山东人工引发雷电综合观测实验及回击电流特征

山东人工引发雷电实验 （SHATLE) 自2005年开始, 六年来共成功引发负极性雷电22次, 包含大电流回击过程88次, 实验获取了包括雷电放电通道底部电流、近距离电磁场、 高速摄像等在内的高质量同步观测资料。对36次实测回击电流的统计分析表明, 回击峰值电流的几何平均值为12.1 kA, 最大值为41.6 kA, 最小值为4.4 kA。回击电流波形的半峰值宽度范围在1～68 μs之间, 电流10%～90%峰值的上升时间几何平均值为1.9 μs, 中和电荷量为0.86 C, 作用积分（action integral, 或称比能量) 为2.6 ×103A2?s。人工触发闪电峰值电流约16.5 kA的回击在30 m处产生的电场变化可达56.0 kV/m, 60 m处的磁场几何平均值为52 μT。一些强烈的M分量可以具有与回击相当的电流峰值和中和电荷量。人工引雷初始阶段上行正先导的发展速度约为0.96×105 m/s。     

Achieving environmentally relevant organochlorine pesticide concentrations in eggs through maternal exposure in Alligator mississippiensis

Alligator mississippiensis eggs from organochlorine pesticide (OCP) contaminated sites in Florida exhibit high rates of embryonic mortality compared to reference sites (P < 0.05). The objective of the present study was to use captive adult alligators to test the hypotheses that maternal exposure to OCPs results in increased OCP concentrations in eggs, and that increased exposure is associated with increased embryonic mortality. A total of 24 adult alligators (8 males and 16 females) were housed in eight pens. Eight females in four pens were dosed with a mixture of p,p'-DDE, toxaphene, dieldrin, and chlordane at a rate of 0.2+/-0.01 mg/kg/day for 274+/-8 days. Treated females produced eggs containing higher OCP concentrations (12,814+/-813 ng/g yolk) than controls (38+/-4 ng/g yolk). Eggs of treated females exhibited decreased viability (13+/-22%) as compared to controls (45+/-20%). Results indicated that 0.6% of administered OCPs were maternally transferred to the eggs of American alligators, and that maternal exposure is associated with decreased egg/embryo viability in this species.     

利用低频磁场天线遥感测量人工引雷中的初始连续电流

2014年夏季的山东人工引雷实验中,我们利用高灵敏度宽频段磁场天线在距引雷点78 m的距离上开展了对人工引雷初始连续电流过程的遥感测量。通过分析实验期间5次人工引雷的综合观测数据,发现磁场遥感方法对人工引雷中特有的初始连续电流有很好的反演效果。通过对78 m距离上获得的磁场测量信号进行积分处理,能够有效地抑制测量过程中白噪声的影响,从而反演得到初始连续电流的低噪声时变波形。该方法为获取空中引雷实验中的初始连续电流波形提供了一种解决方案,同时也可用于反演近距离自然闪电中地闪回击中的长连续电流的时变波形。     

闪电初始放电阶段亚微秒电场变化波形特征

本文选取2008年西藏羊八井地区与2009年东北大兴安岭地区快、 慢天线闪电电场变化仪观测资料, 对云闪起始阶段和地闪预击穿阶段亚微秒电场变化波形特征进行了统计分析, 发现, 无论是云闪还是地闪, 初始阶段快电场变化波形均表现为一系列脉冲形式, 且以归一化幅值小于0.5、 脉冲宽度小于等于10 μs的窄脉冲为主; 同低海拔地区相比, 高原地区地闪预击穿阶段脉冲总数相对较高, 窄脉冲所占比例相对较低, 幅值可与首次回击峰值相比拟的双极性大脉冲的发生比例较低。在统计的基础上, 对产生双极性脉冲的物理机制进行了分析, 发现较大的电流传输速度和电流衰减长度, 是导致双极性大脉冲波形幅值远大于其它脉冲的主要原因。     

云分辨尺度下一种综合调整水物质含量的闪电资料同化方法

在直接调整水汽含量（称为F12）和直接调整冰相粒子浓度（称为Q14）两种闪电资料同化方法的基础上,提出了一种综合调整冰相粒子浓度和水汽含量（称为C17）的闪电资料同化方法,选取一次具有完整闪电观测资料（云闪加地闪）的飑线过程,利用WRF在云分辨尺度进行数值模拟,详细比较了3种闪电资料同化方法的模拟结果。与不进行闪电资料同化的控制试验相比,闪电资料同化试验明显改进了模式对流活动的模拟能力,但是不同同化方法有所差异。在同化时段内,F12方法中回波强度较小,形成大范围层云区,回波中心比实测偏向下游;Q14方法回波强度和落区同实测最为接近,但是对层云区的模拟无明显改进;C17方法综合了F12和Q14方法的优势,与F12方法相比,回波强度增大,落区更加接近实测,层云区面积扩大。同化结束后,F12方法冷池有所增强,雨区向东北方向延伸,但是强度较弱,形成大范围的弱降水区,同化正面效果保持最久;Q14方法低层大气偏干,地表冷池偏强,对流系统迅速移动并衰减,降水区域比实测偏南,同化正面效果消失较快;C17方法冷池范围和强度与实际观测最为接近,降水较F12方法增强,模拟出的飑线形态得到调整,模拟出了实测中的另一降水中心,同化正面效果保持时间延长。      

Influence of Topography and Large-scale Forcing on the Occurrence of Katabatic Flow Jumps in Antarctica： Idealized Simulations

The Regional Atmospheric Modeling System （RAMS）, which is a non-hydrostatic numerical model, has been used to investigate the impact of terrain shape and large-scale forcing on the Antarctic surface-wind regime, focusing on their roles in establishing favorable flow conditions for the formation of katabatic flow jumps. A series of quasi-2D numerical simulations were conducted over idealized slopes representing the slopes of Antarctica during austral winter conditions. Results indicate that the steepness and variations of the underlying slope play a role in the evolution of near-surface flows and thus the formation of katabatic flow jumps. However, large-scale forcing has a more noticeable effect on the occurrence of this small-scale phenomenon by establishing essential upstream and downstream flow conditions, including the upstream supercritical flow, the less stably stratified or unstable layer above the cold katabatic layer, as well as the cold-air pool located near the foot of the slope through an interaction with the underlying topography. Thus, the areas with steep and abrupt change in slopes, e.g. near the coastal areas of the eastern Antarctic, are preferred locations for the occurrence of katabatic flow jumps, especially under supporting synoptic conditions.     

Economics of transboundary aquifer management

This paper presents a general model of optimal water management for a transboundary aquifer under three different management approaches: cooperative, noncooperative, and myopic. Comparing the results from the approaches, we find the cooperative solution, where a single management plan is executed for all parts of the aquifer, results in the highest level of net social welfare, followed by the noncooperative and then the myopic. The trade-offs we find for the higher levels of welfare are lower use levels in the earlier periods. We present a short discussion of factors that can increase the inefficiencies of the models and suggest directions for future research.     

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。     

卫星观测到的青藏高原雷电活动特征

利用TRMM卫星上携带的闪电探测系统获取的闪电定位资料首次对青藏高原上的闪电活动进行了研究。研究发现,青藏高原上的闪电活动呈现出大陆性气候特征,但是受其特殊地形的热力和动力特征所调制,高于93％的闪电活动发生于5—9月之间,并在夏季出现单一闪电活动峰值。随着地表加热和湿度的增加,闪电活动在5月份开始明显增加。较高的闪电密度发生在高原的中部,揭示了闪电活动与地形特征的相关性。63％的闪电活动发生于14：00—18：00(地方时,下同)之间,而只有＜3％的闪电发生于00：00—l0：00之间。闪电光辐射能的时平均值也呈现出明显的日变化,随着太阳的升起,闪电光辐射能在08：00开始增加,并在l0：00达到稳定的极大值,直到02：00开始明显减小。闪电的光辐射能在高原北部呈现最大值,高原西部呈现最小值。青藏高原上的闪电放电强度比其它地区弱得多,其差别归因于高原上较低的对流不稳定能量。     

闪电同步记录触发装置

通过捕获闪电放电的瞬态模拟信号,经预置触发电平窗口控制,形成一个宽度为100μs,上升沿为10ns的固定幅度的脉冲指挥信号,同时触发各观测闪电的记录设备及GPS同步的高精度时钟,开始记录点定标在闪电发生时域的信号波形上,记录的绝对精度时间由高精度时钟标记,实现了同一闪电不同参量记录尺度开始记录点的一致性,为对比分析闪电不同参量精细结构及多站计算闪电到达时差提供了精确的基准点。