雷云荷电模型量子反演

雷电物理学的发展和雷电防护新理论与新技术的研究需要对雷云荷电结构进行深入探索.利用地面电场观测数据对雷云荷电模型进行地球物理学反演是一个可行的研究途径.实际雷云荷电结构复杂多变,反演目标函数高度非线性,传统的反演方法往往显得无能为力,利用量子反演方法可尝试解决此问题.在总结分析近年发展比较成熟的量子遗传算法(QGA)、量子退火算法(QA)和量子粒子群算法(QPSO)的基础上,针对Amoruso和Lattarulo提出的带电圆盘雷云荷电模型建立反演模型,分别用三种改进的量子反演算法对理论模型计算结果进行了反演实验,发现QA对此模型的反演准确度最高,而QGA的全局收敛速度最快.通过用QGA对一组实际观测数据分别进行的三层、四层、五层带电圆盘模型的反演,对比分析了不同模型结构对实际反演结果的影响.

雷云荷电模型研究

为得到自恰且适用性强的雷云激励源以满足主动防雷理论与技术研究的需要,在回顾上世纪以来雷云荷电模型研究成果的基础上,对Wilson的正偶极子模型与Amoruso和Lattarulo的带电圆盘模型进行了详细推导,给出了相应的解析表达式,分析了各种模型的优点与不足.以带电圆盘模型为基础,建立了雷云元线性加权组合的荷电模型,并提出权矩阵反演拟合思想,推导得到了反演表达式.新模型克服了带电圆盘模型荷电结构单一,不能有效模拟雷云中多层电荷结构的缺点.文中给出了一个简单但不失代表性的算例,得到地面处最高背景场强绝对值19kV·m^(-1)的结果与公认地面场观测数据相吻合,验证了新模型的合理性.

地闪先导放电三维数值模拟

为探索地闪先导放电规律以满足新型雷电防护理论与技术研究的需要,在Amoruso和Lattarulo提出的带电圆盘雷云荷电解析模型框架下,利用三维WZ模型构造了地闪先导放电数值模拟算法,第一次实现了50m空间分辨率的地闪先导放电三维数值模拟.在解析模型框架下,求解空间大幅缩小,使高分辨率模拟成为可能.模拟过程中采用了SOR法求解七点差分格式的拉普拉斯方程,提出了双概率指数建模思想,对WZ模型进行了修正,反映了真实先导主通道的延伸性与丰富分岔的分形特征.进行了不同发展阈值下的模拟实验,得到了精细的地闪双向先导三维放电图样与先导激励下的地面电场分布,结果在一般观测范围内.