2008—2010年北京地区云地闪时空分布特征

利用北京地区ADTD地闪定位资料,分析了2008-2010年北京地闪的时空分布特征.研究发现,正地闪次数占总地闪次数的6％,地闪的平均电流强度为24.55 kA,正地闪的平均电流强度为负地闪的3倍.北京地区地闪月变化呈双峰结构,频次高峰月份为6-8月,正地闪呈单峰结构,峰值出现在7月.日变化的闪电频次高峰期主要出现在16-19时和00-05时两个时段.地闪频次高的区域主要集中在密云、平谷、顺义东北部和房山西部.有些地区呈现出地闪密度不高,但高回击电流的地闪频次和比例较高的特点.     

浙江省两套闪电定位系统地闪数据对比

针对2009—2013年浙江省气象部门和电力部门闪电定位系统 (lightning location system, LLS) 监测的地闪 (cloud-to-ground lightning, CG lightning) 数据,从时空分布及探测效率等方面对两者进行对比。结果表明:电力部门LLS监测的年平均地闪频次稳定大于气象部门LLS监测的年平均地闪频次。从空间分布看,沿海平原和金衢盆地等平原地带,两者的地闪密度相近;在杭州和衢州交界地区,气象部门LLS监测的地闪密度稳定大于电力的地闪密度;在其他地区 (如浙西北、浙中南部和浙南等大部分地区),电力部门LLS监测的地闪密度稳定大于气象部门LLS监测的地闪密度。利用雷暴日数对两者的探测能力对比可知,气象部门LLS对一些较弱雷暴天气过程中的地闪有漏测可能。利用雷击跳闸记录对比分析,电力部门LLS逐年探测效率稳定高于气象部门LLS的探测效率,两者相差约6%。     

西藏羊八井地区的闪电活动特征

利用2009年夏季在西藏羊八井国际宇宙线观测站获取的快、慢天线闪电电场变化资料,分析了该地区闪电活动的基本特征。结果表明,闪电主要发生在6～9月,其中8月最多,占闪电总数的58.2％。就日变化而言,主要发生在下午,发生于17：00～19：00的闪电个数占闪电总数的65.1％。闪电频数最大值为9 f1·min-1,平均值...     

中国区域闪电分布和闪电气候的特点

利用1998年1月1日到2003年12月31日TRMM卫星探测到18～38°N、74～123°E闪电资料,对中国区域年、季、日发生闪电频数和随经纬度变化,闪电密度分布和闪电气候特征进行了计算分析。结果表明:中国陆地区年均日发生总闪电数约54600次,白天占到54.47%,夜间占到45.53%,昼夜比为1.2。日闪电频数的年变化是双峰值,闪电主要发生在4～9月,占年总闪电的92%。4月中到5月中旬为次峰值,主峰值在7月中到8月中旬,占年总闪电的43.4%,夏季6～8月占到60%,11月到次年2月发生闪电很少,仅占年总闪电的0.4%以下。日变化以单峰值为主,峰值范围宽,年均每小时达到2275次左右,傍晚18时达到最高峰值,占到日出现闪电的9.1%,上午9～11时达到日变化的最低谷,仅占日出现闪电总的3%,闪电峰值是低谷的12倍,说明中国区域闪电高发时间主要在傍晚。中国区域年均发生闪电频数随纬度的变化要比随经度的变化大,沿海的陆地区出现闪电频数比内陆区高,内陆区比海区高,东部比西部高的特点。4个季节发生闪电峰值的日变化时间表明,不同季节出现闪电峰值的日时段不同,冬季主要在中午,秋季主要在下午,春季主要在晚间,夏季主要在傍晚。中国区域年均白天、夜间和昼夜不同闪电密度分布表明,东部比西部高,闪电高密度区相对较集中。区域对比说明,白天发生闪电     

一次飑线过程的闪电活动特征

结合地闪定位资料和TRMM卫星LIS观测的总闪电资料对一次飑线过程闪电活动进行分析,结果如下:这次飑线过程的正地闪超过了负地闪,占地闪的54.7%.在系统发展的初始阶段全部为正地闪;在系统的快速发展阶段地闪频数明显增大,正地闪比例很高,均在75%以上.在系统成熟至减弱阶段,地闪频数开始下降,而正地闪比例下降,负地闪的比例却越来越大,并占据支配地位.正地闪发生在线对流区(即强回波区内或附近),负地闪发生在层状云区.正地闪并不对应于主上升气流区而是紧邻上升气流区的后部.该雷暴云内闪电活动非常频繁,云地闪比例高达26.1:1.降雹和地面大风区位于正地闪密集区内,地闪频数峰值对应于地面大风阶段.     

2007—2015年京津冀地区闪电分布特征

利用2007—2015年京津冀地区闪电定位系统地闪监测资料和地面雷暴观测资料,对京津冀地区闪电的分布特征进行了统计和对比分析。结果表明:2007—2015年京津冀地区人工观测的雷暴总数与闪电定位系统观测的总地闪数值不同,但二者时间分布具有较好的一致性;地面人工雷暴观测受观测规范的限制,主要反映雷暴日的概念,对比而言,闪电定位系统观测的地闪更接近实际闪电的分布。2007—2015年京津冀地区正地闪占总地闪的比例为7.8%,不同季节和不同地区正地闪占总地闪的比例不同。各月正地闪分布相对均匀,与总地闪和负地闪不同,但总地闪、正地闪和负地闪的日变化特征无明显区别。京津冀地区地闪高密度区集中出现在山脉与平原过渡带和海陆交界处。     

北京地区闪电活动结束特征及预报试验

基于雷达资料,SAFIR3000资料分析了北京地区10次雷暴个例。讨论了闪电活动结束与40 dBz回波顶高以及超过30 dBz的回波体积之间的关系。两个因子结合使用的预报试验结果表明,仅漏报1次,虚警1次,准确率80%,闪电活动在30 min内结束,即可较好地指示北京地区雷暴闪电活动结束。      

一次正地闪触发两个并发上行闪电的光电观测

广州高建筑物雷电观测站光电同步观测系统于2017年6月16日记录到一次峰值电流达+141 kA的单回击正地闪触发两个并发上行闪电过程。利用高速摄像、普通摄像和电场变化数据分析了触发型上行闪电的始发特征和机理。结果表明:正地闪回击后约0.8 ms内,在距正地闪接地点约3.9 km的广州塔（高600 m）和4.1 km的东塔（高530 m）分别有上行闪电始发。正地闪回击过程中和大量正电荷以及之后可能有云内负先导朝高塔方向快速伸展造成塔顶局部区域的电场发生突变是两个上行闪电激发的原因。两个上行闪电在353 ms内发生7次回击,其中6次在广州塔上,仅1次在东塔上,且广州塔回击峰值电流平均值（-21.4 kA）约为东塔回击峰值电流（-7.3 kA）的3倍,表明广州塔上行闪电通道可能比东塔上行闪电通道伸展至分布范围更广、电荷量（或电荷密度）更大的负电荷区。两个上行闪电先导的二维速率变化范围为9.4×104~1.8×106 m·s-1,平均值为6.9×105 m·s-1。     

青藏铁路沿线区域闪电分布和闪电气候

用1998年1月1日～2003年12月31日TRMM卫星探测到的25～38°N,75～100°E闪电资料,对青藏高原地区年、季、日发生闪电频数和随经纬度变化,闪电密度分布的气候特征进行了计算分析。结果表明:青藏铁路沿线区域年均日发生闪电数约7 600次,白天占到66.47%,夜间占到33.53%,昼夜比为2.0,明显高于中国其它区域昼夜闪电比1.2。日闪电频数的年变化是多峰值,闪电主要发生在4～9月,占年总闪电的94.75%。5月上中旬和9月中下旬为次峰值,主峰值在夏季6～8月占到年总闪电70.23%,最高出现在7月占到年总闪电25.19%。10月到次年3月发生闪电很少,仅占年总闪电的5.25%,特别是11月到次年2月只占总闪电0.83%。青藏高原发生闪电的日变化以单峰值为主,年均达到346.75次/h左右,傍晚18时达到最高峰值,占到日出现闪电的12.1%,19～21时每小时达到日闪电值的9%以上,21～22时为快速下降时段,午夜24～01时出现维持时段,每小时达到日闪电值的3%,凌晨4～5时有小起伏,每小时达到日闪电值的1%,上午8～11时达到日变化的最低谷,4 h仅占日出现闪电的1.3%,闪电峰值是低谷的100倍以上,说明青藏高原区域闪电高发时间主要在傍晚。4个季节发生闪电峰值的日变化时间表明,不同季节出现闪电峰值的日时段不同,春季主要在晚间,夏季主要在傍晚,秋季主要在傍     

正地闪和负地闪预击穿脉冲序列的统计分析与对比

2009～2010年夏季,在大兴安岭林区利用闪电快、慢电场变化测量仪组成的网络对自然闪电进行了多站同步观测。本文选取2010年夏季3次过境雷暴过程中具有4站以上同步的资料,同时对表现出明显预击穿过程的37次正地闪和56次负地闪的预击穿脉冲序列进行了统计分析。统计的主要参数包括：脉冲序列的总持续时间（Total Duration）,脉冲序列和首次回击之间的时间间隔（PB-RS Separation）,预击穿过程到首次回击的时间间隔（Pre-RS Interval）,单个脉冲持续时间（Individual Pulse Duration）,相邻脉冲时间间隔（Interpulse Interval）等。对于负地闪,相应参数的算术平均值为4.1 ms、55.4 ms、56.0 ms、8.8 μs和111.0 μs,几何平均值为3.7 ms、35.6 ms、36.5 ms、7.4 μs和98.2 μs;对于正地闪,相应参数的算术平均值为4.5 ms、75.6 ms、77.3 ms、11.5 μs和297.3 μs,几何平均值为3.0 ms、57.8 ms、60.0 ms、10.0 μs和217.9 μs。对比发现,正地闪预击穿脉冲序列相对负地闪预击穿脉冲序列持续时间更长,和首次回击的时间间隔更大,其单个脉冲更宽,在整个序列中排列更稀疏。计算了正、负地闪最大预击穿脉冲幅值和首次回击幅值的比值（PB/RS,PB代表最大预击穿脉冲幅值,RS代表首次回击幅值）,通过和其他研究结果的对比,发现负地闪有PB/RS随纬度增大而增大的趋势,而正地闪没有。另外,检验了首次回击前地闪电场波形与BIL模型（Breakdown Intermediate Leader, BIL）的符合情况,发现只有很小比例的电场波形符合BIL模型。     

Optical Observations on Propagation Characteristics of Leaders in Cloud-to-Ground Lightning Flashes

Using 2 high-speed cameras, we have recorded 14 negative cloud-to-ground (CG) lightning flashes, half of which are natural and the others are artificially triggered. The two-dimensional (2D) propagation speed of different type leaders and the luminosity of lightning channel are analyzed in detail. Bidirectional leader processes are observed during the initial processes of two altitude triggered negative lightning (ATNL)flashes. The analysis shows: the propagation speed of the upward positive leader (UPL) before the initiation of the downward negative leader (DNL) is at the order of 104-105 m s-1; the UPL can be intensified by the initiation and development of the DNL in the way that the luminosity is enhanced and the speed is sped up; after initiation, the DNL in one ATNL flash propagates downward three times intermittently with interval of about 1 ms, while that in the other ATNL flash propagates downward continuously with a speed at the order of 105 m s-1. In the five classical triggered negative lightning (CTNL) flashes, the propagation speeds of the UPLs vary between 0.35×105 and 7.71×105 m s-1, and the variations of their luminosities and speeds are quite complex during the development processes. Among the four observed natural negative lightning flashes occurred on the land, three have only one return stoke (RS) each and all of their DNLs have many branches with an average speed at the order of 105 m s-1; while the another one has 13 RSs.In the CG flash with 13 RSs, the DNL before the first RS has no obvious branch below 1.4 km above the ground, and its speed ranges from 2.2×105 to 2.3×105 m s-1 between the heights of 0.7 and 1.4 km and exceeds 3.9×106 m s-1 below 0.7 km; preceding the 4th RS, an attempted leader is observed with a speed ranging from 1.1×105 to 1.1×106 m s-1 between 0.8 and 1.5 km. As for the three observed natural negative lightning flashes occurred on the sea, each has only one RS, and each DNL preceding the RS has a few branches, two of which have an average propagation speed at the order of 105 m s-1, and the other of 106m s-1, respectively. All the DNLs contained in the observed natural negative lightning flashes, except the attempted leader, propagate with gradually increasing luminosity and increasing speed in whole.     

0.1~40 MHz地闪、 云闪及NBE事件的辐射场频谱特征分析

利用宽带傅立叶分析法对2008年7月30日和8月4日两次雷暴过程中, 距离观测点5~20 km范围内的55次负地闪回击过程, 33次云内闪电过程以及20次双极性窄脉冲事件（NBE）的电磁辐射信号进行了观测分析, 得到地闪回击、 云闪放电初始阶段以及双极性窄脉冲事件在0.1~40 MHz频带宽度下的电磁辐射能量谱密度。结果表明, 这三类闪电放电过程的辐射频谱波形均呈现出随频率增加、 幅值减小的趋势, 但在辐射强度和衰减速率上存在一定的差异。负地闪回击幅频波形在6~28 MHz频段上衰减速率相对缓慢; 云闪初始阶段在全频带上始终遵循f-1.2~f-1.4之间的衰减率递减, 且其频谱幅值与地闪回击的辐射能量谱幅值相差不大; NBE事件在0.1~40 MHz频带中辐射能量谱幅值基本都明显大于其他两类闪电放电过程, 特别是在10 MHz以上的HF、 VHF频带上其差异可达到20 dB。     

中国内陆高原地区典型雷暴过程的地闪特征及电荷结构反演

利用2002年夏季在青海省大通县进行的雷暴及闪电综合观测实验中所获取的6站GPS同步闪电电场变化资料,对8月4日一次下部具有大范围正电荷区的典型性雷暴过程的雷电特征进行详细研究。利用点电荷模式对16次负地闪和2次正地闪所包含的共65次回击所中和电荷源进行的非线性最小二乘法拟合研究发现,负地闪所中和的负电荷距离地面的相对高度在3~5 km,而两次正地闪所中和的雷暴云电荷在5~6 km的高度,表明该雷暴云呈三极性电荷结构。负地闪单次回击所中和电荷量平均为1.48 C,而两次正地闪都为单次回击且中和的电荷量分别为1.37 C和2.68 C。     

浙江和甘肃两地区地闪特征的初步对比分析

利用浙江和甘肃两地区地闪活动的闪电定位资料,对两地地闪的时间变化规律和强度分布及其差异进行了对比研究.结果表明,两地闪电活动的月变化、日变化以及强度分布差异较大,浙江地区正地闪占总地闪的比例及夜间地闪所占的比例均小于甘肃地区,浙江地Ⅸ地闪频数在6～8月较多,甘肃地区地闪频数在7～9月较多,浙江地区地闪日变化中总地闪达到峰值的时间比甘肃地区要早,而正地闪达到峰值的时间较为一致;最后,将地闪活动与大气不稳定因子(CAPE)结合讨论,对比分析发现夏季杭州附近的CAPE平均值比兰州附近的大,但地闪活动频数对CAPE变化的敏感性要比兰州附近的小.而造成两地地闪活动差异的原因可能与两地不同的地理条件及雷暴产生系统有关.     

Positive Charge Region in Lower Part of Thunderstorm and Preliminary Breakdown Process of Negative Cloud-to-Ground Lightning

A new lightning locating technology, called Lightning Mapping Array （LMA）, has been developed. The system takes advantage of GPS technology to measure the times of arrival （TOA） of lightning impulsive very high frequency （VHF） radiation events at each remote location. The spatiotemporal development processes of lightning are described in three-dimension by measurement of the system with high time resolution （50 ns） and space precision （50-100 m）. The charge structures in thunderstorm and their relationship with lightning discharge processes are revealed. The temporal and spatial characteristics of preliminary breakdown process involved in negative cloud-to-ground （CG） lightning discharges are analyzed based on the data of lightning VHF radiation events. The effect of positive charge region in lower part of thunderstorm on the occurrence of negative CG lightning discharge is discussed. The results indicate that the preliminary breakdown process with longer duration in negative CG lightning discharges is an intracloud discharge process. It occurs between negative and positive charge regions located in middle and lower parts of thunderstorm respectively. It initiates from the negative charge region and propagates downward. After propagating into the positive charge region, the lightning channel develops horizontally. The characteristics of the preliminary breakdown process are consistent with that of intracloud lightning discharges. The stepped leaders are initiated by the K type breakdown which occurs in the last stage of the preliminary breakdown process and develops downward through the positive charge region. The existence of positive charge region in lower part of thunderstorm results in the occurrence of preliminary breakdown process with longer duration before the return stroke of negative CG lightning discharges.     

成都地区地闪时空特征分析

利用XDD03A型闪电定位仪所取得的3年资料,初步研究了成都周边地区地闪特征。地闪中正地闪占绝大多数,其平均强度为6045 A,略高于负地闪的5974 A。地闪强度基本集中在12000 A以下。地闪活动具有明显的日变化,总体呈单峰单谷形式,地闪频次在60以上的峰值时段是18:00~24:00和01:00,频次在10以下的谷值时段是10:00~13:00,夜间闪电活动明显大于日间。正地闪频次日变化趋势和总地闪相同,负地闪频次日变化趋势除一些小波动外,和正地闪、总地闪相同。正负地闪频次的月变化趋势相同,6、7、8月闪电数较多,4、5、9、10月闪电数较少。通过统计分析,发现各月地闪频次和对应的各月降水量有较好的相关性。成都周边地区地闪活动密集,6、7、8月的地闪密度大大超过4、5、9、10月。     

平凉黄土高原地闪VHF辐射特征分析

利用亚微秒级时间分辨率的VHF辐射接收系统与快电场变化测量仪,对甘肃平凉黄土高原雷暴过程中地闪VHF辐射及相应电场变化特征进行了分析研究,发现负地闪回击前VHF辐射与快电场变化在时间上有很好的对应关系。回击前后300μs内的VHF辐射波形可以归纳为三种类型,90%的负地闪首次回击过程VHF辐射波形属于第三类,表现为连续脉冲贯穿回击过程,平均持续时间为600μs;同负地闪相比,正地闪回击过程产生的连续辐射持续时间较长。统计表明,负地闪首次回击过程辐射峰值出现在回击启动后10~100μs,算术平均值为45μs;继后回击启动后10~260μs辐射达到峰值,算术平均值为91μs。首次回击过程辐射峰值强度往往大于梯级先导过程,与回击主峰后主通道分支产生的电磁辐射较强有关。     

Concurrent Upward Lightning Flashes from Two Towers

Upward lightning flashes initiated simultane- ously from two towers separated by a distance of 3420 m were analyzed in detail based on high-speed camera images and S-band Doppler radar echo intensity. Both discharges lasted more than 250 ms and were self-initiated from the towers in the form of upward positive leaders with a time difference of less than 4 ms. Abundant recoil leaders oc- curred transiently in the remnant channel sections during the development of the upward lightning. The number of recoil leaders over the lower tower was greater than over the higher tower. When the concurrent upward flashes occurred, the radar echo intensity in the area of the towers was no more than 45 dBZ and the towers were separately located beneath two echo centers with low altitudes of 2-3 kin.     

北京多频段闪电三维定位网及一次雷暴过程的闪电时空演化特征

北京多频段闪电三维定位网（Beijing Broadband Lightning NETwork,简称BLNET）是一个研究和业务相结合的区域性全闪三维定位网。2015年,对BLNET硬件、站网布局及定位算法等方面进行了更新升级,提高了传感器的灵敏度,提升了软件的运算效率和站网的探测性能。升级后的BLNET不仅具备了对云闪、地闪脉冲类型的快速识别和电流峰值估算等功能,也实现了对闪电辐射源脉冲的三维实时定位,以及通道可分辨的闪电放电过程精细定位。对2017年7月7日一次雷暴过程的闪电辐射源脉冲实时三维定位结果分析表明,这次雷暴过程一共观测到11902次闪电,以云闪为主,地闪占总闪的28%,正地闪较少,仅占总地闪的5%,在雷暴成熟期,最大闪电频数高达927 flashes (6 min)?1。通过对比分析闪电辐射源位置和对应时刻的雷达回波,发现辐射源基本集中在强回波范围内。对一次正地闪的精细定位表明,该正地闪初始阶段表现出明显的预击穿过程,闪电辐射源的始发位置位于海拔高度约5.4 km,随后通道向上发展,在约10 km高度,通道开始沿着水平发展。对一次负地闪的精细定位表明,初始阶段放电首先从约7.1 km高度处始发,通道向南水平发展,同时部分负先导分支向下发展,约38 ms后,通道短暂停止发展,17 ms后,通道始发处重新激发。以上结果表明,BLNET不仅具备对整个雷暴生命史闪电活动的三维实时定位和监测,而且可以实现对闪电三维放电通道的精细定位。