闪电起始过程时空特征的宽带干涉仪三维观测

闪电的起始位置和起始阶段发展速度是闪电研究中的重要问题。2010年夏季,使用架设在广州市从化区的两套甚高频 (VHF) 宽带干涉仪对闪电的起始阶段放电过程进行三维定位观测。对观测数据给出的地闪和云闪的起始高度分布特征以及起始阶段击穿过程的时空发展特征进行统计和对比分析,结果表明:闪电的起始高度分布呈双峰值特征,分别在5.0 km和8.8 km有两个明显的分布峰值,符合雷暴云三极性总体电荷结构的描述。对起始阶段闪电放电发展速度的计算表明,云闪和地闪在起始阶段的前15 ms内的平均发展速度均在104~105 m·s-1量级之间;多数云闪、地闪起始阶段前15 ms内的平均发展速度表现出减速趋势,但云闪个例中起始阶段前10 ms存在减速趋势的比例更高,且其中在前15 ms一直保持减速趋势个例所占比例也大于地闪。云闪和地闪的起始阶段放电过程的发展方向有向上、向下和水平发展3种情形,可用于指示闪电始发位置的环境电场方向。     

一种正地闪触发过程观测和分析

利用2008年夏季在山东滨州获得的无线电窄带干涉仪及同步快慢电场资料,对发生于2008年6月29日的一次具有2次回击的正地闪进行了波形特征分析及定位处理。结果表明,正地闪预击穿过程起始于云中部负电荷区域,有持续时间长达163ms的预击穿过程,并在预击穿后期产生很多双极性脉冲。通过与负地闪的比较,发现云下部正电荷区的浓度对云中触发闪电的极性有一定的影响。正先导的触发和传输过程需要长时间的云内放电过程来提供能量,正流光传输是非阶梯型,结合同步观测的快电场三维定位结果的结合,得到正地闪首次先导速度约为4.1×105 m.s-1,首次回击的速度约为9×107 m.s-1,直窜先导的速度约为4.7×106 m.s-1,继后回击的速度约为9.6×107 m.s-1。正地闪的回击速度偏小,可能是由于干涉仪通道是二维的,且有一定的误差,还讨论了正地闪继后回击产生的原因是由于下部正电荷区很强,不同于一般的正地闪且只有1次回击过程。在该个例中还观测到正先导传输过程中的VHF辐射,这可能是由于雷暴过程下部正电荷区域很强。     

地闪不规则先导的多尺度熵特征

针对不规则脉冲簇难以判别问题,将多尺度熵应用于不规则先导分析中,探讨闪电信号不规则脉冲分析应用中多尺度熵关键参量的选择方法。在此基础上,将不规则先导与直窜先导及梯级先导闪电信号的多尺度熵进行比较。统计分析表明:不规则先导和直窜先导熵值随尺度先增加后趋于平稳,但熵值有很大差异;梯级先导熵值随尺度变化不明显,整体呈增长趋势,与不规则先导的熵值在大于3的尺度上也有所差异,因此当尺度大于3时可将熵值大于1.5的先导归类为不规则先导,熵值小于1.5的先导归类为梯级先导或直窜先导。不规则先导的特征熵平均值为2.0~2.1,最大值范围为2.6~2.8,最小值范围为1.51~1.59。     

宽带干涉仪闪电辐射源三维定位系统

宽带干涉仪闪电辐射源三维定位系统,是一种全闪电宽频带三维定位系统.它能够以微秒级的时间分辨率对闪电击穿过程产生的辐射源实现三维定位,描绘云闪和地闪通道发展的详细三维结构,可用于区域闪电监测和预警;同时,系统能够同步得到闪电通道发展的宽带频谱以及电场变化信息,结合三维定位结果,可以为闪电放电过程物理机制的探讨、雷电物理研究提供丰富的资料.     

脉冲电晕与地闪负先导梯级性机制模式探讨

根据新的观测事实，提出了地闪负先导明亮脉冲可能不是被－慢而弱的流光（引路流光）所此导，而是被一快而短暂的电晕（脉冲电晕）所引导的梯级性流光机制的不同观点。由此出发，对流光间歇时间、梯级长度等重要特征参数进行了新的分析；结合对梯级先导辐射特征脉冲产生机制的进一步分析，提出并论证了明亮脉冲的双向传输，通过一个简单的数值模式对梯级过程进行了计算模式，得到了一些与观测特征基本符合的结果。     

相关时延估计在宽带干涉仪闪电观测中的应用

针对噪声对宽带干涉仪测角的干扰,提出了互相关测角算法.该方法避开频域分析,计算简单.通过仿真试验表明其抗干扰较强,具有一定的精度.通过本方法对人工引雷数据分析,能够明显定位直窜先导-继后回击过程,为宽带干涉仪测角提供了一个新思路.     

广东一次雷暴过程负地闪先导的电学特征分析

利用 0 .0 8μs时间分辨率的大容量慢天线电场变化测量系统在广东从化地区一次雷暴过程中观测得到的 44次负地闪电场变化波形 ,对负地闪回击前 2 0 0 μs内的先导电场变化波形进行了分析。发现负地闪首次回击前的先导电场变化波形 ,按最后一个先导脉冲与相应回击间电场变化特征大致可分为三类。通常负地闪先导过程由若干脉冲式变化组成 ,首次回击前先导脉冲间的平均时间间隔为 1 5.8μs(均方差 5.3μs) ;继后回击前直窜 -梯级先导脉冲间的平均时间间隔为 9.4μs(均方差 5.5μs)。首次回击前最后一个先导脉冲与首次回击间的平均时间间隔为 1 2 .7μs(均方差 7.8μs) ,最后一个先导脉冲幅值与回击峰值之比的平均值为0 .1 (均方差 0 .0 4 ) ,且两者之间有很好的相关性 ,并用回击传输线模式对这一关系进行了解释。     

云闪K过程的三维时空特征

K过程是闪电放电过程中的一种放电事件。该文使用两套VHF宽带干涉仪2010年夏季在广州从化地区获取的3次云闪三维闪电辐射源定位数据,分析其中的K过程时空发展特征与地面电场特征。结果表明:宽带干涉仪观测到的K过程主要由快速发展的负极性放电事件组成,按定位结果的分布可划分为3个阶段:负极性反冲先导发生在云闪起始区域下方,沿正先导一端已有路径向闪电起始区域传播;部分反冲先导能进入之前负先导建立的通道并快速发展;反冲先导将原有通道激活后进一步促进负先导继续发展。同时使用辐射源三维定位数据计算了8次反冲先导的平均发展速度,反冲先导的发展速度为106~107 m·s-1量级,与负地闪中的负极性直窜先导相似,但均小于回击速度。     

多回击负地闪先导通道的辐射和光学特征

利用闪电VHF窄带干涉仪辐射源定位系统和高速摄像系统,对青海大通地区一次有5次回击的负地闪放电过程进行了同步观测,对比分析了通道传输过程的辐射和光学特征.结果表明,光学通道亮度能补充VHF干涉仪定位先导通道的电流特征,VHF干涉仪定位弥补了光学设备拍摄弱放电和云内流光通道的不足;在通道分枝结构上,干涉仪定位的通道和光学通道呈现出很好对应.干涉仪定位分枝通道的辐射源点较明显,但分枝光学通道的出现明显落后于干涉仪定位辐射源通道.对用两种不同观测手段探测的先导通道进行速度计算,发现两者计算的直窜先导和直窜梯级先导速度量级一致,均为106m·s-1,但干涉仪在时间的获取及精确量化上有优势,干涉仪定位计算先导速度的精确度高于光学通道定位.     

基于干涉仪原理的甚高频雷电单站预警

针对目前闪电单站探测与预警装置的局限性,设计了一套基于闪电宽带干涉仪原理的甚高频单站雷电预警装置.该装置通过测量雷电(包括云闪与地闪)起始时刻的辐射信号到达竖直天线阵列的相位差,计算得到该信号的仰角,根据仰角估算雷电的距离,进而根据雷电的距离和活动特征进行雷电报警.单站测距误差分析结果表明,单站系统对半径50 km范围内闪电测距误差在25％以内,半径100 km范围内的闪电测距误差在30％以内.雷电单站预警装置对一次雷暴过程进行了观测,观测结果表明,该装置能有效探测半径100 km范围内的闪电活动状况,探测到的闪电频次分布、闪电距离与多站闪电定位结果保持较好一致性,证明其能有效探测周围闪电活动状况,起到提前预警雷暴的作用.     

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。