大气冰核对雷暴云电过程影响的数值模拟

利用已有的二维雷暴云起、放电模式模拟了一次雷暴天气,并通过敏感性试验研究了冰核浓度变化对雷暴云动力、微物理及电过程的影响。结果表明：随着大气冰核浓度的增加,雷暴云发展提前,上升气流速度和下沉气流速度均呈现降低的趋势。大气冰核浓度提升有利于异质核化过程增强,冰晶在高温区大量生成,而同质核化过程被抑制,因此冰晶整体含量降低,引起低温区中霰粒含量降低和高温区中霰粒尺度降低。在非感应起电过程中,正极性非感应起电率逐渐减小,负极性非感应起电率逐渐增大。由于液态水含量随大气冰核浓度的增加逐渐降低,高温度冰晶携带电荷的极性由负转变为正的时间有所提前。在感应起电过程中,由于霰粒尺度减小及云滴的快速消耗,感应起电率极值逐渐降低。冰晶优先在高温区生成而带负电,不同大气冰核浓度下的雷暴云空间电荷结构在雷暴云发展初期均呈现负的偶极性电荷结构。在雷暴云旺盛期,随着冰核浓度增加,空间电荷结构由三极性转变为复杂四极性。在雷暴云消散阶段不同个例均呈现偶极性电荷结构,且随着冰核浓度的增加电荷密度值逐渐减小。     

太平洋年代际振荡对广东省雷暴日年际变化的影响

探讨具有明显周期的大气涛动与雷暴活动之间的相关关系,对雷暴气候特征的变化趋势预测意义重大。以广东省54年的雷暴日年际变化为例,通过小波变换法对雷暴活动的年际变化周期进行研究,探索雷暴日与太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,简称PDO)指数两者之间是否存在长周期的响应关系,经分析得出以下结论：广东省雷暴多发期大多出现在PDO冷位相时期,雷暴少发期多出现在暖位相时期;且广东省雷暴日存在明显的30年左右的振荡周期,与PDO的变化周期具有较好的对应关系,年平均雷暴日与当年3—7月的PDO指数相关性最好,相关系数达0.52,灵敏度达-619.1±135.7%,呈负相关。高雷暴日,与PDO指数的十年平滑值之间具有很好的相关性,两者相关系数可达0.77。     

气溶胶对雷暴云微物理过程和起电影响的数值模拟

将云滴冻结方案植入已有的二维雷暴云起、放电模式,结合一次山地雷暴个例,探讨了气溶胶浓度对雷暴云微物理过程、起电以及空间电荷结构的影响。结果表明:气溶胶浓度增加,云滴数目增多,尺度降低,雨滴含量减少;云滴冻结导致冰晶在低温区快速生长,冰晶数浓度增加,尺度减小,当气溶胶浓度高于1000 cm-3后小冰晶难以增长成大尺度的霰粒子,因此霰粒子数浓度先增加后急剧减少。此外,气溶胶浓度的大小不会影响雷暴云的电荷结构特征,但会对云内的起电强度产生明显的作用:当气溶胶浓度较低时,增加气溶胶浓度,更多的冰晶和霰粒子发生碰撞使得云内起电过程增强,空间电荷密度增加;当气溶胶浓度高于1000 cm-3后,少量的霰粒子和小冰晶的出现抑制了非感应起电过程,导致电荷密度降低。     

雷击建筑物的先导连接过程模拟

为了研究闪电先导与地物的相互作用,该文建立了一个闪电先导的二维模式以模拟雷击建筑物的先导连接过程。模拟得到梯级长度在13.8～51.5 m的范围内,下行先导的感应电荷为0.03×10~(-4)～1.2×10~(-4) C/m,梯级长度和感应电荷量均随着先导离地高度的下降而增加,模拟结果与观测值相吻合。下行先导最后一跳之前的转向并不明显,但最后一跳,下行先导向避雷针产生的上行先导偏转一定角度。模式模拟了下行先导与40 m宽度的建筑之间的相互作用和连接过程,得到建筑物拐角也具有一定的吸引半径,避雷针和拐角之间存在竞争关系。因此,在雷电防护设计中需要考虑拐角等复杂结构尖端对闪电的吸引作用,简单地采用理想情况(如地面孤立高耸尖端)下避雷针的吸引半径等参数进行复杂建筑物的防雷设计会存在问题和隐患。     

双亮度差方法测量白天气象能见度时的误差分析

对数字摄像能见度观测系统采用双亮度差方法测量白天气象能见度时非标准观测条件引起的误差进行理论分析, 并给出了相应的误差控制措施。结果表明:对于正南、正北方地平线附近天空亮度的分布, 除了天空布满均匀云层和晴天的中午较为均匀以外, 其他时刻垂直相对梯度都较大, 通常在4%/°～10%/°范围内, 而水平相对梯度大多较小, 低于2%/°;不同组的目标-背景视线方向不一致是不容忽视的一个误差源, 为了限制和最大程度地减小其不利影响, 最好选择具有相同视线仰角的目标物和天空背景, 且视线方位角的差异越小越好;可对目标物两侧的天空背景的亮度进行测量, 内插获得与目标物视线方向一致的天空背景的亮度;视线方向上气柱照明不均匀会导致测量误差且人工无法调控, 应尽量选择下垫面特性较为均匀的观测场地, 通过多次采样平均在一定程度上能够减小其影响, 也可实时监测视野范围内场地和天空的亮度分布, 识别较差的照明状况以免获得误差较大的观测记录;利用树木、草丛、山体、墙壁和窗户等暗目标物难以满足双亮度差方法对观测条件的要求, 最好采用反射率足够低的人工实用黑体目标物。     

雷电单站定位系统

本文介绍数字化的VLF雷电单站定位系统，本系统以Wait的波导理论为基础，测量磁—电场的相位差确定测站与源的距离。系统主要由接收机、BC-5波形存贮液器、H-89微型计算机及控制软件包组成。其性能较好:快速（最高记录速度为4兆字节/秒）、灵活（功能可用软件改变）、宽带（100赫兹—200千赫兹）。利用此系统观测到VLF频谱，并作了单站定位的初步尝试。     

人工引雷上行正先导传播过程中爆发式磁场脉冲极性反转现象的观测与分析

为了进一步理解人工引雷上行正先导的传播过程及相关的爆发式电磁辐射脉冲,本文分析了2014年8月23日山东沾化人工触发闪电实验（SHATLE）中获得的三次上行正先导通道含有明显向下传播过程的个例。结果表明,在初始连续电流阶段观测到的爆发式磁场脉冲极性反转现象与正先导头部发展方向相对于观测位置投影方向的变化密切相关。因此可以推断,爆发式磁场脉冲是由正先导头部较小空间尺度放电过程辐射出的,就本文分析的个例而言,爆发式磁场脉冲辐射源的放电尺度约为2 m,放电强度的最大值达到2.49 kA。爆发式磁场脉冲的辐射机制不同于人工引雷先导始发阶段初始脉冲电流产生的磁场脉冲的辐射机制,可能与正先导通道头部的梯级形式发展过程相关。     

1997/1998 El Niño期间中国南部闪电活动的异常特征

基于近8年卫星观测的全球闪电资料, 对中国东南部和中南半岛各季节闪电密度距平场进行EOF分析发现, 在这一El Niño事件期间, 与NINO3区海表温度正距平升高的同时, 1997年春季该地区的闪电活动就出现了显著的正异常, 并一直持续到次年春季结束, 各季度的正异常区闪电密度距平百分率依次是89%, 30%, 45%, 498%和55%, 其中冬季变化幅度最大; 正异常区在冬、春季位于中国南部及其沿海地区, 而在夏、秋季位于中南半岛南部及泰国湾. 与正常年份相比, 各季闪电密度正距平中心位置显著偏西, 特别是冬、春季同时偏北. 另外, 中国南部地区的闪电密度和对流性降水量及高CAPE日数三项距平百分比的年际变化分析表明, 正异常区和黑潮主干区这三项的距平百分比之间两两相关; 在三项中, 闪电密度的相对变化率最大, 闪电活动对El Niño事件的响应最灵敏. 但是, 黑潮主干海域、青藏高原和西北、华北-东北等地区的闪电活动对El Niño事件的响应情况更为复杂和多样化.     

冰晶异质核化对雷暴云电过程影响的数值模拟

引入一种新型冰晶异质核化方案,基于二维雷暴云模式,探讨雷暴云电过程对三种异质核化的响应.结果 表明:浸润核化是冰晶生成的最重要异质核化过程,较高数浓度的冰晶消耗雷暴云内液态水含量,抑制淞附过程,导致霰粒子比含水量低,表现为较强的负极性非感应起电率;接触核化生成的冰晶量最少,仅对雷暴云中下层3～5 km处的冰晶有贡献,同...     

合肥地区地闪特征

根据观测资料 ,分析了利用闪电辐射场信号大容量采集系统观测到的合肥地区地闪回击特征。结果表明 ,每次地闪回击数频率分布并不表现为简单的指数衰减特征 ,回击数在 5次以下的各回击数出现频率几乎相当 ,单次回击地闪的比重只有约 1 5 %。平均地闪回击数为 4 .2次 ,观测到的最大回击数为 1 6次。地闪回击归一化电场强度近似服从对数正态分布。 1 69例首次回击平均电场强度为 9.3V·m- 1 (归一化到 1 0 0km ,下同 ) ,485例继后回击的平均电场强度只有 4 .5V·m- 1 。 480例继后回击与首次回击场强之比平均为 0 .6 ,有 1 8%地闪过程至少有一次比首次回击强的继后回击。相邻两次回击间隔时间呈现对数正态分布特征。观测到的最短回击间隔为 1 .6ms ,约 30 %的回击间隔 >1 0 0ms,在40～ 1 0 0ms之间的回击间隔比重约为 50 %。回击间隔时间与间隔前后回击相对强弱之间存在系统性的变化趋势 ,当两次回击间隔在 40ms以下时总是以‘前强后弱’的回击组合占主导地位 ,相反 ,当回击间隔时间增加到 >1 0 0ms时 ,约 55 %的回击间隔表现为‘前弱后强’的回击组合。