北京和广州地区云闪初始击穿电场变化特征

对比分析了北京和广州地区各100例云闪初始阶段前30 ms快电场变化波形上初始击穿脉冲的特征。依据脉冲的结构特征,两地区的云闪初始击穿脉冲可分为单极性单峰型、单极性多峰型、双极性单峰型和双极性多峰型脉冲,两地区均以单极性和单峰型脉冲为主。对脉冲参量特征的统计发现,脉冲的10%-90%上升时间、半峰值宽度地区差异性小于脉冲类型差异性;双极性单峰型脉冲的半峰值宽是单极性单峰型的1.2倍。不同类型脉冲过零时间的中值、平均值在10μs左右量级,且广州地区较北京地区的大;云闪初始击穿脉冲宽度平均值显著小于相同地区正地闪的,而脉冲间隔显著大于正地闪的。初始击穿脉冲最为集中的出现在云闪最初的1~2 ms,其比例随时间以显著的负指数分布下降。研究发现,双极性脉冲的过零时间与脉冲宽度之间、起始半周期峰值幅度与过冲幅度之间均存在较好的线性关系。     

云闪测向定位算法

基于多站测向交叉算法,提出云闪侧向定位算法。根据各站仰角、方位角信息求解出各组闪电位置,由最大值和最小值约束条件剔除粗差较大的解后,引入加权运算得到较为准确的定位信息,再利用高斯牛顿迭代算法得到精准的云闪位置信息,从而实现云闪的三维定位。通过蒙特卡罗模拟方法,对算法进行评估,详细分析了站网多种因素对定位结果的影响。研究表明:该算法提高了定位精度,测向误差为1°时,4站站网误差低于500 m,站点越多定位精度越高,但综合考虑4站、5站站网为优,测向精度提高时,定位精度也随之提高;站网呈均匀布站方式优于T型等布站方式,均匀布站在实际中更具实用性。     

利用地面电场仪与闪电定位资料进行短时雷电预警的方法

电场强度预警应以电场强度到达的门限等级、电场曲线初始阶段是否有快变抖动为判断的标准,雷电距离预警以雷电发生的位置和电场仪之间的距离为参考.综合两种预警手段,并结合人工判断雷电的移动趋势、对预警提前时间的要求以及电场仪安装的位置和本地的地形条件等因素,实现更准确的雷电短时预警.     

利用地面电场仪与闪电定位资料进行短时雷电预警的方法

电场强度预警应以电场强度到达的门限等级、电场曲线初始阶段是否有快变抖动为判断的标准,雷电距离预警以雷电发生的位置和电场仪之间的距离为参考。综合两种预警手段,并结合人工判断雷电的移动趋势、对预警提前时间的要求以及电场仪安装的位置和本地的地形条件等因素,实现更准确的雷电短时预警。     

利用双脉冲重复频率解速度模糊的初步探讨

对多普勒天气雷达在实际探测中出现的测速模糊现象作了初步分析，探讨了出现测速模糊现象的原因及其识别方法。并以阿克苏3830多普勒雷达的观测实例，介绍了具体解决测速模糊现象的主要方法。     

闪电初始放电阶段亚微秒电场变化波形特征

本文选取2008年西藏羊八井地区与2009年东北大兴安岭地区快、 慢天线闪电电场变化仪观测资料, 对云闪起始阶段和地闪预击穿阶段亚微秒电场变化波形特征进行了统计分析, 发现, 无论是云闪还是地闪, 初始阶段快电场变化波形均表现为一系列脉冲形式, 且以归一化幅值小于0.5、 脉冲宽度小于等于10 μs的窄脉冲为主; 同低海拔地区相比, 高原地区地闪预击穿阶段脉冲总数相对较高, 窄脉冲所占比例相对较低, 幅值可与首次回击峰值相比拟的双极性大脉冲的发生比例较低。在统计的基础上, 对产生双极性脉冲的物理机制进行了分析, 发现较大的电流传输速度和电流衰减长度, 是导致双极性大脉冲波形幅值远大于其它脉冲的主要原因。     

利用地面电场对中川地区一次雷暴过程电荷结构的研究

针对中国内陆高原地区雷暴多为孤立且尺度较小的特征,假定孤立雷暴在闪电发生前,当地面电场处于平稳状态时,云内的电荷区在水平方向上均匀分布,且只与垂直高度有关。根据云厚可将雷暴云在垂直方向上分为若干个厚度相等的区域,地面电场值即为雷暴云内多个水平均匀分布的电荷区域共同作用的结果。在此理论假设基础上,利用甘肃中川地区一次典型雷暴过程引起的多站地面电场观测资料,对该雷暴过程的电荷结构及其演变特征进行最小二乘法的拟合研究。结果表明,在雷暴发展演变过程中,其下部始终存在一范围和强度都较大的正电荷区,同时在雷暴云顶部存在强度较小的负电荷区,使得雷暴整体上呈四极性电荷结构。通过与雷达回波的对比,发现雷暴电荷中心与雷达强回波中心位置大体一致。     

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.     

近海台风雷达定位方法应用研究

对于近似轴对称与类似兰金涡旋特性的台风近中心环流而言, 其多普勒雷达径向速度场具有相当特殊的偶极型态分布特征.在假设台风环流存在最大风速半径的前提下, 利用多普勒雷达径向速度场的这种分布特性和型态识别技术, 进行近海台风的雷达定位客观方法的应用研究, 并选取两种客观定位方法对台风中心位置进行估计.两种客观方法分别为几何轴对称中心定位法和速度距离方位显示中心定位法, 前者直接应用多普勒径向速度场进行定位估计, 后者则应用观测的多普勒径向速度场与观测点至雷达中心距离的乘积来估计台风中心位置.利用 "兰金" 涡旋模式模拟的多普勒雷达径向速度场和实际观测的台风环流的多普勒雷达径向速度场以及台风年鉴资料, 对这两种定位方法进行模拟和实际测试的结果表明: 模拟测试的定位误差在0.5 km以下, 最大风速半径的误差在0.12 km以下; 而实际测试的定位误差在3～13 km以内, 有些时次甚至在3 km以下.因此, 对近海台风而言, 利用多普勒雷达径向速度场资料进行实时业务定位是可行的, 且其定位结果将对台风实时业务预报和警报具有重要的参考价值.     

"艾利"热带风暴多普勒雷达定位方法的探讨

对"艾利"各个阶段的多普勒雷达资料的特征进行了仔细的分析,并对各阶段的定位方法进行探讨,总结了一些与以往不同的台风定位方法,以期对将来的台风雷达定位业务有所帮助.     

大气电场的FFT频谱分析及雷暴预报研究

采用傅里叶变换方法将时域数据转换到频域,针对首次地闪发生(简称“雷暴天气”)和首次地闪不会发生(简称“非雷暴天气”)的大气电场强度数据做了幅度谱分析.研究发现,首次地闪前0.5h的大气电场数据与非雷暴天气中任意时段0.5h的大气电场数据的幅度谱分布具有明显差异,两类天气的幅度谱分布有一定规律可循.在此基础上对样本整理分类,将两类天气的平均幅度谱视为判别标准,利用欧氏距离判别法,对63个未知天气样本进行判别分类和效果检验,结果表明,此方法可供短时临近的首次地闪预警工作中予以参考.     

粗糙表面对雷电水平电场影响的模拟研究

利用分形方法模拟了粗糙陆地表面和海陆交接复杂表面,并通过Barrick提出的等效表面阻抗法和Cooray-Rubinstein（C-R）近似算法,计算了不同粗糙表面情况下的雷电水平电场。进而分析了粗糙陆地表面和海陆交接复杂表面对水平电场产生的影响。结果表明：当雷电水平电场沿粗糙陆地表面传播时,陆地表面的粗糙程度对电场影响很大,且随着粗糙度的增加,雷电水平电场的初始峰值会逐渐减小;当水平电场沿海陆交接复杂表面传播时,陆地的粗糙度对水平电场影响较大,而海浪起伏程度对电场影响较小。     

雷电过程中大气电场信号处理方法探究

基于天津市蓟州区大气电场探测数据和闪电定位数据,利用功率谱分析、小波降噪和快速傅里叶变换等信号处理方法,分析了雷电天气过程中地面大气电场变化特征。结果表明,雷电过程中大气电场能量主要集中在低频部分,利用sym5小波函数进行7层或8层分解,提取的低频信号能够反映大气电场的主要变化特征。在首次闪电发生前1小时,大气电场的频谱幅值起伏变化明显,且远高于非雷电天气电场频谱幅值。通过欧氏距离判别法,判断大气电场频谱特征更接近雷电天气还是非雷电天气,可为雷电预报预警提供参考。     

台风“碧利斯”的雷达反演及改进

利用两步变分反演方法,研究2006年第4号台风“碧利斯”,对照单部雷达资料和两部雷达资料的反演结果。结果表明：利用单部雷达资料不能很好的反演出台风的风场结构特征,而两部雷达资料在第一步反演背景场时,可以看出台风的涡旋特征。通过检验发现,此次台风过程的水平切向风在最大风速半径内部与Rankine模型相近,外部与Chen 3模型接近。为了更有效地利用单部雷达的观测信息准确定位台风的移动路径,故在单部雷达资料第一步反演背景场时加入模型弱约束。反演结果表明,加入模型弱约束后,反演的背景风场就能看出台风的涡旋特征,通过第二步反演后与两部雷达资料结果相近;加模型弱约束的单部雷达反演结果与两部雷达反演结果间u、v分量的相关系数均在0.8或以上,2-7 km高度层u、v分量的均方根误差明显减小。     

台风“碧利斯”的雷达反演与改进

利用两步变分反演方法研究2006年第4号台风＂碧利斯＂,比较单部雷达资料和双部雷达资料的反演结果。结果表明：利用单部雷达资料不能很好地反演出台风的风场结构特征,而双部雷达资料在第一步反演背景场时,可以显示出台风的涡旋特征。通过检验发现,此次台风过程的水平切向风在最大风速半径内部与Rankine模型相近,外部与Chen 3模型接近。为了更有效地利用单部雷达的观测信息准确定位台风的移动路径,故在单部雷达资料第一步反演背景场时加入模型弱约束。反演结果表明,加入模型弱约束后,反演的背景风场可以看出台风的涡旋特征,通过第二步反演后与双部雷达资料结果相近;加模型弱约束的单部雷达反演结果与双部雷达反演结果间u、v分量的相关系数均为0.8或以上,2—7 km高度层u、v分量的均方根误差明显减小。     

Analysis of the Initial Stage Intracloud Lightning Using the Pulse Location Technique Based on the Fast Electric Field Change

Academy of Sciences,Beijing 100029 2 Lanzhou University,Lanzhou 730000 3 Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000 4 Nanjing University of Information Science＆Technology,Nanjing 210044
Using both fast and slow electric field change sensors and field mill,multi-station observations on lightning flashes over China inland plateau areas were conducted during the summer of 2004.All of the stations were synchronized by GPS with a time-resolution of±50 ns.Using the different time of arrival（DTOA）and based on the fast electric field change sensor,a lightning radiation location technique was developed.Radiation pulses in the initial stages of five intracloud（IC）lightning discharges which occurred on 20 August were analyzed.The results indicate that the technique developed could effectively locate the lightning radiation sources.Furthermore,the lightning discharges were compared with the Doppler radar data.The results show that the radiation sources were well associated with the storm development.When the storm was at the mature stage with an echo top of about 10.9 km,the radiation sources ranged from 5.2 to 8.3 km above mean sea level;when the storm gradually became weaker,with echo top of about 7.9 km,the radiation sources ranged from 3.0 to 5.9 km.In particular,one of the IC lightning discharges ranged from 3.0 to 4.9 km during the dissipation stage of the storm.The results also indicate that the radiation sources were closely associated with the high reflectivity region（25–50 dBZ）of the storm,which,to some extent,demonstrates the reliability of the location results,thereby showing that multi-station observations of fast electric field change sensors could be a useful tool for monitoring the storm development.Location errors from radiation sources were also compared with the radar data and the results of a simple simulation.It was found that the errors were getting smaller when the radiation sources approached the center of the detection network, and vice versa.Compared with the limited experimental observations,the simulation results were found capable of effectively reflecting the location errors.     

单多普勒雷达反演热带气旋近中心风场的VAP扩展应用方法

在尝试运用VAP方法和扩展VAP(EVAP)方法,对"韦帕"台风期间移动天气雷达(CINRAD/CCJ)观测基数据进行单雷达风场反演时,发现部分区域出现风向、风速不合理的情况.分析认为,在热带气旋近中心区域风向风速变化均较剧烈,而上述两种算法的假定条件难以准确代表风场的实际变化.根据热带气旋发展成熟阶段的气旋环流近似轴对称的特点,文中提出一种新的假定条件,即在与热带气旋中心等距离的圆周上局地风速不变、风向均匀变化,对VAP方法进行扩展应用,称为EVAPTC(EVAP for Tropical Cyclone)方法.对理想模型流场试验及对实际个例的反演结果表明,EVAPTC方法简便,反演误差相对较小,能够基本反映出台风近中心的环流特点,尤其是螺旋云带上的风场特征.例如"韦帕"台风螺旋云带内侧有明显的辐合气流进入螺旋云带,螺旋云带尾部的外围气流绕着云体移动,螺旋云带上的强回波区存在着风场扰动等.