一次“晴天霹雳”致死事件分析

对2017年广州从化地区一次"晴朗"天气下的闪电致死事件进行调查分析发现,这次事件是闪电首先击中一棵大树,然后击中附近人员头顶致死。根据目击者描述的时间和位置,利用闪电低频电场变化探测阵列的定位数据和广东电力等系统的雷电定位数据,结合广州番禺雷达观测资料,确定此事件是由一次含有7次回击的地闪过程的首次回击造成,其电流峰值强度为-30.9 kA。闪电起始于13.0 km高度的云内,经约600 ms云内发展过程后闪电通道从云体延伸出来,云砧区边缘（0 dBz）到回击点水平距离约300 m,降水区边缘（18 dBz）到回击点水平距离约1.8 km。使用雷击现场等效电路模型,计算旁络闪击空气击穿场强可击穿空气与人头部连接为通路,根据电路分流原理,如果雷电流击中13 m高的大树后流经到"跳点"（树干上方1/4）处后,则有13.2 kA雷电流直接闪击到受害者身上,同时还承受了78.3 kV跨步电压伤害,而距离雷击点10 m远的目击者仅承受1.3 kV跨步电压。      

基于有限差分法的高层建筑物雷电连接过程模拟研究

为研究雷电与高层建筑物的相互作用,该文构建了一个雷电连接过程有限差分计算模型。运用Matlab编写程序,设置网格大小,确定吸收边界,引入松弛因子,对离散化后的线性方程组进行求解,计算得到空间分布的电势值,实现对闪电通道底部二维电场的数值模拟,研究建筑物高度、闪电先导起始位置对高层建筑物雷电连接过程的影响,模拟得到闪电路径图和电势等高线分布图,并将模拟得到的结果与实例进行了比对。结果表明,所构建的模型能很好地模拟出下行先导主通道向下发展特征,突出的下垫面因素会对雷电电场传播产生影响,高层建筑物对雷电存在一定的"吸引"作用,要加强高层建筑物及空旷场地孤立建筑物的雷电防护能力,防范于未然,降低雷灾风险。     

一种提高闪电定位资料精度的计算方案

为了进一步提高闪电定位资料的精确度,提出一种通过增加约束方程从而增强闪电定位计算稳定性的改进方案,并通过蒙特卡罗模拟计算以及强对流天气闪电定位结果校正个例分析的方法进行了对比检验,发现该方法可以有效改善原定位结果中存在的"飞点"异常误差。该方法可为控制闪电定位误差,提高闪电定位资料的准确性等基础工作提供参考。     

广东省地闪密度空间分布的特征分析

基于广东省1999—2012年的闪电定位系统数据,利用Arc GIS地统计分析模块,采用克里金插值法和分级统计方法研究广东省地闪密度空间分布规律并进行风险区域划分。结果表明：广东省平均地闪密度为14.12次/（km^2·年）;东莞、广州、佛山、中山、深圳为极高地闪密度区,年平均地闪密度达17.33-26.35次/（km^2·年）;惠州、茂名、湛江、阳江、江门为高地闪密度区,年平均地闪密度为达13.01-16.53次/（km^2·年）;珠海、肇庆、清远、云浮、汕尾为中地闪密度区,年平均地闪密度为10.01-12.72次/（km^2·年）;河源、揭阳、潮州、梅州、韶关、汕头为低地闪密度区,年平均地闪密度为8.29-9.81次/（km^2·年）。地闪密度风险的区域分布与雷暴日、地形和社会经济有关。     

基于数理统计方法的闪电气候研究

基于广东省1999—2015年闪电定位系统数据,利用数理统计方法得出广东省闪电气候年际变化特征、季节变化特征、月变化特征,利用最小二乘法得到闪电密度气候变化趋势系数和年、季节的气候倾向率。利用Matlab来对广东省1999—2013年的雷暴日进行分析,得出其年际周期变化规律,最后采用EOF方法,借助Arc GIS平台得出广东省闪电密度空间向量场分布图。结果表明:由1999—2015年,广东全省的地闪密度总体趋势是逐渐增加,闪电日数最多的月份集中在6—8月(夏季);雷暴日存在变化具有周期性、规律性,分别有13～16 a,7～11 a、2～6 a 3种不同尺度的周期;闪电密度空间分布特征主要有一致型、局部型、纬向型和经向型4种类型。     

基于LFEDA的一次“晴天霹雳”雷灾事故特征分析

该文利用闪电低频电场变化阵列和广东省电力雷电定位系统,结合广州番禺气象雷达站单站资料,对2017年6月3日广州从化地区1起雷灾事故,从雷暴天气、周围环境以及闪电发展形态进行科学分析,得出此次雷灾事故是由"晴天霹雳"BOLT放电过程造成,此次地闪过程不止一个接地点。由于雷电灾害的不确定性,更应该做好防雷减灾工作尤其农村防雷工作,同时给出农村户外防雷"两个三十"的建议。     

广州两次雷暴过程地闪与大气电场特征对比分析

利用安装于广州塔塔顶500 m的大气电场仪(简称电场)数据、广州双偏振雷达资料、粤港澳闪电定位系统数据和ERA5再分析资料等数据,对比分析了2020年8月15日和9月23日广州两次雷暴天气过程的地闪活动特征以及地闪活动与电场变化特征的关系。结果表明：由局地热力不稳定引起的“局地性雷暴”地闪频次低、伴随弱降水,而由中尺度系统引发的“系统性雷暴”地闪频次高、伴随短时强降水。两次过程的地闪频次和电场变化呈双峰分布,地闪爆发时电场变化显著,频域能量达到峰值。“系统性雷暴”的消亡阶段电场在正负极之间大幅度缓慢波动,呈现阻尼振荡(End Of Storm-Oscillation,EOSO)特征,而“局地性雷暴”消亡时电场未出现此特征。时域下电场剧烈变化和频域能量明显提高时,意味着雷暴云团正在靠近或附近有闪电发生;电场频域能量迅速减小且集中于低频段,表明雷暴正在消亡或远离测站。电场的时频特征对雷暴的生消具有指示性作用,为电场数据与其他资料融合应用于雷电风险预警予以参考。     

动态时变参数方法在云量精细化预报中的应用研究

利用2008年1月—2013年12月以及2017年1—11月全球天气预报系统（GFS）预报场资料,采用自适应线性最小二乘回归（LS）和自适应递推卡尔曼（Kalman）滤波两种动态时变参数方法,建立了河套周边地区0~168 h预报时效的总云量精细化预报,并与GFS模式直接输出的总云量、线性预报模型逐步回归预报方法得到的总云量以及非线性预报模型BP神经网络和最小二乘支持向量机回归方法（LSSVM）得到的总云量进行了对比,结果如下:（1）相比GFS模式直接输出的总云量,LS、BP神经网络、LSSVM得到的总云量与实况值的平均绝对误差均明显减小。LS方法误差最小,LS方法的年MAE均在20%~25%,且随着预报时效的延长,改进效果越大。LS方法、多元逐步回归方法、BP神经网络、LSSVM四种方法在6—8月的改进效果最大。（2）LS方法预报的总云量与实况云量的相关性最好,即使168 h预报时效的相关系数依然在0.64以上,远高于其他几种模型的预报结果。（3）LS方法能够明显地提高少云和多云天空状况下预报的击中率,且最优（少云击中率平均提高24 %,多云击中率平均提高34 %）。（4）自适应递推Kalman滤波方法存在预报滞后现象,改进效果不明显。      

广州珠江新城地区高建筑物雷电回击磁场分析

对2011—2012年广州高建筑物雷电观测站获取到的雷电回击磁场波形数据进行统计分析,选取14个高建筑物的27次闪电过程(均为负极性地闪,含回击过程112次),其中44%的闪电个例为单次地闪过程。采用小波软阈值去噪法和基础噪声归零法进行数据预处理,分析发现:选取的回击磁场波形均呈现多峰现象,鉴于高建筑物反射峰的影响,本文只统计初始峰值;选取数据的1次闪电回击次数的算术平均值为4.2次,高度200m以下的闪电过程(14次)算术平均回击次数5.1次,高度200m以上的闪电过程(13次)算术平均回击次数3.2次;建筑物越高对磁场峰值的增强作用越显著,击中200m以上的建筑物上雷电首次回击和继后回击磁场峰值几何平均值分别是200m以下的2.2倍和1.5倍;建筑物高度对回击过程磁场波头上升时间影响不大;继后回击过程磁场波头时间远小于首次回击,与回击电场波形特征一致。     

全相闪电磁场测量系统实现与试验

根据电磁感应法原理,研制了一套全相闪电磁场测量系统。该系统磁场测量天线由3个正交的半径为15 cm的环状天线构成,由高速大容量示波记录仪完成数据采集,采用基于全电路表达式的脉冲磁场数字重构法对数据进行还原处理。利用该系统,结合电场变化观测系统和高速摄像系统,在广东省从化地区开展了闪电的光、电、磁场同步观测试验。试验资料分析表明,该套全相磁场测量系统观测的闪电磁场变化基本真实可靠。