广东野外雷电综合观测试验十年进展

雷电野外科学试验是认识雷电发生、发展物理过程及其致灾机理的重要途径,也是开展真实雷电电磁环境下雷电防护技术测试的重要方式。自2006年开始,中国气象科学研究院和广东省气象局在广州野外雷电试验基地,持续合作开展了雷电野外综合观测试验,在人工触发闪电和自然闪电物理过程及其雷电防护技术测试试验等方面取得了若干研究结果。十年期间共成功触发闪电94次,回击电流峰值最大值为42 kA,平均值为16 kA;分析给出了自然闪电预击穿过程电场变化脉冲特征类型和差异;观测发现高建筑物上行连接先导可达几百米甚至超过1 km,其发展速度可达106 m/s量级,下行先导与上行连接先导的连接呈多样性;雷电防护技术测试试验表明人工触发闪电近距离电磁场耦合在架空线路上的感应电压达到千伏量级,多回击、长连续电流和地电位抬升是造成浪涌保护器(SPD)损害的主要因素;闪电定位系统探测性能的评估结果显示粤港澳闪电定位系统的闪电和回击的探测效率分别为96%和89%,定位误差算术平均值为532 m,回击电流强度的估算值约为真实值的0.63倍。     

基于声光信号的单站式闪电三维通道定位系统

目前基于雷声的三维定位系统多停留在实验阶段,从业务化运行的角度考虑,改进了单站式闪电三维定位系统的麦克风阵列,设计了定位算法,利用该系统采集了2014年夏季南京地区的部分闪电数据,并从计算耗时的角度对三维通道实时定位的可行性进行了研究。结果表明,基于声光信号的单站式闪电三维通道定位系统可重构闪电的三维通道;对连续的雷声信号进行分帧,帧长取0.03 s时,声源定位点可描绘出清晰的闪电主通道;采用分组保存和处理闪电声光信号的方法,可实现实时定位,当一组数据的保存时间为50 s时,计算耗时为46.507 s。     

New model simulations of the global atmospheric electric circuit driven by thunderstorms and electrified shower clouds: The roles of lightning and sprites

Several processes acting below, in and above thunderstorms and in electrified shower clouds drive upward currents which close through the global atmospheric electric circuit. These are all simulated in a novel way using the software package PSpice. A moderate negative cloud-to-ground lightning discharge from the base of a thunderstorm increases the ionospheric potential above the thundercloud by 0.0013%. Assuming the ionosphere to be an equipotential surface, this discharge increases the current flowing in the global circuit and the fair-weather electric field also by 0.0013%. A moderate positive cloud-to-ground lightning discharge from the bottom of a thunderstorm decreases the ionospheric potential by 0.014%. Such a discharge may trigger a sprite, causing the ionospheric potential to decrease by . The time scales for the recovery of the ionospheric potential are shown to be , which is of the same order as the CR time constant for the global circuit. Knowing the global average rate of lightning discharges, it is found that negative cloud-to-ground discharges increase the ionospheric potential by only 4%, and that positive cloud-to-ground discharges reduce it by 3%. Thus, overall, lightning contributes only 1%—an almost insignificant proportion—to maintaining the high potential of the ionosphere. It is concluded that the net upward current to the ionosphere due to lightning is only . Further, it is concluded that conduction and convection currents associated with “batteries” within thunderclouds and electrified shower clouds contribute essentially equally ( each) to maintaining the ionospheric potential.     

FY-4A白天对流风暴和闪电产品在华北强雷暴天气分析中的应用

我国第二代静止气象卫星FY-4A观测能力较之前有明显提升,在天气特别是对流性天气监测和预测中具有较强的应用潜力。利用FY-4A气象卫星多通道扫描辐射成像仪(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)和闪电成像仪(Lightning Mapping Imager,LMI)数据开展研究,分析了反演产品在强雷暴天气中的应用。研究表明,扫描辐射成像仪多通道组合白天对流风暴红-绿-蓝（red-green-blue,RGB）合成产品可以突出具有强上升气流的对流性雷暴云,较单通道及多通道可见光合成产品具有监测优势;闪电成像仪产品较地面闪电探测闪电产品能够探测到更多的闪电,对新生对流和较弱对流产生的闪电监测具有优势;在华北和黄淮一次强雷暴天气过程中,白天对流风暴RGB合成产品能够监测云系发展的过程,卫星监测闪电活动频数和冰雹活动一致性较好。     

广东地区雷电活动的气候分布特征

利用地闪定向仪(DF)和时间到达法(TOA)定位技术,1997年3月～1998年6月在研究范围内共计得到404431次地闪资料.分析了地闪的雷电流强度、回击数的气候概率分布特征以及雷电参数的日变化及其空间分布的气候规律.正闪占总闪的比例仅为5.03%,正负闪密度的高值中心均在(114.E,23.N)附近.总体日变化特征明显,全天有两个高值时段,分别为00～06时和12～18时.与北方地区的雷电特征不同.结果表明雷电活动特征可以基本揭示本地区天气活动的时空分布的规律.     

防雷装置设计审核和竣工验收行政许可档案管理的思考

防雷装置设计审核和竣工行政许可(简称防雷行政许可)是气象行政许可中的一个重要许可事项.防雷行政许可是各级气象行政主管机构根据公民、法人或者其他组织的申请,经依法审查,准予其从事防雷设计施工等相关活动的行政性管理行为.随着行政审批事项数量的逐年增大,要求防雷行政许可档案管理规范化、严格化.通过总结防雷行政许可工作实践经验...     

最大熵原理在闪电时程方程中的应用分析

以最大熵原理为依据,首先通过对雷暴过程中闪电总量与闪电频次的关系分析,得到一分布函数。然后进一步讨论相对闪电量与相对历时时间之间的函数关系,建立闪电时程方程。最后选取江苏省闪电定位仪监测记录中2007—2009年20次雷暴日资料,进行分析计算,论证了最大熵原理在闪电时程中应用的可行性。     

静止卫星闪电探测中云影响研究

相对已经在轨运行的极轨卫星,搭载在静止卫星上的闪电成像仪能够提供全天候、无间断的闪电探测,是目前全球卫星闪电探测的方向.本文分析云不同特性对云顶闪电信号的影响,以及云高对静止卫星闪电定位的订正分析,将对静止卫星闪电成像仪的研发及其业务化运行提供技术支撑.研究中,通过建立云中闪电传输模型,模拟云中闪电传输.由于云粒子散射,云的体积、光学厚度和形状,以及闪电在云中发生的深度,都影响云中或云间闪电信号传输到云顶的能量衰减和持续时间,其持续时间可能超过已知静止卫星闪电成像仪假设的2 ms成像积分时间间隔,这样不能保证所有的闪电信号在一帧图像内探测到.但是,云粒子散射对云顶闪电的水平位置影响不大,闪电成像仪定位的云顶闪电可代表云中或云间的闪电位置.同时,在传统静止卫星图像定位模型的基础上,建立了闪电定位的云高订正模型.根据该模型,当云顶高度为10 km,云高所引起的闪电定位最大误差达到经向0.5379°、纬向0.2273°,超过已知静止卫星闪电成像仪假设的地面探测单元大小,有必要进行订正.     

青藏高原雷暴天气层结特征分析

青藏高原那曲地区夏季雷暴活动相当频繁,这种雷暴主要是受地形的影响,在地形的热力和动力作用下形成雷暴,但强度不大,最大反射率一般不超过4 0 dBz,相对云顶高度可伸展到1 0.0~13.0 km,强弱雷暴差别不大。雷暴持续时间大约为30 min左右,主要发生在13:00~19:00(北京时,下同)之间,峰值出现在16:00左右。此外,在晚上也有弱对流,最大反射率约为20 dBz。高原雷暴天气层结具有与平原雷暴完全不同的特征,一般为整层弱不稳定,高度可以伸展到100 hPa,整层不稳定能量不大,强雷暴CAPE值平均为782 J.kg-1,弱雷暴约为406 J.kg-1,分布较均匀,不出现能量特别大的不稳定层次。近地层相对湿度有“逆湿”现象,厚度约1~2 km,平均为60%~80%(雨季后)。无论是强雷暴天气还是弱雷暴天气都具有上述相似层结。这种层结可触发对流,发展高度很高,但强度不大,能量较小。这种特殊层结揭示了高原雷暴的特殊结构。雷暴的闪电频数可以表征雷暴发展强度,通常可以建立闪电频数与雷暴单一参量(云顶高度)之间的统计关系式,从而可以利用测量闪电频数来预报雷暴的强弱,但上述关系对于高原雷暴并不适用,必须建立闪电频数与多参量之间的综合关系。     

数字化前兆设备防雷技术应用分析

根据雷电危害的类型及台站不同设备的特点和布局,在充分分析雷电入侵观测系统途径的基础上,应用适用于数字化前兆台站的防雷技术,全面采取电源线路防护、信号线路防护、电磁屏蔽、接地等措施,可取得综合性防雷保护。通过对使用徕信防雷技术10个台站的防雷效果进行分析,说明综合防雷安全性效果明显。