高原复杂地形条件下慢天线测量值的订正

利用青海大通地区高精度GPS时钟同步的7站慢电场变化资料,以点偶极模式为基础,运用穷举法并结合非线性最小二乘法对发生在2009年野外观测期间11个负地闪的26次回击产生的电场变化进行了拟合。对拟合结果最优的各站订正系数进行了统计,求出了以主观测站为基准的各站慢天线订正系数,即各站慢天线观测值受海拔高度和植被遮挡等因素影响程度。同时,利用各站的平均订正系数拟合得到各次回击所中和的电矩和等效电荷中心的位置。结果表明,各站慢天线都不同程度受到场地因素的影响,各种不同的环境因素对慢天线的测量有放大或屏蔽的效果,得到的订正系数是慢天线在高原复杂地形条件下各种环境因素综合作用的结果。负地闪回击中和电矩的垂直分量为11.6～66.0C.km-1,中和电矩的等效中心高度为1.6～6.8km。

沿海地区一次多单体雷暴电荷结构时空演变

利用闪电放电辐射源三维时空分布测量,分析了山东低海拔地区一次多单体雷暴过程的电荷结构演变以及与回波强度的关系.结果表明对流云区电荷结构是典型的上正下负电偶极结构,且随着雷暴发展正负电荷层强度增大,高度抬升.负电荷区处在40dBz以上的强回波区域中,正电荷层处在约40dBz区域中.层状云区也有类似结构,只是强度弱,高度低.观测到的四层电荷结构是出现在对流区消散阶段,此时,由于云体不同部位的不同消散程度,电荷结构发生断裂,云体前部正负电荷区下沉,云体中部正负电荷区高度变化不大,但负电荷区域变薄,呈现出四层电荷结构.从本例结果说明,雷暴优势起电机制通常能形成电偶极或三极性结构,多极结构可能不是起电形成.本文还分析了一次负地闪传输过程,和宏观电荷结构很好吻合,说明利用三维定位系统观测,可以较好地描述雷暴宏观电荷结构.

双接地负地闪VHF辐射源放电通道和光学通道的对比分析

利用闪电VHF辐射源三维定位和闪电光通道高速摄像同步资料,对一次双接地负地闪放电通道作定位和亮度特征进行对比分析,并仔细分析了其通道发展和连接,详细讨论了一次负地闪双接地的形成过程。结果表明,在预击穿阶段,通道击穿作用很强,但电流小,其载体主要是雪崩电荷;在回击激发阶段,通道电流迅速增大,其载体除了雪崩电荷外,还有大量来自云内电荷区的电荷。在整个过程中,主通道有较高亮度(云外),即主通道中有较强电流运动,而分叉通道电流较弱。研究表明近地面向上发展的辐射源可能是源于地面尖端产生的向上先导。

闪电VHF辐射源三维定位系统仪器误差处理

为了提高闪电VHF辐射源三维定位系统的探测效率和定位精度,根据其运行原理对其定位误差的可能来源进行了分析,特别是针对GPS时钟的授时原理和高速采集卡工作原理以及观测站位置等可能造成误差的系统原因进行了分析。结果表明,三者误差是造成闪电三维定位结果不准确的主要设备误差。利用闪电VHF辐射源三维定位系统得到的定位结果信息,计算出了其到达观测站的时间,并与实测的到达时间进行了差值分析,拟合出一条偏差直线,得到其误差演变规律,并对该误差进行分析和纠正,得到了较好的结果,使闪电VHF辐射源三维定位系统的探测效率有较大提高,其定位结果更加可靠。

2010—2013年海南岛地闪活动的特征分析

利用海南省地闪定位网获取的4年(2010年1月至2013年12月)地闪定位资料,详细分析海南岛地闪活动的时空分布特征.结果显示,海南岛的地闪活动主要发生在4—10月;呈双峰特征,峰值分别出现于5月和8月,分别约占全年总地闪数的23%和18%;地闪活动在6—7月明显地间歇性减少.从日变化特征来看,地闪在14:00—20:00时段最为频繁.16:00左右达到峰值,而5:00左右有一个较弱的峰值,2个峰值所占比例分别约为11.3%和4.2%.通过对比分析各地区的地闪活动,发现日变化呈现双峰特征的区域主要集中在东、南和西部沿海地区,而中部内陆及靠近琼州海峡的北部沿海地区呈单峰值特征.海南岛中部内陆山区的地闪密度大,沿海地区地闪密度小,并且存在2个地闪密度高值区.

CMA_FEBLS低频三维全闪探测技术研究及观测10年进展

三维全闪探测已经成为了深入认识闪电物理机制和雷暴电活动规律的重要手段。中国气象局雷电野外科学试验基地(CMA_FEBLS)自主研发了低频电场探测阵列(LFEDA),并持续开展了针对广东地区雷暴全闪电活动的综合观测试验,在精细化三维定位算法和基于三维全闪数据的闪电放电过程研究方面取得了若干研究结果。(1)LFEDA具备雷暴电活动的无死时间捕获能力、优于百米的定位精度和一定的通道定位能力。(2)发展了基于简单脉冲特征的三维全闪定位算法,并进一步将经验模态分解及衍生方法引入到闪电信号处理中,提高了定位的精细化水平;发展了融合到达时差和时间反转技术的定位方法,提升了抗干扰能力、降低了对站网的要求。(3)实现了典型放电事件的电流波形反演,获得了窄偶极性放电事件(NBE)、初始击穿脉冲(IBP)和爆发式脉冲簇(RBPs)的放电特征;研究发现绝大多数闪电始发于IBP,而作为始发的NBE则具有更大的孤立性、更大的相对幅度和更快的发展速度。(4)发现随着起始放电高度增加,初始阶段持续时间和步长增加,发展速度和脉冲丰度下降;始发于强对流区时始发阶段通常有更大的速度和脉冲丰度。

赴日本参加第16届大气电学国际会议（ICAE）总结

2018年6月17—22日，第16届大气电学国际会议（ICAE：International Conference on Atmospheric Electricity）在日本奈良召开。ICAE是大气电学领域最重要的国际会议，由大气电学国际委员会组织，每4年举行一次。自1954年首届ICAE会议在美国举行以来，迄今已经举办了15届。会议为大气电学领域的科学家、工程师和闪电数据的应用者展示各自的最新研究成果、讨论前沿发展问题提供了独一无二的交流平台.

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13.0km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(0dBz)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。

人工触发闪电不同放电阶段电流特征关系

分析了2019年夏季在广州从化人工引雷试验场获取的14次人工触发闪电通道底部电流数据,以有无回击(RS)和初始连续电流(ICC)持续时间长短2个标准对数据进行分类,研究不同触发闪电和不同放电阶段的差异和规律.研究表明:相比无回击的触发闪电,产生回击的触发闪电具有更大的先驱放电脉冲(PCP)及初始先驱放电脉冲(IPCP)的平均峰值电流、更多的IPCP总体转移电荷量、更大的ICC平均电流和总体转移电荷量以及更长的ICC持续时间;初始连续电流持续时间是回击平均峰值电流大小、首次继后回击转移电荷量大小和首次继后回击峰值电流大小的重要影响因素,且长初始连续电流的触发闪电对应的PCP及IPCP平均峰值电流也更大、平均转移电荷量也更多;PCP和IPCP平均峰值电流与ICC持续时间相关性最强,是决定ICC放电持续时间的重要因素,未能产生初始连续电流的PCP脉冲簇其平均转移电荷量小于初始先驱放电脉冲簇,其转化的关键阈值之一是平均转移电荷量大于25.91μC.

一种正地闪触发过程观测和分析

利用2008年夏季在山东滨州获得的无线电窄带干涉仪及同步快慢电场资料,对发生于2008年6月29日的一次具有2次回击的正地闪进行了波形特征分析及定位处理。结果表明,正地闪预击穿过程起始于云中部负电荷区域,有持续时间长达163ms的预击穿过程,并在预击穿后期产生很多双极性脉冲。通过与负地闪的比较,发现云下部正电荷区的浓度对云中触发闪电的极性有一定的影响。正先导的触发和传输过程需要长时间的云内放电过程来提供能量,正流光传输是非阶梯型,结合同步观测的快电场三维定位结果的结合,得到正地闪首次先导速度约为4.1×105 m.s-1,首次回击的速度约为9×107 m.s-1,直窜先导的速度约为4.7×106 m.s-1,继后回击的速度约为9.6×107 m.s-1。正地闪的回击速度偏小,可能是由于干涉仪通道是二维的,且有一定的误差,还讨论了正地闪继后回击产生的原因是由于下部正电荷区很强,不同于一般的正地闪且只有1次回击过程。在该个例中还观测到正先导传输过程中的VHF辐射,这可能是由于雷暴过程下部正电荷区域很强。

人工触发闪电初始连续电流的中低频磁场特征

中国气象局雷电野外科学试验基地开展的人工触发闪电试验是研究闪电电磁辐射效应的有效手段,利用架设在试验场地周边的多套磁场天线所获取的高灵敏度磁场数据,针对初始连续电流阶段的中低频磁场特征开展研究.得益于磁场天线带宽的拓展,首次解析出了相对平静期内的磁场脉冲,单个脉冲的平均宽度约为1μs,平均脉冲间隔约为14μs,对应了该阶段中上行先导的小尺度击穿发展形式;在近、远距离磁场测量中均观测到了与先导通道头部击穿放电相关的爆发式磁场脉冲,其平均脉冲间隔(约为24.5μs)明显大于平静期脉冲的统计值,而且在爆发式脉冲期间通道底部电流逐步增大到几十至上百安培,表明此时电场条件更加有利于上行先导的发展;此外,高灵敏磁场天线能够直观地呈现出初始连续电流脉冲(initial continuous current pulse,ICCP)的电荷传输过程,且ICCP期间观测到的规则磁场脉冲的脉冲间隔比其他类型的磁场脉冲小一个量级,可能体现了正极性击穿和负极性击穿的特征差异.

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。

广东省雷电伤亡事故特征分析

通过1995-2016年广东雷电灾害汇编记录的雷灾伤亡事件资料和1999-2016年广东省电力雷电定位系统数据对广东省雷电伤亡事故特征进行分析,(1)1075起雷灾伤亡事件中,死亡人数约是受伤人数的1.2倍,1起雷灾事件最多伤亡数为17个,2人以上的多人受伤概率要远大于多人死亡;雷灾伤亡高于全省平均水平的农村地区政府更应重视防御工作;(2)每月的雷电灾情特征与闪电活动年变化相关;雷电灾情的时间特征与人们的作息时间相关,尤其对于户外活动较集中的农村地区更应关注雷电频发时段。(3)雷灾伤亡事件发生在农田的最多,造成群死群伤事件主要是发生在未做雷电防护措施的建筑物内和大树旁。(4)雷灾伤亡人员中男女比例相当,但男女同时遭受雷击时女性更易遭受身亡。由于不同年龄段从事不同种类的工作,导致壮年年龄段(25-64岁)男性伤亡高于女性,但是在伤亡最多的31-40年龄段中女性伤亡是男性的1.46倍。总之,雷电引起的伤亡事故大部分发生在农村地区,提高农村农民防雷减灾意识和加强乡村振兴防雷减灾服务的工作迫在眉睫。

青藏高原东北部闪电M变化多参量观测

利用闪电光通道高速摄像、地面电场变化和峰值辐射强度同步资料,对比分析了负地闪连续电流阶段和人工触发闪电放电过程中M变化特征.结果表明,通道亮度资料能够辅助地面电场波形来准确判断是否为真实的M过程.在经典M变化产生前及其过程中会产生很多快速电场变化MP(称为预M变化)变化,大量MP促成了M变化.MP变化和K变化在脉冲特征上没有太多差别,产生的物理机制是相似的.MP变化是连续电流阶段快速电场变化,是击穿过程引起的电荷快速流动的结果,并伴有通道突然增亮和高强度辐射.M变化脉冲波形多数为单极性,有正有负,少数呈现不规则变化,持续时间在0.1 ms之内.而经典M变化的U形结构只适用于近闪,波形是静电场所致,持续时间约0.2—0.8 ms.MP和K变化都是击穿所致,只是MP变化有电荷流入原回击通道,而K变化没有.