场电特性与防雷工程

引言雷电属于一种场电物理变化的现象。它的各种放电形式、量度取决于雷暴云电场,在大气电场中与地表面土壤电导率及地电场的变化强弱有关。所以若只考虑把建筑物及内部各种防雷接地电阻值控制在一定范围内,是不能满足预防和降低雷电所造成的各种雷害,提高其防雷性能。本文拟通过运用场电变化的几种特性探讨它在防雷工程中的应用。1大气电场与地电场对立统一性自然界中存在着两个相互独立、且又相互影响并形成一种场电变化体系的大气电场与地电场。它们除了其它物理量的相互交换外,大气电场与地电场有电的交换(相互作用),雷电就是它们…     

青藏高原东北部地区夏季雷电特征的观测研究

介绍了2002年夏季在海拔2650m的青海东部地区所进行的雷电综合观测实验及初步研究结果。实验中采用了GPS同步的6个站闪电快、慢电场变化和平均电场的同步观测,配合1ms的高速摄像对该地的雷暴电荷结构、闪电放电特征等进行了研究。初步研究结果表明,青海东部的雷暴云当顶时,地面电场既可受云内的负电荷所控制,也可能受正电荷所控制,揭示了雷暴电荷结构的复杂性。同时,闪电特征也存在一定的特殊性,所发生的地闪先导常以多分叉的形式慢速向地面行进,并在地面形成两个或两个以上的接地点;梯级先导的发展速度约为0.8～1.18×105m·s-1。同时在地闪发生之前和之后常有持续时间较长、闪道清晰的云内放电过程发生。高速摄像观测首次发现,在一次云内正电荷控制地面电场的雷暴条件下,云内放电过程呈现出双层结构特征。放电首先从上部负电荷区和下部正电荷之间的地方激发,然后上、下同时发展。在开始阶段只能看到向下的负流光通道,当上、下发展的通道分别到达负、正电荷区时,明亮的的主通道形成。之后放电在下部正电荷区以多分叉的形式水平扩展,下部的水平扩展停止后,主通道上部的放电开始水平扩展,是一种反极性的云内放电过程。     

自动气象站观测场防雷常见问题与防护措施

自动气象站观测场设备室外的工作环境,耐受雷电电涌的脆弱性,部分台站观测场雷电安全防护在设计和施工过程中存在问题,是近年来部分自动气象站观测系统在实施了防雷安全保护措施后仍频遭雷击侵害的根本原因。通过查找自动气象站观测场雷电防护工程在设计、施工过程中的问题．针对性地提出改进方法,在全面分析自动气象站观测场设备防雷性能基础上,全面阐述了自动气象站观测场雷电安全防护措施。     

一次强雷暴天气与大气环境场的关系分析

雷电是电荷聚集到一定程度的放电现象,当雷暴云中电荷累积,在地面附近大气就会有相应的感应电场,因此通过大气电场脉冲波形变化,结合雷达回波资料,可以判断雷暴云的发展阶段。本文分析了2010年8月11~12日陕西省有闪电定位监测网络以来最强的一次雷电天气过程。该过程全省范围内共发生闪电23 570次,8月11日单日闪电14 470次,整个过程以负闪为主,闪电频数高,同时伴随强降水发生。分析发现,此次强雷电天气过程与大气环境场具有以下对应关系:强雷电的发生与西太平洋副热带高压强盛控制陕西大部分地区且呈东西带状分布、西风槽东移南压关系密切;另外还与潜在对流性稳定度指数、抬升指数、能量场和位势稳定度具有较好的相关性;高雷电密度区域与区域性暴雨的强降水落区有一定的对应关系,但强雷电往往先于强降水出现,雨量最大区域与雷电强度最大区域并不对应。     

雷暴对流起电机制理论分析

本文用一维分层模式理论分析了地面降雨、尖端放电、对流运动以及云外电导率变化对雷暴电结构的影响。分析指出,云内对流强度明显地影响着雷暴电结构,强烈的地面降雨和尖端放电可使地面电场强度显著减小,甚至极性翻转。闪电和云顶附近的下沉气流是维持雷暴向上提供充电电流的重要条件。在雷暴中,对流起电机制是一个不可忽略的重要过程。     

平凉一次雷暴云内的降水粒子分布及其电学特征的探讨

利用X波段多普勒双偏振雷达在甘肃平凉地区获取的一次雷暴过程资料,采用模糊逻辑判断法详细分析了该过程云内降水粒子的时空演变特征,同时结合该地区雷暴的电学特征,探讨了雷暴云电荷结构与云内降水粒子之间的关系。结果表明,在雷暴发展的不同阶段,各种降水粒子的数量存在较大的差异,霰粒子和干雪的演变特征与雷暴的发展、成熟到减弱过程对应比较一致。结合地面电场和雷达推断,冰相粒子特别是霰粒子和冰晶粒子与雷暴云的起电存在密切的关系。从各种粒子的垂直分布特征来看,中国内陆高原雷暴云下部正电荷区的强弱最有可能由霰粒子的多少来决定;同时利用霰粒-冰晶起电机制可以较好地解释雷暴云内三极性电荷结构的形成。     

低层对流嵌入到高层云系的模拟研究

嵌有对流的层状云系兼有两种云的特征并且降水效率较高, 具有重要的研究意义。本文结合观测资料, 利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecast)模拟了2010年7月1日发生在东北地区的一次大范围强降水天气过程, 并对其中两个较典型的嵌入对流个例进行了详细分析。分析发现这两个嵌入对流都是由低层对流嵌入到高层云系所形成, 其中由对流云和位于其正上方的层云所形成的嵌入对流发展更加旺盛并给地面带来更强降水。以这两个个例为基础, 通过其与模拟区域内的普通对流云和层云相比较发现:相对于孤立对流云, 嵌入对流内的对流云生命期更长、低层水汽辐合更强、云内液水含量更大, 不稳定能量更多集中在低层;而在液水含量相当的两个嵌入对流中固态水含量的不同对降水强度影响较大;另一方面, 在嵌入对流发展的过程中嵌入对流内层云的垂直尺度扩大、含水量增加、降水强度增强, 从降水机制来看其云内固态和液态水含量都随嵌入对流发展逐渐增大, 而单纯层云内的上述变化均不明显。     

四川省复杂地貌区域雷电活动中大气电场特征研究

利用四川省2009~2019年大气电场仪监测资料,分析了省内平原和高原地区雷电活动中地面电场的变化特征。结果表明：平原地区雷电过程持续时间为30~350min,平均持续时间约为158min;根据地面电场变化趋势,分为两类：地面电场值主要为负的偶极性的电荷结构,地面电场值由正到负的三极性电荷结构。高原地区雷暴云电荷累积速度快,击穿空气发生早,雷电过程发展到旺盛阶段的用时短,雷电过程持续时间为30~360min,平均持续时间约为93min,其分类与平原地区一致。     

盛夏季节防雷击

的夏季，地面强烈增温致使空气对流加强，往往产生雷雨云。在雷雨云中，云块都常有大量的正负电荷。由于云体内部各部分带电性质不同，形成了很强的电场，一般云中电场可达每厘米几千伏到几万伏，这样强的电场足以把大气击穿，而产生强烈的放电现象——闪电。同时又会放出大量的热，致使闪电路径上空气的温度瞬息间升高1～2万℃，气压突然增到上百个大气压。空气因急剧增热而膨胀，接着又迅速冷却而收缩，空气的这种剧烈振动，便形成了雷声。闪电和雷声统称为雷电。在地球上，平均每秒约有100次雷电发生。雷电具有极大的能量，仅一次普通的…     

环境温湿层结对雷暴云空间电荷结构的影响

非感应起电机制中决定雷暴云电荷结构的反转温度是液态水含量的函数,而液态水含量的空间分布又取决于环境初始场中气团平均相对湿度和对流不稳定性的配置情况。本文通过不断改变初始场中层平均相对湿度和对流有效位能(CAPE)的值,同时不稳定度因子K和SI也随之发生相应的改变,利用三维强风暴动力电耦合数值模式,来研究初始场温湿层结的不同配置对液态水含量进而对电荷结构的影响。结果表明,CAPE较小时,电荷结构与中层平均相对湿度的大小无关,均为准反极性,且起电活动较弱;CAPE很大时,较大和较小的中层平均相对湿度更易引起强的起电活动和偶极性电荷结构,当霰和冰晶共存的区域中心落在上升气流的外围时,会形成反极性电荷结构。当对流有效位能相同时,增加中层平均相对湿度,气层的不稳定性提高,更有利于对流的发展和偶极性电荷结构的形成,减小中层平均相对湿度,对流减弱,有利于准反极性电荷结构的形成。     

积云发展对酸化剂清除的数值模拟

本文利用云内成雨清除模式和云下雨水冲刷清除模式讨论了云内和云下致酸物质的清除、酸化过程。计算结果表明，雨不酸化主要是在云内形成、而云底之下雨水对清除酸化过程是不重要的。而对流引起的上升气流和下沉气流对污染层内致酸物质的浓度变化有较大影响。     

一次山地积云并合扩展层化过程的数值模拟

因复杂地形下热力和动力抬升对近地面空气的扰动作用,贵州地区容易形成内部嵌有许多小对流单体的积层混合云.选取2005年5月29日发生在贵州省的一次积层混合云降水个例进行分析,并利用WRF模式模拟该云系的生成、发展过程.结果表明:积层混合云由积云并合扩展层化形成,其发展过程经历三个典型的并合阶段.云系的降水特点是降水范围很大,分布不均匀,雨区中存在多个强降水中心,降水量累计最大值可达60 mm,且强降水中心与云中小对流单体的位置对应;积层混合云形成过程中,地面产生强降水的最终原因是,云并合过程中释放的不稳定能量改变了云中的气流场和含水量场.     

云下部正电荷区与负地闪预击穿过程

三维雷电观测系统LMA(Lightning Mapping Array)是最近发展起来的基于GPS时钟同步的闪电VHF辐射源到达时间差(TOA)定位技术,能以很高的时间分辨率(50 ns)和空间定位精度(50—100 m)展现闪电放电发展过程的三维时空分布,揭示雷暴中电荷结构及其与放电过程的关系。文中利用三维雷电VHF辐射源观测资料分析了负地闪预击穿过程的时空分布特征,讨论了云下部正电荷区对负地闪发生的影响,其结果表明在首次回击之前存在长时间预击穿过程的负地闪中,预击穿过程是云中部负电荷区与下部正电荷区之间的一种云内放电过程,闪电起始于云中部负电荷区,然后向下发展传输,进入正电荷区后闪电通道在云下部正电荷区水平发展,其放电特征与反极性云闪放电一致,云内放电过程最后阶段的K型击穿激发了地闪的梯级先导,梯级先导穿过云下部正电荷区向下发展传输。云下部正电荷的存在是导致负地闪首次回击之前存在长时间云内预击穿过程的主要原因。     

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。     

人工引发雷电试验及其特征的初步分析

1989年夏季，我们在甘肃永登黑林子地区进行了用拖带接地金属细丝的火箭引发雷电的试验，获得了3次成功。本文分析了这3次引发雷电的放电特征。结果表明，放电是在雷暴云下部正电荷的作用下上行负流光的激发和传播过程，雷电人工引发时的地面电场为6－8kV/m。由一简单物理模式粗略地定量估算出了放电参数：中和电荷量约为12－5．3C,电荷 中心离地高度1．3－2．5km，和甘肃地区雷暴云下部正电荷中心高度范围一致。     

新型自动气象站雷电防护设计初探

根据国家台站新型自动气象站硬件组成特点,从雷电综合防护的角度探讨防雷设计方案,包括测报值班室内设备及所在建筑物防雷设计、地面气象观测场防雷接地设计、测报值班室与观测场之间供电和信号线路防雷设计等。     

基于高分辨率中尺度气象模式的实际雷暴过程的数值模拟试验

雷暴数值预报的实际应用离我们还有多远？本文对此进行了尝试, 即利用一个复杂的高分辨率中尺度气象模式驱动一个三维雷电模式, 在只采用常规气象观测资料的条件下, 对北京的一次实际雷暴过程进行模拟试验, 分析了雷暴云的宏观动力、 微物理过程及电结构的时空变化特征以及其可能的相互作用机制。结果表明: 利用高分辨中尺度模式预报出的三维气象场作为雷电模式的初始场, 完全可以不需添加虚假的扰动来触发雷暴云的发展, 高分辨中尺度模式的预报场本身所包含的水平非均匀、 垂直强非静力性及较强的对流不稳定信息足够促发雷暴云的剧烈发展; 用较为真实的三维气象场作为初始场模拟产生的电场分布特征与云微物理分布特征及环境气象要素的分布结构非常协调, 得到的雷暴云的电荷结构特征以及电结构随时间的演变特征更为复杂, 更真实的体现了实际雷暴云本身发展的复杂性, 同时, 模式能够模拟出合理的云闪及正负云地闪, 且模拟的闪电频数随时间发展演变趋势基本与观测实况基本吻合, 从而表现了对雷电天气潜在的预报能力。本次模拟的北京雷暴云在发展过程中, 水物质霰的最大质量比、 最大正电场强度及闪电频数随模拟时间的演变发展趋势非常相似。     

WIN2000服务器的安全设置和防范措施

雷电是自然界中最为严重的自然灾害之一，加油站又是储存销售易燃易爆物品的场所。所以雷电无疑是加油站安全生产的主要隐患之一。因此做好加油站防雷电检测工作，保护国家财产和人民生命安全就显得十分重要。１雷电的产生与危害所谓雷电就是云与云之间、云与大地之间大规模的放电现象。雷电能量很大，据测算雷电对大地的电压一般在几百万伏到数千万伏，每次闪击放电的峰值电流平均为３０kA以上，它的瞬时功率为１０９W～１０１２W以上，雷电通道的温度高达６０００℃～１００００℃以上，所以它的破坏力是相当大的。通常我们所说的雷击主…     

地面电场资料在雷电预警技术中的应用

论述利用地面电场仪的探测资料对雷电预警预报的技术方法，以大气电场测量为基础，利用地面电场仪的组网，实现自动、连续、实时监测雷雨云中强雷电活动中心在地面产生的电场强度、极性以及闪电数等，提供监测范围内雷暴强电荷活动中心的发生发展演变特征和整个雷暴过程中雷电活动位置和发展信息。同时结合闪电定位系统的观测，为雷电的监测和预报提供更充分的信息。     

雷电对飞行的影响

雷暴云中常有电荷积累，并能形成很强的电场，造成闪电击，威胁飞行安全。即使有时云区电场没有达到击穿放电的强度，只由于飞机在雷暴云区高速运动时出现飞机起电、电晕会加强云中大气等电位面的畸变程度，而达到击穿放电的强度时，也会诱发闪电，造成闪电击。通常，雷电产生强大的电流，形成电磁场、光辐射、冲击波和电弧，这些现象都严重威胁飞机的安全。飞行员应采取必要的安全措施，避免闪电击的影响，保证飞行安全。