大兴安岭林区负地闪电荷源的反演

在中国东北大兴安岭林区进行了基于全球定位系统(GPS)时间同步的闪电地面电场变化多站观测.利用2010年7月14日一次过境雷暴多站同步的闪电电场变化资料,采用非线性最小二乘拟合法对雷暴成熟阶段的15次负地闪(包含57次回击和8次连续电流过程)中和的电荷源进行了拟合.大兴安岭林区负地闪单次回击中和的电荷量平均为1.0C(范围为0.1-5.0C),20%的继后回击中和电荷量大于首次回击,继后回击与首次回击中和电荷量的比为0.1-6.1,平均为0.8±1.0.单次连续电流中和的电荷量平均为3.8C(范围为0.4-7.3C),连续电流期间通道中的平均电流估计为25.3A(范围4.9-50.8A),一次负地闪中和的总电荷量平均为6.4C(范围为1.4-12.4C).负地闪回击和连续电流中和电荷源的高度分布与雷暴云的发展有关,对应的环境温度为-10--25℃.在雷暴成熟阶段前期,负地闪回击和连续电流中和电荷源距地面的高度从5.0km缓慢上升至10.5km;在雷暴成熟阶段后期,负地闪回击和连续电流中和电荷源距地面的平均高度从9.0km下降到6.0km,单次回击中和的电荷量也较前期减小约一个量级.与雷达回波的叠加显示,负地闪回击和连续电流中和的电荷源主要位于大于40dBz的强对流中心区,部分位于30-40dBz的强回波区边缘或较弱的回波区.     

北京与兰州地区的地闪特征

利用闪电定位系统(LLS)在兰州地区和北京地区探测到的共两万多个地闪资料,对两地的正、负地闪特征进行了对比。分析发现兰州地区的正闪比例是北京地区正闪比例的5倍多。北京地区的正闪平均强度近似为负闪的3倍,而兰州地区的正闪强度只有负闪的2.2倍。无论正闪还是负闪,两地的地闪强度均是稳定的正态分布,并且与雷暴本身的特征无关,从而可用DF强度来作雷暴临近的估计。两地的正、负地闪的回击数均按指数规律下降,不过北京地区的多次回击较兰州地区的多次回击要多。两地的闪电频数都在下午后期出现峰值,但北京地区的闪电频数最大值和最小值都较兰州地区早1小时出现。 通过试验找到了地闪定向仪显示数与闪电辐射电场和放电电流的关系,扩大了地闪定向仪的利用率。     

地闪连续电流特征的统计分析

利用高时间分辨的闪电电场变化资料,统计分析了我国甘肃和广东地区闪连续电流特征。结果表明：在甘肃中川地区１０３产次地闪中,带有连续电流的地闪有４９．５％,连续电流的平均持续时间为８８．９ｍｓ;在广东地区的９８次地闪中有连续电流的地闪占５２％,连续电流的平均持续时间为１５８．２ｍｓ。在这两个地区,带有连续电流最多的是有２次或３次回击的地闪,连续电流的持续时间与产生它的回击和前一回击之间的时间间隔△Ｔ呈     

湖南冰雹灾害天气的地闪特征

利用地面雷电定位系统的观测资料,结合天气背景及地理特征,对2004-2006年期间发生在湖南省湘西自治州、邵阳市、株洲市等3市（州）的10起冰雹灾害天气的进行综合分析,并详细分析3次典型过程的地闪特征,结果表明：冰雹天气都伴有地闪发生,地闪平均持续时间为2h左右,每10min的地闪峰值在1-19次之间,正闪比例不高,与北方冰雹天气的高正地闪频数特征存在明显不同,持续过程中都会出现地闪频数峰值或次峰值,其平均雷电强度和平均雷电陡度均高于一般雷暴天气。     

甘肃中川地区雷暴地闪特征的初步分析

本文分析了1987年6月28日甘肃中川地区一次雷暴过程中地面4个测站的电场资料,并定量估算了4个地闪的8个回击所中和的电荷量及其高度。负地闪回击所中和的电荷离地高度为4km左右(对应的环境温度为-11.2℃),而正地闪回击所中和的电荷离地高度为2km左右(环境温度+4.9℃)。负地闪大多发生在云闪后的电场恢复阶段,且在开始时往往具有持续几百毫秒的云内放电过程。其激发过程可能是首先在云底部正电荷区产生向上传输的持续正流光,导致云中部负电荷向下移动,并引发向下传输的负先导,最终导致地闪回击的发生。     

湖南冰雹灾害天气的地闪特征

利用地面雷电定位系统的观测资料,结合天气背景及地理特征,对2004~2006年期间发生在湖南省湘西自治州、邵阳市、株洲市等3市(州)的10起冰雹灾害天气的进行综合分析,并详细分析3次典型过程的地闪特征,结果表明:冰雹天气都伴有地闪发生,地闪平均持续时间为2h左右,每10min的地闪峰值在1~19次之间,正闪比例不高,与北方冰雹天气的高正地闪频数特征存在明显不同,持续过程中都会出现地闪频数峰值或次峰值,其平均雷电强度和平均雷电陡度均高于一般雷暴天气。     

上海及周边地区地闪活动特征及海陆差异

利用LS8000闪电定位系统2009—2011年的地闪观测资料对上海及周边地区(120~122.5°E,30~32°N)的地闪活动特征进行了研究。结果表明:分析区域内正地闪的比例约占8.5%,大电流地闪(电流绝对值大于50kA)的比例约为5.6%。地闪活动主要集中在6—9月,峰值出现在8月;日变化上,12:00—19:00闪电活动最为活跃,峰值出现在14:00,凌晨闪电活动最弱。从日变化上来说,正地闪和大电流地闪比例在地闪活动较强时段低于地闪活动较弱时段;在月分布上,在地闪活动最强的夏季,正地闪比例普遍在10%以下,在地闪活动较弱的春、秋、冬季,正地闪比例普遍在10%以上。以北纬31°为界,分析区域北部地闪密度基本在6~12次·km-2·a-1以上,南部基本在2.4~4.8次·km-2·a-1。同时陆地上的地闪密度要显著高于湖泊和海洋上的地闪密度,而海洋上的正地闪比例和大电流地闪比例要显著高于陆地。闪电空间分布的时间变化说明,下午地闪活动主要出现在陆地,而凌晨地闪主要出现在水体附近,其它时段则表现出过渡特征,这与下垫面的加热作用紧密相关。     

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。     

一次春季强对流过程地闪分析

利用地闪监测资料、多普勒天气雷达产品对2010年3月5日一次全省性强对流过程地闪分布情况进行分析。结果表明,不同形状的单体以及单体发展的不同阶段,负地闪分布区域不同;地闪频数峰值出现在55～60 dBz区域内,在回波强度大于60 dBz的区域内地闪频数降低,且在回波强度最大的区域65～70 dBz内无地闪发生。     

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、8.8μs和111.0μs,几何平均值为3.7 ms、35.6ms、36.5 ms、7.4μs和98.2μs;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、11.5μs和297.3μs,几何平均值为3.0 ms、57.8 ms、60.0 ms、10.0μs和217.9μs。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。     

A Comparison of the Characteristics of Total and Cloud-to-Ground Lightning Activities in Hailstorms

The region of Beijing-Tianjin-Hebei is covered by two different lightning detection networks: SAFIR (Systeme d’Alerte Fondre par Interferometrie Radioelecctrique) for total lightning, including IntraCloud (IC) flashes and Cloud-to-Ground (CG) flashes, and the ADTD (ADvanced TOA and Direction system; TOA denotes time of arrival) network of China for CG lightning. Fourteen isolated hail-bearing thunderstorms in this region were examined in this study, using the data of SAFIR and ADTD. The peak of lightning frequency, for both total lightning and CG lightning, was often observed in advance of the occurrence of hailstones on the ground, with a trend of a rapid increase of lightning frequency before the hail was reported. The average lead times of the two types of lightning jump before hail events were obtained (total lightning: 32.2 min; CG: 25.4 min) through the 2σ lightning jump algorithm. Additionally, in hailstorms with a high ratio of positive CG flashes, the diameter of hail was larger and the duration of hail was longer; when negative CG flashes dominated, the diameter of hail was relatively small. The comparison of the characteristics of total lightning and CG flashes in hailstorms in this study is expected to serve as a supplementary tool for hail forecasting.     

基于ADTD资料的浙江地区多回击地闪特征分析

利用2007-2018年浙江省ADTD闪电定位资料,分析了该地区多回击地闪分布及相关参数特征.结果表明:浙江省多回击地闪占总地闪的26.74％,其中正闪以单回击地闪为主;正、负闪平均回击数分别为1.04次和1.65次,最大回击数分别为5次和21次.回击数和地闪数存在较为一致的年际变化,正、负多回击地闪日变化分别呈多峰和...     

大兴安岭特大森林火灾气象成因的分析

本文分析了1987年5月大兴安岭特大森林火灾的气象成因。前期干旱、少雨及5月上旬气温的显著偏高,是发生特大火灾的气候背景。大兴安岭位于我国最北部,属于寒温带,年平均气温只有-3—-6 ℃,有机物分解缓慢,使林内可燃物越积越多,是发生火灾的物质基础。在已有大量火源存在的情况下,正逢有强干冷锋过境,平均风速达8—12 m/s,最大17.0 m/s,使火势急速蔓延,是造成特大森林火灾的最关键因素。地形与气温、积雪有密切关系,也对火场的蔓延有一定的影响。     

首次回击具有双接地点的地闪光学和电学特征的个例分析

利用成像率为1000幅／s的数字化高速摄像系统和时间分辨率为1μs的快、慢天线闪电电场变化测量仪在广州附近观测到一次首次回击具有两个接地点的负极性地闪。两个分支到达地面的时间间隔约为30μs;在发生回击R2时,其中一个分支的直窜先导发展成为企图先导。观测发现M一分量的发光要比梯级先导强;回击间的K一变化与云中的在击穿和通道的延伸有关,但不引起云地间通道的发光。光学和电场变化的同步观测证实了直窜一梯级先导的发展速度与前一次回击的时间间隔有关,较快的先导发展速度对应于较短的回击时间间隔,较慢的发展速度对应于较长的回击时间间隔。另外,本文在资料分析的基础上,提出了产生双接地点的四种可能原因。     

基于高时间分辨率快电场变化资料的北京地区地闪回击统计特征

利用2014年北京闪电网观测到的4站及以上同步高时间分辨率闪电快电场变化资料,对北京地区5次雷暴过程中304次正地闪和1467次负地闪的回击特征进行了统计分析,主要包括:回击次数、10%~90%上升时间、下降时间、半峰值宽度、回击间隔、回击峰值电场强度、回击间隔和回击序数的关系等。结果表明,正、负地闪中单回击地闪所占比例分别为91.1%和24.2%,单次负地闪的平均回击次数为3.8次,观测到的最大回击数可达20次。304次正地闪首次回击的10%~90%上升时间、下降时间和半峰值宽度的算术平均值分别为4.2μs、14.5μs和6.2μs;29次正地闪继后回击对应值分别为3.6μs、12.6μs和5.7μs;1467次负首次回击的对应值分别为2.4μs、23.9μs和5.3μs;4109次负继后回击的对应值分别为1.7μs、19.5μs和3.4μs。正、负地闪回击间隔的几何平均值分别为106 ms和59 ms。负地闪回击间隔呈对数正态分布,平均回击间隔随着回击序数的增加有逐渐减小的趋势。最后,还对70次正回击、421次负首次回击和789次负继后回击峰值电场进行了统计,将其归一化到100 km的平均值分别为11.2 V/m、7.2 V/m和5.0 V/m。平均来看,负地闪首次回击峰值电场比继后回击峰值电场大1.4倍,但是有23.5%的继后回击峰值电场大于其对应的首次回击。     

基于闪电定位数据的地闪密度修订

利用湖北省闪电定位系统(Lightning Location System,LLS)资料,用网格地闪密度数据表征地闪的空间分布,测站距离因子表征探测站布局,对2015年地闪空间分布特征进行分析,结果表明,其密度与因子之间存在负相关,其中雷电流幅值5~30kA的密度分量与因子之间存在显著性相关,大于30kA的密度分量与因子相关不显著。同时发现探测站布局对地闪空间分布的疏密程度有一定的影响,因此有必要对密度进行修订,以消除测站布局的影响。运用线性回归方法及其残差理论,建立了网格地闪密度的修订模型和相对探测效率的统计模型。验证了密度分段修订和不分段修订结果的一致性。通过对理论探测效率和相对探测效率的对比分析,论证了地闪密度修订方法和相对探测效率统计方法的可行性。     

北京地区负地闪回击转移的电荷量

负地闪是闪电危害的主要来源,其对地转移电荷源特征和电荷量不仅对闪电放电机理的研究有重要意义,而且对雷电防护也具有重要的实际应用价值。为了研究具有典型城市下垫面环境的北京地区的闪电活动特征和放电强度,利用北京地区2011年两次雷暴过程的多站GPS(Global Position System)同步闪电地面电场变化定量观测资料,在考虑消除场地和环境因素对电场变化观测资料影响的基础上,基于蒙特卡洛数据处理方法和非线性最小二乘法拟合反演算法,定量研究了负地闪回击中和的电荷源位置和电荷量,并对回击特征与回击转移电荷源之间的关系进行了讨论,得到如下结果:(1)单次回击中和的电荷量为1.1~27.6 C,平均为8.6±5.2 C,不同序数回击转移电荷量的最小值基本不随回击序数的上升而变化,最大值和均值随回击序数的上升而减小;一次负地闪中和的总电荷量随着回击数的增加而增加。(2)负地闪回击数和回击时间间隔都呈对数正态分布,其中负地闪总数70.4%的多回击负地闪其回击间隔平均为99±95 ms,不同序数回击的时间间隔最小值随回击序数的上升基本不变,时间间隔最大值和均值随回击序数的上升而减小。(3)回击转移电荷量的均值随回击间隔的增加呈波动形式的逐渐上升;相邻回击转移电荷源的空间距离均值随回击间隔的增加而增大。     

辽宁省一次强对流天气的地闪特征

利用闪电定位系统、多普勒雷达和加密自动站资料对辽宁一次冷涡天气中暴雨、冰雹过程的地闪变化特征进行分析。结果表明,暴雨和冰雹过程均出现了地闪密集区,冰雹过程中正地闪占总地闪比例高于暴雨过程;暴雨过程以负地闪为主,主要分布在45 dBz以上的强回波区内,和暴雨持续时间相当,负地闪最密集区位于风暴的核心部位。负地闪频数比强回波面积提前30至70分钟到达峰值,对于短时暴雨预报预警具有一定意义。冰雹过程中,负地闪集中在雹云前部,正地闪位于雹云核心部位,与降雹区一致,正、负地闪发生区域分离。正地闪提前降雹30分钟左右发生,总地闪、正地闪频数在降雹前明显增加;降雹出现在总地闪、正地闪频数和强回波面积达到峰值及从峰值迅速下降时间段内;雹云减弱消散阶段总地闪次数减少但正闪增加。     

江西省地闪特征及其与雷达特征量关系研究

利用2013—2020年3—9月江西省多普勒天气雷达和地闪观测资料,对地闪分布特征及其与雷达主要特征量之间的关系进行统计分析。结果表明：江西省地闪频数从东北到西南逐渐减小,其北部鄱阳湖平原为地闪频数高值区;地闪频数具有明显的季节变化和日变化特征,总地闪频数在16:00达到一天的峰值;地闪频数与低层（3km）雷达回波强度的关系可用对数拟合方程来描述,地闪频数与低层雷达回波面积的变化趋势正相关,回波越强相关性越强,但二者存在位相差,地闪增加先于回波面积增加的情况约占57%～60%,大多数情况下可在18min内发现两者均有增加;箱线图特征显示,随着回波强度增大,地闪发生时的回波伸展高度相应减小,而回波厚度略增大,从而得出不同强度回波的地闪发生格点周围10km半径范围的雷达回波特征。