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。

西南地区双极性窄脉冲事件与雷达回波的关系

利用西南地区观测的6次产生双极性窄脉冲事件(Narrow Bipolar Events,NBEs)的雷暴个例,讨论了正、负极性NBEs与常规闪电、雷达回波所表征的雷暴强度的关系。6次雷暴均产生两种极性的NBEs,其中1次雷暴产生了较多的负极性NBEs,数量超过正极性NBEs。统计分析表明,NBEs与40dBZ回波体积(V40)表征的雷暴强度之间并没有类似常规闪电的正比例线性变化关系,大部分NBEs发生于V40的较大值范围内,在V40的低值区域较少发生。相比正极性NBEs,负极性NBEs更集中产生于雷暴对流发展强烈的阶段,产生较多负极性NBEs的雷暴对流发展也更为强烈。从空间分布结构上看,正极性NBEs出现在强对流核心的外围区域,负极性NBEs集中产生于强对流核的云顶附近。负极性NBEs的产生对雷暴发展的强度具有较好地指示作用。

基于闪电双极性窄脉冲事件波形观测日出日落电离层D层变化

利用闪电作为辐射源来探测电离层D层是近年来国外学者研究的热点.本文基于江淮流域六站同步闪电观测站网,实现了一种利用闪电双极性窄脉冲事件(Narrow Bipolar Events,NBE)来探测电离层D层等效高度的方法.基于此方法,对两次分别发生在日出和日落阶段的雷暴分析结果显示,上述两个阶段D层反射高度变化特征呈现显著的不对称性:日出期间D层反射高度随时间线性降低速率为5.9km/h;而日落期间D层反射高度随时间线性递增速率为8.6km/h.综合日间太阳耀斑期间D层反射高度剧烈波动的观测事实,与日出、日落期间D层特征变化,结果表明太阳辐射电离中性大气分子的电子生成机制在日间D层电子密度变化中占主导地位.本文结果展现了利用NBE事件监测电离层D层变化特征的可行性,这一方法与基于地闪回击波形的D层探测方法结合在一起,有望把现有具有闪电事件定位和电磁波波形记录能力的闪电观测站网扩展为实时对电离层D层时空变化监测的网络.

江淮地区一次雷暴过程双极性窄脉冲事件活动特征的相关研究

利用2014年8月5日江淮地区一次产生多个双极性窄脉冲事件(narrow bipolar event,NBE)的雷暴个例,结合空基资料(TRMM卫星,NCEP/CPC Global IR Dataset)和地基资料(闪电探测和多普勒雷达回波数据),讨论了NBE与雷暴相关参数的关系以及位于不同雷暴区域NBE的孤立性和辐射强度.结果表明,NBE主要发生在云顶温度小于210 K、极化修正亮温(PCT-85)小于100 K的雷暴对流旺盛区域.通过分析NBE与30 dBZ多普勒雷达回波最大发展高度及闪电频次的关系,发现NBE主要发生于闪电频次较高时期,且NBE与闪电频次的相关性强于其与30 dBZ雷达回波最大高度的相关性.对NBE孤立性及VLF/LF波段辐射强度的分析表明,大多数孤立NBE发生于雷暴发展期,位于20 dBZ及以下的NBE辐射强度最大且最孤立.

青藏高原东北部双极性窄脉冲放电物理参数模型反演

利用青藏高原东北部青海地区三维定位数据和双极性窄脉冲电场波形同步数据,基于三种模型和粒子群优化算法,拟合并反演了双极性窄脉冲放电通道中电流峰值、通道尺度等特征参数,统计分析了不同传输线模型拟合得到的双极性窄脉冲的物理参数.结果表明:在基于流光-先导的准静电场传统空气热击穿机制的TL模型和MTLK模型中,相比TL模型,MTLK模型考虑了电流传输过程中能量的损耗,更符合实际;而基于准静电场相对逃逸雪崩击穿机制的MTLEI模型,相比较另两种传输线模型,表现为更窄放电通道内存在长时间随着高度呈指数递增的电流强度.三种传输线模型反演得到的电偶极矩范围为100~800 C·m,而更高处发生的双极性窄脉冲事件(narrow bipolar event,NBE)通常具有更大电偶极矩.

双极性窄脉冲自动识别及统计分析

介绍了双极性窄脉冲(narrow bipolar events,简写NBEs)自动识别的基本方法,通过对双极性窄脉冲的放电特征的统计分析,设计了自动识别的试验方案。对VHF辐射波形和闪电快电场波形中的NBE进行了自动识别方法实验验证。首先对闪电数据进行人工识别,识别出96例NBEs,对其中19例NBEs的11个放电参数进行参量统计和研究分析,根据统计结果选取高频幅度比等9个参数作为NBEs识别判据,对混杂在常规闪电放电中的NBEs进行程序自动识别。成功识别出双极性窄脉冲67例,未识别出10例(皆因据测站较远),误识别1例,识别率87. 01%,误识别率1. 49%。在此基础上,对识别出的NBE事件进行了统计分析,NBEs发生时,在前1 ms内无其他闪电过程,说明前向孤立性良好。通过对96个NBE事件进行参量统计发现,双极性窄脉冲上升沿算术平均值为1. 75μs(0. 3～4. 3μs);下降沿为2. 80μs(1. 2～6. 15μs);半峰宽度为2. 35μs(0. 35～5. 05μs);全峰宽度为4. 55μs(1. 5～7. 7 s);脉冲持续时间为8. 89μs(2. 6～21. 1μs)。这些参数与其他研究者统计数据有较好的一致性。

闪电电场变化波形时域特征分析及放电类型识别

对闪电电场变化波形进行时域特征分析,研究闪电放电类型识别方法,是闪电探测系统研制工作的重要组成部分。利用闪电快电场变化资料,研究分析闪电波形的时域特征,分别统计负地闪回击和双极性窄脉冲波形的上升时间、下降时间、脉冲宽度等多个特征参数,得出负地闪回击波形上升时间平均值为2.9μs、下降时间平均值为89μs、脉冲宽度平均值为15.4μs,而双极性窄脉冲波形的上升时间平均值为1.7μs、下降时间平均值为2.1μs、脉冲宽度平均值为2.4μs。通过对闪电波形参数的统计分析,给出了不同放电过程的识别判据,实现了对地闪回击、双极性窄脉冲的自动识别,并利用实测数据进行了验证。结果表明,制定的波形识别判据对负地闪回击的识别效率可达到90%,对正地闪回击与双极性窄脉冲事件也有较高的识别率。

东北地区两次雷暴中NBE的活动特征观测

利用具有双极性窄脉冲事件(Narrow Bipolar Events,NBE)识别能力的三站闪电到达时间差定位系统,对东北地区两次雷暴中观测到的上百例NBE的活动特征进行了研究报道.两次雷暴中只发现了正极性的NBE,其VLF/LF脉冲辐射强度与地闪回击相当,波形特征与其他地区报道的NBE波形特征基本相同.对166例距离观测站约150km以内的NBE波形进行特征统计表明,其初始峰宽度、初始峰半宽、初始峰与过冲峰之比分别为(7.8±1.5)s,(4.6±1.0)s和(2.1±0.6).高度定位结果表明,两次雷暴中NBE的平均发生高度分别为9.6和7.4km,所对应的不同时段内电离层平均反射高度为89和78km.两次雷暴中NBE活动与普通闪电的时间关系说明NBE倾向于出现在雷暴中闪电活动较为活跃的时段.从雷暴0711中雷达回波(PPI图示以及雷达回波垂直剖面图示)反映的雷暴对流强度与NBE定位之间的空间关系看出,NBE选择性地聚集发生在特定对流核中高雷达回波区的外围区域,并且多数集中在对流核移动方向的前部,NBE的空间位置随时间的变化与特定对流核心随雷暴的移动具有较好的一致性.