广州高建筑物雷电观测与研究10年进展

作为中国气象局雷电野外科学试验基地(CMA_FEBLS)的重要组成部分,广州高建筑物雷电观测站(TOLOG)始建于2009年,迄今已积累数百次高建筑物雷电资料.对于雷电连接过程,高建筑物会起到"放大镜"的作用:TOLOG的观测在国际上首次发现了连接过程中负-正先导之间"头部-侧面"连接的现象,给出了先导连接行为的两种基本形态;揭示了负先导梯级发展过程的精细化结构,给出了下行先导和上行先导的二维/三维发展特征;估算了不同高度建筑物上雷电的闪击距离.高建筑物对雷电电磁场具有"放大器"的作用,且建筑物越高增强效应越显著.高建筑物是下行和上行闪电的"汇集点":对下行闪电的吸引作用可保护高建筑物附近的其他物体免遭雷击;正地闪的回击、延续电流和云内放电过程均可在高建筑物上触发负极性上行闪电.另外,高建筑物区域可作为闪电监测系统的"标校场",TOLOG的观测资料在地闪定位系统探测效率和定位精度的评估方面也得到了应用.

广州两座高建筑物上闪击距离的二维光学观测

利用广州高建筑物雷电观测站的高速摄像机在2012—2018年拍摄到的发生在两座尖顶建筑物广州塔(600 m高,12次)和广晟国际大厦(360 m高,9次)上的21次下行地闪光学数据,结合广东电网闪电定位系统提供的回击峰值电流数据,统计建筑物高度和回击峰值电流强度对闪击距离的影响,并探讨闪击距离与上行连接先导起始时间的相关性.结果表明:更高的建筑物上雷电的闪击距离更长,广州塔闪击距离的中位数约是广晟国际大厦闪击距离中位数的2倍;对于确定高度的建筑物,闪击距离有随着回击峰值电流增强而变长的趋势,且建筑物越高,对应的回击峰值电流也越强;在下行与上行先导连接前0.1 ms内,二者的平均速率之比小于4,且速率比值在0~1这一区间的样本最多,占比约65%.

雷暴中双极性窄脉冲事件的位置与辐射强度

双极性窄脉冲事件(NBE)是一类特殊的大气放电现象,能产生强甚低频/低频(VLF/LF)和甚高频(VHF)辐射。为了探索NBE发生的气象环境和放电特性,选出重庆双频段闪电定位网络在一次雷暴过程中观测到的608次正极性NBE(简称正NBE)和82次负极性NBE(简称负NBE),对比发生位置和辐射强度。结果表明:正NBE主要分布于7~15 km高度处,归一化到距离辐射源100 km处的VLF/LF电场变化峰值的平均值为13.4 V·m^(-1),平均VHF辐射功率为73.5 kW。负NBE主要发生在两个高度范围,72例负NBE分布于16~20 km高度,它们倾向于发生在30~35 dBZ回波顶高大于18 km的对流云顶及附近,其平均归一化VLF/LF电场变化峰值为42.7 V·m^(-1),平均VHF辐射功率为76.9kW。10例负NBE分布于4~8 km高度,全部发生于对流核内部。其平均归一化的VLF/LF电场变化峰值为2.7 V·m^(-1),平均VHF辐射功率为18.2 kW。从统计结果看,在VLF/LF频段,上部负NBE的辐射强度普遍强于正NBE和下部负NBE;在VHF频段,上部负NBE的辐射强度与正NBE基本相当,大于下部负NBE;下部负NBE在两个频段的辐射通常弱于正NBE。

猪源蜡样芽孢杆菌的分离鉴定与部分生物学特性分析

为探究引起四川省某规模化猪场哺乳仔猪死亡病原,本研究从病死哺乳仔猪心脏中分离到一株革兰阳性菌,将其命名为SN1711,对该菌进行形态学观察、生化鉴定、16S r RNA测序鉴定、小鼠致病性试验、药敏试验及部分耐药基因检测。结果显示,该分离株鉴定为猪源蜡样芽孢杆菌(B.cereus),16S rRNA基因序列与Gen Bank中B.cereus B158 (KF494191.1)相似度为98.13%,对小鼠致病性强。药敏试验显示分离株对氨基糖苷类、四环素类、喹诺酮类药物敏感,对青霉素类、头孢类药物耐药。β-内酰胺酶类耐药基因PCR检测仅扩增出569 bp的BLA-tem基因片段,与GenBank登录的BLA-tem基因序列相似性达99.63%,表明耐药表型与耐药基因型一致。本研究为针对该菌的临床用药、检测和疾病防控奠定基础。

基于光学资料的广州塔附近下行地闪特征

利用2009—2014年广州高建筑物雷电观测站的光学观测资料,结合雷声和电磁场变化波形,对广州塔(高度为600 m)西北部60°扇形区域3 km范围内的119次下行地闪分布特征进行统计分析,结果表明:43. 7%(52/119)的地闪发生在区域内4个最高的建筑物上;除了直接击中广州塔的20次地闪(16. 8%),距离广州塔附近0～1 km的区域未观测到地闪,观测到的距广州塔最近的地闪离广州塔约1. 2 km;距广州塔1～2 km的区域共观测到35次地闪(29. 4%),其中每个高度低于300 m的建筑物被击中的次数不超过1次;距离广州塔2～3 km区域共观测到64次地闪(53. 8%),其中有些高度低于300 m的建筑物被地闪击中1次以上,最多达5次。广州塔对附近区域下行地闪的吸引作用使其附近1 km左右范围内未观测到地闪,且1～3 km范围内随距离增加下行地闪密度(扣除击中其他高度不低于300 m的建筑物的地闪)有逐渐增加趋势,说明高建筑物对下行地闪的吸引作用随着距离的增加而逐渐减弱。

双向先导正端突然延展现象的高速摄像观测

基于广州高建筑物雷电观测站的观测设备,于2016年6月4日在广州塔上发生的一次上行闪电过程中观测到双向发展的直窜先导正端在回击前、后突然延展的现象.利用高时间分辨率的光学和电场变化同步数据,分析双向先导正端突然延展现象的细节特征.结果表明:回击前直窜先导双向发展时正端可能会出现多次突然延展的现象;突然延展现象有时由双向先导的正端与已有的悬空先导序列相连而引发,并促使双向先导正端传输至未击穿空气中;在一次继后回击后,通道正端头部也观测到两次突然延展现象,但未沿回击前正端伸展通道传输,而是通过开辟新通道进入了未击穿空气;回击前直窜先导正端三次突然伸展的二维平均速率约为2.3×10^6 m·s^-1,伸展长度平均值约为115 m;回击后通道头部两次突然延展的二维平均速率约为4.3×10^6 m·s^-1,伸展长度平均值约为212 m.

平面标定法在闪电光学观测中的应用

针对闪电光学观测资料定量分析的需求,采用张正友平面标定法结合便携式平面靶标,实现了闪电外场试验中光学观测设备的现场标定,为消除光学系统成像畸变对闪电通道特征分析的影响提供了一种便捷的途径。使用此方法对广州高建筑物雷电观测站(TOLOG)的6套闪电光学观测设备进行了标定,结果表明:光学观测设备搭载同类型镜头时,焦距越短图像的畸变越明显;图像中视线与光轴的夹角越大,径向畸变的影响越明显,采用鱼眼镜头获得的闪电通道图像在靠近边缘的位置畸变的影响会超过25%;通过对配备焦距为8mm鱼眼镜头的单反相机以及配备焦距为8 mm广角镜头的高速摄像机同时获取的闪电光学同步资料进行畸变校正后,发现获取的图像畸变校正前后闪电通道总体长度差异分别为12.9%和4.5%;经过畸变校正后不同设备获取的闪电通道图像比原图拥有更好的一致性。

考虑极性效应的风机下行雷击风险的定量表征

准确评估风机的年雷击次数是合理设计和优化风电机组雷击防护系统的前提。但IEC推荐的下行雷击风险评估方法只考虑物体高度的影响,会脱离实际的雷击过程。此外,目前多数防雷研究仅考虑了下行负地闪,缺乏对下行正地闪的分析。文中基于改进的先导随机模型,定量地分析了雷电流幅值、风机高度及叶片旋转对雷击风险的影响,并首次对不同极性下行地闪的发展路径和雷击点分布特征展开了研究。最后,在考虑极性效应下提出了更精确的风机下行雷击风险计算方法。研究结果表明:叶片旋转在雷电流较大或风机较高时对风机截收区域面积的影响不可忽略;下行负地闪分叉多,但其发展路径和雷击点分散性较小,相反,下行正地闪不易分叉,发展路径更曲折分散,雷击点分布范围广;根据验证计算,文中方法计算的结果相比于IEC推荐方法的结果与现场观测数据更吻合。