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^−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.     

“鹰眼”雷电预警系统在地震台站的应用

地震观测仪器防雷击是保证仪器正常工作的首要难题之一。目前,虽然很多台站对仪器做了多级保护的防雷工作,但未起到提前有效的防护作用。本文介绍的"鹰眼"雷电预警系统主要实时监视一定尺度空间的电场值和雷电波,当系统监测值达到设定的预警条件参数,则自动报警,可提前切断仪器与外界的连接,有效预防雷击。     

1991年北京延庆人工引雷实验及分析

简要地叙述了北京１９９１年夏天利用火箭－导线技术两次引雷成功的结果．两次引雷成功均是在地面电场为正（即正电荷当顶）时触发的．触发时地面电场分别为３．１ｋＶ／ｍ和２．５ｋＶ／ｍ,高度在３００－４００ｍ之间．分析表明,两次火箭引雷均系火箭上升到一定高度时激发上行负流光,然后产生连续对地放正电的过程,无回击发生．简单模式分析表明,中和电量小于１０Ｃ,火箭上升过程导线中电晕电流约为４ｍＡ．     

1991年北京延庆人工引雷实验及分析

简要地叙述了北京１９９１年夏天利用火箭－导线技术两次引雷成功的结果．两次引雷成功均是在地面电场为正（即正电荷当顶）时触发的．触发时地面电场分别为３．１ｋＶ／ｍ和２．５ｋＶ／ｍ，高度在３００－４００ｍ之间．分析表明，两次火箭引雷均系火箭上升到一定高度时激发上行负流光，然后产生连续对地放正电的过程，无回击发生．简单模式分析表明，中和电量小于１０Ｃ，火箭上升过程导线中电晕电流约为４ｍＡ．     

空中电场大地电磁法

空中电场大地电磁法(Air Electric Field Magneto-Telluric method,简称AEMT),其基本的原理是,通过电容传感器测量近地表空中三个分量的交变电场,用磁棒观测交变磁场,再将所测电场和磁场转化为阻抗,通过对阻抗的解释,达到查明地下地质体的分布特征的目的.本文对AEMT基本原理进行较详细的论述,证明了电容传感器代替接电极原理的基本公式.分析了空气中垂直电场的来源,在介绍地面低频电磁波近似边界条件的基础上,导出了AEMT测量垂直电场分量时视电阻率的计算公式,并计算了一维情况下二层、三层地电模型AEMT视电阻率曲线.介绍了应用实例,最后讨论AEMT方法的技术特点.     

北京地区雷电灾害天气系统的动力-微物理-电过程观测研究

在国家"973"项目"雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理"(简称:雷暴973)资助下,2014~2018年连续五年在北京组织开展了雷电(也称闪电)灾害天气系统的暖季综合协同观测实验,旨在获得对北京及周边城市群区域的雷电天气系统特征和规律的实际认识,探索雷电资料在数值预报模式中的同化方法,以期改进雷电重大灾害天气系统的预报效果.主要观测设备包括:由16个子站构成的雷电(全闪)三维定位系统、2台X波段双线偏振多普勒雷达和4台激光雨滴谱仪等,协同观测还充分利用了中国气象局在京津冀地区的中尺度气象观测网.观测结果表明,受地形和环境条件影响,飑线和多单体雷暴是影响北京地区的两类主要的雷电灾害天气系统,它们除产生频繁的雷电活动外,还常伴随突发性局地短时强降水和冰雹,造成城区突发洪涝灾害.雷电密度的高值区位于北京昌平区东部、顺义区的中部和东部以及中心城区.超强雷暴(占总雷暴数的5%)、强雷暴(占比35%)和弱雷暴(占比60%)对总雷电分布的贡献分别为37%、56%和7%.北京城区的热岛效应对过境雷暴增强产生了重要作用,超强雷暴在中心城区的雷电频数可以高达每分钟数百次.雷电活动与雷暴云的热动力、微物理特征之间存在紧密联系,因此雷电频数可以作为冰雹、短时强降水等灾害性天气的指示因子.在对流可分辨数值预报模式中,建立并引入雷电资料同化方案,通过调整或修正模式的热动力和微物理参量,可明显提高模式对强对流和降水的预报效果.     

利用闪电宽带干涉仪系统对地闪先导-回击过程的观测研究

利用闪电宽带干涉仪系统1999年在广东的观测资料, 对地闪预击穿、梯级先导及回击过程进行分析研究, 结果表明: 这种新型的辐射源定位系统能够再现闪电通道结构和电磁辐射源随时间演变的二维图像(方位角和仰角). 闪电辐射主要由负击穿过程产生, 地闪预击穿阶段闪电通道比较集中, 几乎没有分杈, 辐射源主要出现在通道头部; 而梯级先导后期辐射源定位比较离散, 有较多的分叉通道, 辐射源出现在具有一定长度通道段内, 该通道段高度随着先导向地面的发展逐渐降低. 预击穿过程和梯级先导期间均有一些快速负流光过程连续地从闪电起始区域或更远的位置开始, 沿已形成的通道发展, 为闪电通道进一步向前发展补充电荷, 其速度比闪电通道发展的平均速度约快一个量级.     

新型雷电预警系统在地震台站的应用

福建地区的雷电活动频繁,地震台站的数据完整性和数据质量因雷电灾害严重降低。为确保台站仪器稳定运行及数据有效可靠,福建局实施多个措施对地震台站内、外部防雷进行整体改造。新型雷电预警系统设定多级报警阀值,并实时监视台站20km范围内大气电场强度,当系统监测值超阀值时,则发出预警并自动切换电源,为前兆仪器设备的防雷发挥着至关重要作用,也为取代人工断电模式提供安全保证,有利于地震台站稳定运行。     

雷电危害的机理分析与防护措施

在自然灾害中,雷电严重影响着人类正常生活、工作的基本安全,它对人类生命、财产构成严重的威胁。雷害事故所造成的直接损失和间接损失是严重的,甚至是无法估量的。因此,我们共同提高预防雷患的意识,并且应用必要的技术和产品,实施防护措施,以保证防止人身伤害事故,保证用电设备和系统的安全运行,是十分迫切和必要的。     

正地闪发展的时空结构特征与闪电双向先导

利用闪电VHF辐射源定位系统的观测资料, 对正地闪三维时空发展特征进行了分析, 结果表明正地闪过程大致可分为三个阶段, 在回击之前有较长的云内发展过程, 平均持续时间为370 ms, 传输速度为10⁵ m/s量级, 辐射强度与负地闪梯级先导辐射强度相当, 这一期间闪电是以负极性击穿过程在云中正电荷区发展, 通道沿水平方向延伸, 较少分叉;回击之后闪电在云内快速传输, 比回击前的发展速度快约2倍, 辐射点较少且比较弥散, 但辐射强度增强, 对应于连续电流过程, 并包含有多个正极性快脉冲;在闪电的最后阶段, 传输速度与回击前的传输速度相当, 辐射点主要集中在闪电通道的顶端. 与负地闪的时空发展特征存在明显的差异. 正地闪的辐射点均发生在云内正电荷区, 没有探测到回击之前的正先导过程所产生的辐射. 正地闪持续时间平均为730 ms, 持续时间在500~600 ms的闪电占总数的43%. 90%正地闪只有一次回击, 最多有4次回击, 回击电流峰值最大为70 kA, 最小为11.5 kA, 平均为36.5 kA, 大于40 kA的约有40%.     

青藏高原那曲地区雷电特征初步分析

通过对2002年夏季青藏高原那曲地区雷暴过程及闪电观测资料的初步分析,发现该地区雷暴电荷结构具有多样性和复杂性,地闪明显偏少. 对高原地闪的一些基本特征参量的统计分析表明,无论正地闪还是负地闪梯级先导前都具有持续时间较长的云内放电过程,地闪以单次回击为主. 与中低纬度地区相比,高原地闪中正地闪比例明显要高,为33髎;负地闪为67髎;正、负地闪回击后常常伴随短时间的连续电流.     

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.     

依兰地震台雷害原因与防雷措施浅谈

对依兰地震台数字地震前兆设备近年来遭受雷害的原因进行了分析,初步探讨后认为台站对感应雷的防护等同于直击雷,要定期检查台站防雷设备情况,对雷害的防护最好采取四级防护措施。     

黑龙江省地震台站防雷分析及改造

黑龙江省地震台站自"十五"项目改造,观测环境和数据质量都有所提高,但近年来频繁受到雷电灾害影响,导致数据完整性和数据质量严重下降。为保证仪器正常工作,数据稳定可靠,我省采取多项措施对台站外部避雷和内部避雷进行了整体改造,并在鹤岗、绥化、牡丹江等台站新增雷电预警系统以配合防雷改造的有效实施,确保监测仪器运行的安全稳定。     

龙滩库区水库地震震源机制及应力场特征

文中使用龙滩水库地震监测台网记录的波形数据,采用P波初动、SH波和P渡位移振幅比数据计算震源机制解的FOCMEC方法,获取了龙滩库区2006年9月蓄水至2008年底发生的73次M_L2.0以上地震的震源机制解,并在此基础上反演了库区应力场。龙滩库区2006年10月蓄水以来发生的2级以上地震以逆断层型为主,由震源机制解获得的2个地震丛集区应力场的主压应力都近于水平,取向都为NWW-SEE。反映出蓄水后库区仍为以水平NWW-SEE向压应力为主的应力场结构,且最大主压应力倾角更为水平。而最大主张应力及中等应力轴的分布则不一致,显示出在近水平的主压应力背景下,龙滩库区局部应力场的非一致性。通过对龙滩水库地震机制解特征及应力场的认识和讨论,初步提出了龙滩水库诱发地震的发震机理,认为载荷作用所引起的剪应力增大不是龙滩水库蓄水诱发地震的主要因素,而蓄水所产生的孔隙压力作用和库水渗透的润滑弱化作用的耦合作用可能是主要的成因     

初论华北板内地震断层特征及其与地壳、上地幔动力学过程的关系

本文研究了华北121个地震断层的错动方式,40个地震断层的走向,15个地震断层的破裂方式与扩展方向。在此基础上发现了华北板内地震断层特征与上地幔隆起带之间的某些规律性联系。作者认为:由于上地幔软流圈的异常活动,上地幔顶部隆起的底辟作用以及重力均衡作用,华北大陆地壳正在经历着一种透镜化的拉薄改造过程,据此可以解释华北板内地震断层的特征,并进而探讨华北板内地震高强度性的原因     

从雷电脉冲谱推算出低电离层等效结构

从低电离层—地面波导中电波传播的波导模理论出发,分析了雷电产生的电磁脉冲（LEP）谱随距离变化与低电离层结构之间关系。利用LEP谱中干扰最小值时的频率与指数电离层模式参量的关系得出低电离层等效模拟参量。从我们观测出的LEP数据得出指数电离层等效参量是:在白天β=0.3km-1,hi=70km;在夜间β=0.5km-1,hi=88km。并指出使用这种方法可以观测出低电离层在时间上和地理位置上的变化。     

浅谈地震台站防雷设备检查技巧

对地震仪器、通信设备、供电电源等设备的防雷装置检查技巧做了详细地阐述,并介绍了雷电后如何检查GPS等相关设备,如何利用现有的台站检测设备,尽可能使仪器免受雷击,以保证资料的连续、完整、可靠。