利用闪电定位和雷达资料进行雷电临近预报方法研究

利用LD- Ⅱ 型闪电定位系统监测到的雷电资料和多普勒天气雷达探测到的风暴信息,研究雷电临近预报方法.叠加分析雷电集中区与风暴,雷电集中区一般对应有风暴,并且雷电集中区中心在风暴中心附近,二者移动方向基本一致,移速接近,因此通过匹配雷电集中区与风暴,采用雷电集中区将随其所匹配的风暴一起移动的思路,利用风暴追踪技术,对雷电集中区进行临近外推,从而实现雷电的临近落区预报.通过对2009年强雷电天气的临近预报结果进行网格点对点评分,雷电半小时预报命中率达到87％,成功率为63％.1小时预报命中率达到76％,成功率为51％.为雷电的临近预报提供了一套可业务运行的新方法.     

广东地区雷电活动的气候分布特征

利用地闪定向仪(DF)和时间到达法(TOA)定位技术,1997年3月～1998年6月在研究范围内共计得到404431次地闪资料.分析了地闪的雷电流强度、回击数的气候概率分布特征以及雷电参数的日变化及其空间分布的气候规律.正闪占总闪的比例仅为5.03%,正负闪密度的高值中心均在(114.E,23.N)附近.总体日变化特征明显,全天有两个高值时段,分别为00～06时和12～18时.与北方地区的雷电特征不同.结果表明雷电活动特征可以基本揭示本地区天气活动的时空分布的规律.     

基于小波的地闪首次回击辐射场的多重分形分析

利用2002年夏季青海野外观测慢天线电场变化仪资料，应用小波变换模极大方法对地闪首次回击辐射场的检测及多重分形谱特征进行了分析.发现小波分解在小尺度上的时间变异系数在回击主脉冲峰处（回击点）呈现明显的尖峰，据此可对回击点进行快速可靠的检测；地闪回击辐射场多重分形谱可用推广的多重分形二项倍增串级公式比较精确地拟合，最小标度指数及谱宽度平均分别为-011和15，是重要的回击特征参数，而小波及多重分形应是闪电信号处理的重要工具.     

一次海风锋触发的多单体雹暴及合并过程的观测分析

综合利用雷达、SAFIR3000三维闪电定位系统、微波辐射仪和加密气象自动站等多种观测资料,针对一次与海风锋有关的多单体雷暴造成的大冰雹事件,通过雷达图像和多种雷达、闪电参量的定性、定量分析得到以下结论:(1)地面局地不稳定区配合湿冷的海风锋是触发雷暴并促进其发展的机制,局地背景条件对雹暴发生的预警时间达2h.(2)γ中尺度或小的β中尺度对流单体间的合并主要出现了2种类型,即独立型合并和喂养型合并.对流单体合并时,云桥有时在单体间的中空(4-6 km)、有时在高空(9-10 km),而二者成因的物理机制截然不同.(3)独立型合并的瞬间(约12 min内),雷暴整体上升的发展趋势受到抑制;合并后,上升重新加强发展.降雹和云闪频数峰值出现在独立型合并之后,而喂养型合并处在雷暴消亡阶段,闪电频数平稳下降.(4)雷达参量Zmax、Zmean15、V40、V50等可以定量地描述雹暴三维结构变化,并且,能间接地反映云体发展空间大小、上升气流强弱、水成物粒子多少及其相态.雷达参量V40-Fup、V40-Fdown、SET11能描述合并、降雹、闪电活动时雷暴结构变化.     

西北内陆高原雷暴云电活动与微物理场特征的相关性

选取甘肃平凉地区2005年和2007年3次典型的雷暴过程,根据X波段多普勒双偏振雷达提供的偏振参量ZH、ZDR、KDR、ρHV和高度H,利用分层决策法对雷暴云内的水凝物粒子进行识别。在此基础上,分析甘肃平凉地区夏季雷暴云微物理和电过程之间的关系,尤其是地面电场、闪电类型与水凝物粒子分布之间的关系,推测了雷暴云内不同类型的水凝物粒子携带的电荷极性,并对该地区的电荷结构特征做了进一步解释。     

2006—2011年广州人工触发闪电

2006—2011年夏季在广州野外雷电试验基地开展了广东综合闪电观测试验 (GCOELD)。试验期间,针对人工触发闪电进行了近距离声、光、电、磁特征等综合测量,对自动气象站电源线和信号线上产生的感应电压特征进行了观测和分析,并对广东省地闪定位网的探测效率和定位精度与人工触发闪电进行了比对和校验。试验结果表明:人工触发闪电回击峰值电流范围为-31.93~-6.67 kA,回击电流波形的半峰宽度的范围为6.18~74.19 μs,10%—90%的上升时间范围为0.24~2.25 μs。触发闪电的上行正先导的发展速度在104~105 m/s量级;人工触发闪电的回击过程在架空电源线路 (1200 m长,2 m高) 上产生的感应过电压可达十几千伏;广东电网闪电定位系统对人工触发闪电事件的探测效率为95%,平均定位误差为759 m,闪电定位系统反演得到的电流峰值与实际测量的电流峰值平均相对偏差为16.3%。     

云内大粒子对闪电活动影响的个例模拟

利用三维云起电放电模式, 通过对2008年9月6日北京地区一次雷暴过程的模拟, 研究了云内雨滴、冰晶、霰和雹4种粒子对云内闪电活动的直接影响。对比几种主要冰相粒子比质量浓度的分布变化与模拟闪电开始发生高度的关系, 并分析几种冰相粒子所带电量变化率的时空变化特征后发现:霰和冰晶是对云内闪电发生作用最为重要的两种粒子; 雹粒子对闪电发生作用有限; 雨滴则对于主电荷区附近闪电发生没有直接影响。模拟结果表明:在实际观测中出现的雷达强回波达到某个高度之上可以预警闪电发生的现象, 主要是由于霰粒子在一定高度之上与冰晶之间发生强烈的电荷分离, 从而使云内电场迅速增强, 并最终引发闪电而导致的。     

一次多回击自然闪电的高速摄像观测

2006年8月1日在广东省从化市利用成像率为5000幅/s的高速摄像系统观测得到了一次包含有13个回击过程的自然负地闪, 其梯级先导的传播速度为106 m/s的量级; 一次企图先导的传播速度随高度的降低而减小; 一次直窜先导的传播速度随高度的降低而增加。有3次继后回击相对积分亮度的峰值大于首次回击相对积分亮度的峰值。研究发现:此次自然闪电的继后回击及紧跟其后的连续电流过程的发光总量与该次继后回击之前闪电通道的截止时间有关, 较大的发光总量对应于较长的截止时间, 较小的发光总量对应于较短的截止时间, 但两者没有固定的比例关系。