,基于已有的闪电先导二维随机模式,改变上行正先导的模拟方案,使其发展时不产生分叉,并对雷击高建筑物过程中下行先导与上行连接先导 (upward connecting leader,UCL) 之间头部-头部连接和头部-侧面连接 (侧击) 的两种形态进行模拟。以高度为440 m的建筑物为例,通过改变下行先导始发点 (高度为1000 m) 与高建筑物的水平距离,模拟高建筑物上雷击过程中先导之间的连接过程,结果表明:当下行先导始发点与高建筑物的水平距离从0增加到700 m时,UCL的长度呈持续增大趋势,UCL受侧击的概率总体上呈先增大后减小的趋势 (在距离为500 m时达到最大值58%),侧击时UCL连接点以上的部分占整个UCL长度的比例总体呈持续增大趋势 (13%~49%)。     

广东野外雷电综合观测试验十年进展

雷电野外科学试验是认识雷电发生、发展物理过程及其致灾机理的重要途径,也是开展真实雷电电磁环境下雷电防护技术测试的重要方式。自2006年开始,中国气象科学研究院和广东省气象局在广州野外雷电试验基地,持续合作开展了雷电野外综合观测试验,在人工触发闪电和自然闪电物理过程及其雷电防护技术测试试验等方面取得了若干研究结果。十年期间共成功触发闪电94次,回击电流峰值最大值为42 kA,平均值为16 kA;分析给出了自然闪电预击穿过程电场变化脉冲特征类型和差异;观测发现高建筑物上行连接先导可达几百米甚至超过1 km,其发展速度可达106 m/s量级,下行先导与上行连接先导的连接呈多样性;雷电防护技术测试试验表明人工触发闪电近距离电磁场耦合在架空线路上的感应电压达到千伏量级,多回击、长连续电流和地电位抬升是造成浪涌保护器(SPD)损害的主要因素;闪电定位系统探测性能的评估结果显示粤港澳闪电定位系统的闪电和回击的探测效率分别为96%和89%,定位误差算术平均值为532 m,回击电流强度的估算值约为真实值的0.63倍。     

地闪与对流性天气系统中降水关系的分析

利用１９９７年夏季在中国科学院兰州高原大气物理所平凉雷电与暴雹实验站设置的３站闪电定位系统所取得的地闪资料与雷达、降水及探空等资料进行了对比分析,发现地闪与对流性天气中的降水有较好的相关性,这种相关性用来对一般性对流天气中降水进行估测是可行的。通过非线性回归近似拟合得到平均雨强与对应时段内的地闪数回归方程为Ｒ＝１．６９２ｌｎＦ－０．２７３,相关系数ｒ为０．８６４１。同时地闪频数与层结最大不稳定能量一样能够指示对流性天气的发生和发展。     

不同地区雷暴电荷结构的模式计算

利用二维时变轴对称模式和实际探空资料 ,模式计算了南昌、兰州和昌都 3个地区雷暴云的电荷结构 ,并对形成机制进行了讨论。结果表明 :兰州地区雷暴的上升气流速度最大 ,雷暴发展最快 ;南昌地区雷暴次之 ;昌都地区雷暴最弱。南昌地区雷暴的持续时间最长。在雷暴的初始阶段 3个地区都存在雷暴下部次正电荷区 ,在雷暴的成熟阶段兰州地区在感应和非感应起电机制的共同作用下雷暴呈明显的 3极性电荷结构 ,南昌地区的雷暴主要在感应起电机制作用下形成偶极性电荷结构 ,而昌都地区的雷暴在非感应起电机制作用下形成偶极性电荷结构。 3个地区的雷暴负电荷区中心基本处于 - 1 0～ - 2 0℃的同一温度区内。中国北方地区的温度层结有利于形成 3极性电荷结构 ,且通过非感应起电机制来完成。     

MCS中地闪活动特征与雷达资料相关个例分析

通过跟踪一次中尺度带状对流系统(MCS)初生、发展、减弱的演变全过程,对地闪资料和多普勒雷达资料进行"粗化"格点处理,定性和定量地分析了地闪活动特征与组合反射率(CR)、垂直累积液态含水量(VIL)和回波顶高(ET)等雷达资料之间的相互关系。结果表明在MCS强雷暴演变过程中:①总地闪数的96.7%集中落在CR为45~55 dBz的回波区域内,在CR大于60 dBz的强回波区域内地闪总数却很少;地闪密集中心的位置与CR大于等于50 dBz的强度中心常常重合;②地闪密集中心与VIL中心常常不重合,常落在VIL高值中心的边缘或落在VIL为20~30 kg.m-2的区域中;在VIL小于20 kg.m-2的地方存在较为活跃的地闪。在VIL大于40 kg.m-2等值线范围内出现的地闪总数较少,在VIL大于50 kg.m-2的强中心几乎没有地闪出现;③单位时间间隔6 min内的地闪总数随回波顶高的变化并不明显,但与回波顶高于11 km的面积范围有着很好的正相关,表明组成MCS的云塔达到较高高度的水平面积对地闪活动的激烈程度有关。     

中国雷电活动特征分析

雷电活动资料在国民经济和国防建设中涉及防雷减灾问题上有重要的应用价值,本文对中国672个地面站点1961～2006年的雷暴日资料进行处理分析,同时利用星载闪电探测器(OTD/LISOptical Tran Sient Detector/Lightning Imaging Sensor)的闪电观测资料集(1995～2005年),对中国雷电活动的时空特征进行了再分析,得到以下结果①中国雷暴活动的时空分布;②闪电密度和雷暴日在中国的空间分布存在差异性;③中国和中国不同地区闪电活动的年变化和日变化特征;④中国不同地区包括各省、直辖市、自治区闪电密度的各种特征.     

时间差闪电监测网的误差分析和布局优化

在时间差闪电定位算法的基础上, 采用蒙特卡罗模拟方法, 实现了对闪电定位误差的定量评估。详细分析了闪电定位系统中测站数目、布站方式和站址基线长度3个因素对定位结果的影响。研究表明:定位误差与测站数目、布站方式和基线长度有密切关系。当测站数目一定时, 矩形加中心站的布站方式定位结果较好; 当布站方式一定时, 测站数目越多定位误差越小; 在仪器允许的探测范围内, 基线越长, 覆盖区域越大, 定位误差越小。闪电定位误差的定量分析研究, 为闪电监测网的站址选择、子站布设等实际工作提供了重要参考依据。     

CHARACTERISTICS ANALYSIS OF THE INDUCED OVERCURRENT GENERATED BY CLOSE TRIGGERED LIGHTNING ON THE OVERHEAD TRANSMISSION POWER

Techniques of artificially-triggered lightning have provided a significantly useful means to directly measure various physical parameters of lightning discharge and to conduct research on protection methods of lightning electromagnetic pulses. In this study, using capacitive and resistive dividers, current probes and optical fiber transmission devices, we measured and analyzed the induced overvoltage on the overhead transmission line and the overcurrent through Surge Protective Devices (SPD) when a lightning discharge was artificially triggered nearby on August 12, 2008 at Conghua Field Lightning Experiment Site. The triggered lightning discharge contained an initial current stage and eight return strokes whose peak currents ranged from 6.6kA to 26.4kA. We found that overcurrents through SPD were induced on the power line both during the initial continuous current stage and the return stroke processes. During the return strokes, the residual voltage and the current through the SPD lasted up to the ms (millisecond) range, and the overcurrents exhibited a mean waveform up to 22/69μs with a peak value of less than 2kA. Based on the observed data, simple calculations show that the corresponding single discharge energy was much greater than the values of the high voltage pulse generators commonly used in the experiments regulated for SPD. The SPD discharge current peak was not synchronous to that of the residual voltage with the former obviously lagging behind the latter. The SPD discharge current peak was well correlated with the triggered lightning current peak and the wave-front current gradient. The long duration of the SPD current is one of the major reasons why the SPD was damaged even with a big nominal discharge current.     

近地面电晕电流组网观测与数据分析

利用强电场环境中金属尖端会产生电晕放电的原理,结合无线数据传输技术,研制开发了电晕电流测量仪及其无线组网观测系统。外场试验结果表明,该套系统能够实现一定区域范围内电晕电流的组网观测。通过对电晕电流和环境电场同步观测数据的分析,得到了正、负环境电场下产生电晕电流的电场阈值以及正、负电晕电流与正、负环境电场的关系式。分析表明,利用电晕电流的测量,能够比较真实、准确地对环境电场强度进行反演。     

安徽龙卷发生的环境条件和临近预警

利用1960—2009年气象观测资料,对安徽省128次龙卷的气候特征和环流背景进行了分析,结果表明,龙卷多发于4-9月平原丘陵地带的江淮东部,而山区极少,20世纪80年代以后龙卷明显减少;建立了安徽出现龙卷的4种概念模型。同时,利用日本JMA 20km×20km高分辨率数值预报再分析产品对比分析了龙卷、冰雹及雷雨大风的环境场,发现龙卷与冰雹、雷雨大风在4个方面存在明显差异,即中低层比湿、中低层垂直风切变、风暴相对螺旋度和0℃层以下的对流有效位能与整层对流有效位能比值,前3个均是龙卷最大,龙卷是冰雹和雷雨大风的2倍～3倍,对流有效位能主要集中在0℃层以下,而冰雹和雷雨大风主要集中在0℃层以上。基于龙卷临近预警和安徽6次龙卷的雷达特征显示,龙卷涡旋TVS的底部达到雷达最低仰角探测高度的中气旋及其后龙卷涡旋特征是识别龙卷的主要依据,龙卷触地前中气旋的最大速度差增强,其强度与龙卷强度呈正相关。而雷达距离的选取也直接影响龙卷的临近预警,距离龙卷20～100km处的雷达较为理想,200km以外的雷达资料对龙卷预警几乎没有意义。