反极性云闪的初始击穿特征

基于快天线闪电定位阵列(fast antenna lightning mapping array,FALMA)的观测数据,对2019年8月2日和5日发生于我国宁夏的两次雷暴过程312例反极性云闪的初始击穿(preliminary breakdown,PB)特征进行统计。脉冲参数统计结果显示:PB过程持续时间算术平均值为9.8 ms;脉冲结构由脉冲上升沿、半宽、下降沿和脉冲宽度4个变量表征,算术平均值分别为7.3,4.5,5.6μs和24.7μs。脉冲频率和脉冲间隔的算术平均值分别是5.7ms^(-1)和169.2μs。通道参数统计结果显示:反极性云闪的起始高度平均值为6.9 km。相比于正极性云闪,反极性云闪PB倾向于在弱雷达回波区域起始,雷达反射率因子算术平均值为19.3 dBZ。垂直发展距离和垂直速度平均值分别是2.0 km和2.8×10^(5)m·s^(-1)。PB参数随起始高度变化的结果表明:PB持续时间、垂直发展距离(垂直速度、脉冲频率)与起始高度呈正(负)相关。

地闪和云闪初始击穿VHF/VLF辐射特征观测和比较

分析了合肥地区负地闪和云闪初始击穿过程产生的VLF大双极性脉冲序列及其同步的VHF爆发特征。地闪初始击穿大脉冲序列极性通常与后面的回击极性相同,相邻大脉冲之间的平均间隔为160μs,大脉冲序列持续时间平均为2.2ms。云闪初始击穿的大双极性脉冲序列由正极性大脉冲开始,相邻脉冲间隔时间平均为1.3ms,平均持续时间为11.5ms,明显区别于地闪中的情况。显著的VHF爆发几乎在大双极性脉冲序列出现的同时启动,它与VLF大脉冲一起是初始击穿过程中一种最强烈的特征性事件,在合肥地区出现频率极高。地闪初始击穿期间VHF包络(观测系统带宽100kHz)呈现准连续特征,而云闪初始击穿期间VHF包络则呈现分立特征,显示两者VHF辐射爆发的特征有所不同。初始击穿期间VLF大脉冲辐射与VHF爆发之间是相关的,但是二者强度之间不存在唯一的大小对应关系。同时分析了合肥地区地闪初始击穿大脉冲序列活动相对于地闪回击的一些特征,序列中最大脉冲幅度与随后的首次回击幅度之比平均为0.43,有94%的初始击穿在首次回击启动前40ms内出现第一个可以辨别的VLF脉冲(105例的平均结果是21.5ms)。

北京地区的雷电物理特征

为加深对北京地区雷电特征的认识,并为北京地区的防雷设计提供依据,利用2008-2009年快、慢天线雷电电场变化仪得到的资料对北京地区的雷电物理特征进行了统计分析。结果表明,每次地闪回击数频率分布和回击间的时间间隔都呈现出明显的正态分布特征。单次回击地闪的比例高达45%,平均地闪回击为3次,观测到的最大回击数为15次。相邻两次回击间隔时间在40 ms和110 ms出现峰值,观测到的最短回击间隔为2.2 ms,回击间隔分布在40～100 ms之间的高达60%以上。373例继后回击与首次回击强度之比平均为0.65,13%的地闪过程中至少有1次比首次回击强的继后回击。继后回击幅度较强,通常会伴随较短的先导持续时间和较长的回击间隔。

基于VLF/LF三维闪电监测定位系统的北京闪电特征分析

利用北京地区VLF/LF三维闪电监测定位系统的2015年1月—2016年12月的数据资料,分析北京地区总闪、云闪和地闪的时空分布和电流强度特征。结果表明:(1)北京地区闪电主要发生在6—9月,峰值出现在7月;一天中闪电高发时段在15时—次日02时,总闪频数的日变化存在3个峰值,分别出现在15、20时和次日02时。(2)北京地区总闪密度高值区主要集中在两个区域:(1)门头沟区中南部至昌平区中西部山前一带;(2)密云、顺义和平谷三区交界的山前一带。云闪和地闪密度的大值区也基本出现在这两个区域。(3)云闪高度主要集中在9 km以下,且3~6 km的云闪频数最多;云闪高度约在15 km以下时,平均雷电流强度随云闪高度的增大而增大,而超过15 km的平均雷电流强度随云闪高度增大而减小。(4)闪电雷电流强度主要集中在5~50k A,雷电流强度大于100 k A的闪电很少发生;闪电频数高的时段平均雷电流强度较小,闪电频数低的时段平均雷电流强度较大。

雷暴电荷分布对正极性云闪放电特征影响的数值模拟

本研究将云闪随机放电参数化方案植入到偶极电荷结构中,固定主负电荷区的参数和位置,通过不断调整上部正电荷区的参数(电荷浓度和水平范围)和位置以此来模拟不同高度处起始的正极性云闪,进而探讨正云闪放电特征与雷暴电荷分布之间的关系。模拟结果表明在偶极电荷结构中,抬升上部正电荷区的高度,能够产生如观测所示的高海拔正云闪,不同于普通正云闪起始于向上传播的负先导及水平或稍向下延伸的正先导,高海拔处起始的正云闪以大范围向下传播的正先导及水平或轻微向上延伸的负先导为主要特征。随着上部正电荷区位置的抬升,正云闪起始高度也随之升高,当上部正电荷区抬升到一定高度后(本研究中当上部正电荷区下边界超过12 km),云闪通常起始于主正电荷区内,且上部正电荷区的浓度以及水平半径对于云闪的起始高度没有显著影响。此外,云闪正、负先导通道的长度与电荷区的浓度、水平半径以及起始点和负、正电荷区之间的距离存在显著的正相关关系。

基于浙江省三维闪电监测系统的多回击闪电参数的特征分析

为深入了解浙江地区地闪和云闪的雷电活动,基于2019—2020年浙江省三维闪电定位探测资料,分析研究了该地区多回击地闪和云闪相关参数特征。结果表明:两年内浙江省共发生地闪回击数和云闪回击数98万和38万余次,多回击地闪和云闪分别占28.1%和8.01%,其中负闪占总闪比重大于正闪;地闪和云闪频数存在明显的月变化和地域分布,夏季和浙南地区更易发生多回击过程;云闪平均回击次数为1.10次,低于地闪的1.59次。地闪和云闪回击平均强度随回击数的增加而下降,其中正闪下降趋势更为剧烈;超一半的多回击地闪和云闪至少有一次继后回击电流强度大于首次回击电流强度,地闪和云闪继后回击与首次回击强度的比值呈对数正态分布,集中在0~2,其中云闪分布更为集中。地闪和云闪回击间隔时间算术平均值相当,约115 ms,几何平均值地闪明显大于云闪;回击间隔时间呈对数正态分布,其云闪分布更为集中,且集中区域对应的回击间隔时间更小。不同回击次数的云闪和地闪平均间隔时间随回击数增加而减少。地闪和云闪间隔距离分布相似,地闪平均间隔距离明显小于云闪,且分布更为集中。

基于VLF/LF三维闪电定位系统的广西闪电时空分布特征

利用广西2016-2019年三维闪电监测资料,分析广西闪电活动时空分布特征并进行天气学初探,得到以下结论:①广西雷电活动主要发生在4-9月,日变化季节性、区域性差异显著,月变化主要表现为桂中及桂南单峰型、桂西北和桂南双峰型及桂东北多波动型等三种类型,空间分布表现为桂南、桂东南、桂西北及桂东北四个雷电活动频繁区域。②广西雷电活动云地闪较云闪偏多,闪电的极性以负闪为主,云闪高度较为集中在0~1km及2~7km高度上,2~7km高度上闪电频次年际、季节性、区域性差异显著。③春季印缅槽和亚洲经向环流偏强有利于广西雷电发生,反之则不利;夏季,西太平洋副热带高压平均脊线位置较常年(26.3°N)略微偏南(25.5~26°N)时有利于雷电发生,异常偏南或偏北则不利。

北京一次大雹天气过程的闪电活动特征分析

由于受闪电监测系统限制,已有研究多局限于强对流天气的地闪(cloud-to-ground lightning,CG)活动特征。本文利用VLF/LF三维闪电监测定位资料,结合雷达观测等资料对北京地区一次典型大雹天气过程的全闪活动特征进行了分析。结果表明:降雹发生前,闪电活动主要分布在对流系统的后部,闪电数较少,且以负地闪活动为主;降雹期间,闪电频数显著增加,云闪(intracloud lightning,IC)及正地闪活动明显加强,该阶段闪电活动主要集中在对流系统强回波中心及其前部雷达反射率因子梯度较大的区域;降雹结束之后,强回波中心基本移出北京,北京范围内的闪电频数明显减少。正闪比例在降雹发生前逐渐增大,在降雹期间稳定维持在较大值,降雹结束后迅速减小;云闪比(云闪频数/总闪频数)表现为降雹发生前和降雹结束后逐渐增大趋势,在降雹期间基本维持稳定少变。闪电的电流强度主要集中在5—50 kA之间,20 kA以下的低雷电流强度的云闪和地闪多发生在降雹期间及降雹结束后,而20 kA以上的高雷电流强度的云闪和地闪在降雹发生前占有很大比例,小于5 kA的云闪在大雹发生期间所占比例明显高于地闪。降雹发生前及降雹结束后云闪发生高度在2-6 km,降雹期间有所抬升,约为2-8km。闪电频数峰值超前于降水峰值5-20 min。