全相闪电磁场测量系统实现与试验

根据电磁感应法原理,研制了一套全相闪电磁场测量系统。该系统磁场测量天线由3个正交的半径为15 cm的环状天线构成,由高速大容量示波记录仪完成数据采集,采用基于全电路表达式的脉冲磁场数字重构法对数据进行还原处理。利用该系统,结合电场变化观测系统和高速摄像系统,在广东省从化地区开展了闪电的光、电、磁场同步观测试验。试验资料分析表明,该套全相磁场测量系统观测的闪电磁场变化基本真实可靠。     

基于自然闪电下的限压型SPD残压特征分析

选取2017年6月15日和7月8日的2次人工引雷试验人工触发闪电数据,对采集系统记录了2次有明显残压波形的数据进行分析,结果表明:2次人工触发闪电的平均回击雷电流幅值为11.00kA,平均雷电流波形10%~90%的上升时间为0.24μs,平均雷电流的半峰宽度为10.98μs,平均雷电流的回击波形10%~90%的上升陡度38.20GA/s。2次人工触发闪电的平均残压持续时间为387.1μs,残压峰值平均值为969.4V,残压平均值为759.6V。自然闪电通常具有多回击、回击间隔时间短、放电过程复杂多样等特点,有可能破坏SPD热稳定性,加速老化,甚至可能被击穿;而该试验中SPD没有被损坏,主要是因为:人工触发闪电造成架空线路近距离发生闪电感应,尽管SPD的残压值高,但是电流比较小,所以SPD承受的能量不大。     

山西省闪电活动时空特征及其与地形的相关性分析

利用山西省2008—2011年的ADTD闪电定位数据,对省内闪电活动时空特征及其与地形的相关性进行了分析。结果表明:不同年份的闪电活动区域差别明显。2008年和2011年省内闪电活跃系数>0.8,闪电活动频繁。山西省中、东部地区闪电最为活跃,最大闪电密度超过4.5次/(km2·年)。负地闪频数明显高于正地闪,但后者平均强度更大。雷暴的产生需要局地加热过程,所以闪电月集中分布在对流旺盛的夏季,日变化峰值集中在午后。受地形抬升机制的影响,在数值上闪电密度与海拔呈现明显的正向线性关系,相关系数达0.9。在空间中闪电活跃区域与海拔变化剧烈的地方一致。因此,闪电活动与海拔高度的相关性实质是海拔梯度对雷暴发展提供抬升动力的体现。     

不同材料建筑物的雷电电磁脉冲屏蔽效能对比试验

为验证不同材料建(构)筑物对雷电电磁脉冲的屏蔽效能,分别架设栅格、全金属、钢混和砖混4种不同材料屏蔽体进行野外雷电试验。基于2014年8月29日17:44具有10次地闪过程的试验数据,对比分析了其中第9次地闪回击过程中4种不同屏蔽体内的磁场信号。结果表明:全金属材料屏蔽体内部磁场为高频振荡波形,砖混材料体内磁场波形特征与经典磁场类似,而栅格和钢筋混泥土材料体内的磁场波形介于两者之间;全金属材料屏蔽体的屏蔽效能最好,栅格和钢筋混泥土材料的屏蔽效能次之,砖混材料的屏蔽效能最差。     

人工触发闪电初始连续电流的中低频磁场特征

中国气象局雷电野外科学试验基地开展的人工触发闪电试验是研究闪电电磁辐射效应的有效手段,利用架设在试验场地周边的多套磁场天线所获取的高灵敏度磁场数据,针对初始连续电流阶段的中低频磁场特征开展研究。得益于磁场天线带宽的拓展,首次解析出了相对平静期内的磁场脉冲,单个脉冲的平均宽度约为1μs,平均脉冲间隔约为14μs,对应了该阶段中上行先导的小尺度击穿发展形式;在近、远距离磁场测量中均观测到了与先导通道头部击穿放电相关的爆发式磁场脉冲,其平均脉冲间隔(约为24.5μs)明显大于平静期脉冲的统计值,而且在爆发式脉冲期间通道底部电流逐步增大到几十至上百安培,表明此时电场条件更加有利于上行先导的发展;此外,高灵敏磁场天线能够直观地呈现出初始连续电流脉冲(initial continuous current pulse,ICCP)的电荷传输过程,且ICCP期间观测到的规则磁场脉冲的脉冲间隔比其他类型的磁场脉冲小一个量级,可能体现了正极性击穿和负极性击穿的特征差异。     

基于ADTD型闪电定位数据的江门闪电特征

利用广东省ADTD(active divectory topology diagrammer)闪电定位系统资料,分析2017-2019年江门地区地闪回击的时空分布特征.结果表明:地闪密度大值分布在江门北部及西部,中部地闪回击密度最低.正地闪回击频次占总回击频次的3.36％,负地闪回击频次占总回击频次的96.64％;月分...     

一次雹暴过程的闪电活动特征及其与雹暴结构的关系

利用闪电定位和双多普勒雷达资料,对华南一次产生冰雹和大风的雹暴过程的闪电活动及其与雹暴动力和微物理条件的对应关系进行分析和讨论。结果表明,此次过程中地闪活动在降雹阶段和降雹后阶段表现出明显差异:降雹阶段地闪频次增减交替,较为活跃;降雹后阶段地闪活动减弱后很快再次增强,地闪频次峰值（503个/6 min）远超过降雹阶段的峰值（268个/6 min）。在分析时段中,负地闪占主导地位,正地闪比例在降雹阶段呈上升趋势。地闪活动的强弱与60 dBZ强反射率的高度变化、70 dBZ回波的出现和消失有较好的相位对应关系。对应降雹阶段,雹暴内具有更强的上升气流和更高含量的冰相粒子。降雹阶段,强上升气流区以及降雹区内地闪活动较少,降雹结束后,原降雹区域的地闪活动明显增加。研究还发现,地闪更多地出现在弱上升、弱下沉气流以及二者交界区域附近。      

北京地区一次飑线过程的闪电特征及其与水汽条件的关系

利用北京闪电综合探测网(BLNet)的总闪定位和雷达回波资料,分析了2017年8月8日北京地区飑线过程的闪电活动特征,并利用变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)反演结果,分析了闪电分布与水汽通量散度的关系。结果表明：1)此次飑线过程的闪电以云闪为主,地闪以负地闪为主,后期正地闪占地闪的比例升高。2)闪电辐射源主要分布在对流区,沿对流线向后部层云区倾斜分布,层云区亮带附近并无辐射源。3)辐射源主要集中在5—10 km高度,其峰值主要出现在6—7 km高度,并且随着对流系统发展、合并辐射源峰值所在高度有所升高,但在对流系统合并后高度有所下降。闪电频数均在每次对流单体开始合并后的18 min达到峰值。4)闪电主要集中在水汽通量辐合区,且辐合强度值越大,闪电越集中。     

北京一次强飑线过程的闪电辐射源演变特征及其与对流区域和地面热力条件的关系

利用2015年夏季北京闪电综合探测（BLNET）总闪辐射源定位、多普勒天气雷达、地面自动气象站和探空资料等多种协同观测资料,详细分析了2015年8月7日北京一次强飑线过程不同阶段的闪电特征,并探讨了闪电与对流区域和地面热力条件之间的关系。飑线过程整体上以云闪为主,根据雷达回波和闪电频数可以将飑线过程分为发展、增强及减弱三个阶段。发展阶段表现为多个孤立的γ中尺度对流降水单体,随着北京城区降水单体的迅速发展,强回波顶高延伸到-20℃温度层高度,闪电辐射源高度也逐步增加,闪电明显增多,但总闪电频数整体低于80次/min。增强阶段单体合并,闪电频数快速增长,0℃层以上及以下的强回波（＞40 dBZ）体积明显增大,飑线形成后,总闪和地闪均达到峰值,分别约248次/min和18次/min,负地闪占总地闪比例为90%,辐射源主要分布在线状对流降水区内,辐射源数量峰值出现在5～9 km高度层。减弱阶段飑线主体下降到0℃以下并迅速衰减,辐射源分布明显向后部层云降水区倾斜。95%的闪电发生在对流线附近10 km范围内,即对流云区和过渡区。在系统发展和增强阶段,对流云区与层云区辐射源的活跃时段基本一致;系统减弱阶段,对流降水云区辐射源数量迅速减少。在系统的不同发展阶段,闪电活跃区域对应于冷池出流同平原暖湿气流在近地面形成的相当位温强梯度带内。