北京及其周边地区夏季地闪活动时空特征分析

利用M-LDARS闪电定位系统对北京及其周边地区1995～1997年6～9月的闪电观测数据,分析闪电活动的时空分布特征.结果表明:闪电活动在时间分布上存在两个峰值时段,13:00～21:00和23:00～次日05:00.通过对总地闪、分时段及峰值时段的地闪密度分析,发现北京及周边地区闪电活动有几个明显的集中区域,地闪高密度区主要出现在下垫面为山脉和水体的地方,闪电活动与下垫面的水汽条件关系密切,且正、负地闪的空间分布也呈现较大差异,表明雷暴云的电荷结构存在一定差异.

湖南省雷电活动及其规律的分析

地闪活动规律是防雷工程中重要的基础资料,可以为输电线路路经的选择及采取有效的防雷措施提供参考依据。为掌握湖南省雷电活动及其规律,根据湖南省雷电定位系统2002-2010年共9a的雷电数据,统计分析了湖南的雷电流强度概率分布;结合气象观测站1997-2003年雷暴日观测记录,利用地理信息系统(GIS),采用网格法统计不同时间段和区域内的雷暴日和地闪次数,得到了湖南省雷电活动在时间、空间上的分布情况。统计分析结果表明,湖南省雷电活动在不同时间、不同地域存在明显差异,局部地区雷电活动异常强烈,地闪密度达到了6.9次/(km2.a),湖南省雷电流强度概率分布符合近似对数正态分布式。

雷电定位系统地闪密度分布图与雷击故障相关性分析

为检验基于雷电定位系统的地闪密度分布图用于输电线路防雷的有效性和可用性,从输电线路实际运行经验角度对地闪密度分布图与雷击故障的相关性进行分析。以全国多个地区和线路走廊为例,基于雷电定位系统的地闪密度分布,获得了各区域雷区分布,通过相应区域输电线路多年雷击故障位置相关性分析,计算了各雷区等级中的雷击跳闸率或故障杆塔比率。通过比较分析雷区等级及地闪密度值与雷击故障分布之间的相关性,表明地闪密度分布与雷击故障之间存在正相关性,基于雷电定位系统绘制的地闪密度分布图描述雷区分布是有效的和适用的。

浙江省地闪密度图的绘制方法及其有效性验证

为绘制、研究浙江省地闪密度分布图,选取浙江省雷电定位系统积累的2004～2006年雷电定位系统监测数据为研究样本,提出了利用海量雷电自动监测数据绘制出高分辨率地闪密度图的方法—网格法;依据网格的地闪密度值采用自然分割法将全省区域划分为5级雷区,最终形成了浙江省1km分辨率5级分色地闪密度图。通过分析浙江省地形情况,得出了地闪密度空间分布与地形季风相关性较强的结论;通过分析2004～2006年浙江电网雷击故障点与各级雷区的位置相关性,得出了故障次数与雷区等级正相关的结论,从而验证了地闪密度图的有效性。

多接地点闪电的梯级先导与回击过程的研究

利用成像率为1000幅/s的高速数字化摄像系统和电场变化仪,对在一次回击过程中具有多个接地分支的闪电(MGPF)进行了研究.结果表明:MGPF回击前的梯级先导由包含2～4个脉冲的脉冲束组成,脉冲束间的时间间隔平均值约为26μs,脉冲间的时间间隔平均值约为5μs;广东MGPF回击过程中和的电荷量约为4.5C,青海的约为11C;广东MGPF发生比例为16.7%,青海的为17.6%;一次回击的多个接地分支多发生在首次回击.通过分析发现,MGPF的形成与闪电的梯级先导、连接过程等有重要关系.闪电在一次回击过程中具有多个接地分支对雷电防护方法和设计的改进提出了更高的要求.

河南省雷电活动时空分布特征

利用河南省气象部门提供的ADTD雷电探测系统2006-2010年的闪电资料,分析了河南地区云地闪电的月变化、日变化及闪电密度和闪电强度时空分布特征。结果表明:河南省云地闪中负闪占绝大多数,占总闪电的96.54%,但正闪平均强度比负闪大。闪电密度大的地区集中在山区和平原过渡区及河网密集、水域分布较广的地区。地闪主要出现在夏季,占全年的91.50%;气温较高的季节里,正闪占闪电总数百分率较低,反之较高。闪电的发生有明显的日变化,集中在13-24时,最大值出现在17时。正、负闪电的强度主要集中在10～60 kA,大于100 kA的闪电主要分布于豫西、豫南和豫东部分地区,且闪电强度较大的地区,闪电密度较小。

上海及周边地区地闪活动特征及海陆差异

利用LS8000闪电定位系统2009-2011年的地闪观测资料对上海及周边地区（120～122.5°E,30～32°N）的地闪活动特征进行了研究.结果表明：分析区域内正地闪的比例约占8.5％,大电流地闪（电流绝对值大于50 kA）的比例约为5.6％.地闪活动主要集中在6-9月,峰值出现在8月;日变化上,12：00-19：00闪电活动最为活跃,峰值出现在14：00,凌晨闪电活动最弱.从日变化上来说,正地闪和大电流地闪比例在地闪活动较强时段低于地闪活动较弱时段;在月分布上,在地闪活动最强的夏季,正地闪比例普遍在10％以下,在地闪活动较弱的春、秋、冬季,正地闪比例普遍在10％以上.以北纬31°为界,分析区域北部地闪密度基本在6～12次·km-2·a-1以上,南部基本在2.4～4.8次·km-2·a-1.同时陆地上的地闪密度要显著高于湖泊和海洋上的地闪密度,而海洋上的正地闪比例和大电流地闪比例要显著高于陆地.闪电空间分布的时间变化说明,下午地闪活动主要出现在陆地,而凌晨地闪主要出现在水体附近,其它时段则表现出过渡特征,这与下垫面的加热作用紧密相关.

蒙古东部冷涡造成河北中南部雹暴过程的地闪特征分析

应用地面闪电定位系统、多普勒雷达、加密自动雨量站资料，对2007年7月8～9日蒙古东部冷涡天气系统下，发生在河北中南部的两次雹暴过程进行了分析。结果表明：两次雹暴均产生大量地闪活动，且以负地闪占优势，闪电集中发生时段与强对流发生及维持时间相当。雹暴和强降水在时空分布上对应的地闪极性有明显差异，降雹发生在雹暴云团中正地闪最活跃的阶段，正地闪集中出现在强回波中心及其邻近区域，降雹点落在正地闪聚集区附近；对流性强降水云团中负地闪频繁发生，强降水区出现在负地闪密度高值中心附近，负地闪簇集区域预示着对流性强降雨的落区。多单体风暴中，闪电的频率及聚集区域主要取决于雷暴单体的数目、强度和相互接近的程度，其造成的强降雹主要发生在总地闪的活跃期。本次个例分析显示，总闪电频数跃增、正闪频数突增，仅先于降雹数分钟（几乎同时）发生。因此，根据闪电频数变化可监测对流强度的演变和冰雹天气的发生。

深圳云地闪时空分布特征

利用1997—2011年云地闪电定位探测资料和深圳国家基本气象站1953—2011年观测资料,对深圳云地闪电(简称地闪)时空分布特征和雷暴日变化趋势进行分析。结果表明:深圳雷暴日数近59 a来呈下降趋势,小波分析显示年雷暴日数存在5 a周期和10—15 a次周期;年内地闪频次特征表现为6月和8月双峰形特征,8月为全年地闪次数最多的月份;雷暴的活跃程度与太阳辐射热力条件密切相关,地闪活动高峰出现在14—18时;深圳地闪密度呈现西北多、东南少,内陆地区多、沿江沿海地区少的分布特征,地形、海陆分布是影响地闪空间分布的重要原因;地闪强度分析表明,正、负闪月平均强度峰值分别出现在2月和6月,负闪强度低于正闪强度,正、负闪日强度峰值均未出现在频次峰值时段。

城区与郊区不同地形地貌下云地闪分布规律初步研究

利用上海3台SAFIR3000闪电定位仪的测量数据、计算机软件技术和数据统计方法对上海地区云地闪的分布规律进行了研究,得出了以下结论：①受地形地貌及高大建筑的影响,上海地区的云地闪分布规律是南北多,东西少,城区多,郊区少;②在郊区发生的云地闪密度虽然低于城区,但是其雷电流的平均强度要高于城区;③上海地区14：00-21：00是云地闪发生最为频繁的时间段。雷暴日是用于表征某地雷电活动的频繁程度并据此进行风险评估及确定雷电防护等级的一个重要参数,但此参数在实际应用过程中存在着一些问题,文章提出了用＂闪电密度＂或者＂地闪密度＂代替雷暴日的设想。

基于雷电定位的110kV同塔双回输电线路耐雷性能研究

根据雷电定位系统统计数据,在实际雷电活动分布条件下,通过对同塔双回输电线路的耐雷性能进行分析,以110 kV竹防—竹石同塔双回输电线路为例,对其耐雷性能进行计算,并对引起该线路频繁跳闸的原因进行分析,提出防雷改造建议。

地闪定向仪(DF)的测站定向误差及应用

由于地闪定向仪(DF)网络已广泛使用,而国内目前又无方便有效的定向误差估计方法,本文试图用气象台站资料寻找一种方便可行的定性判断方法,并给出测站可能的定向误差分布图。同时,我们还用DF网络的资料作了包括其工作范围内的雷暴日和落雷密度在内的统计分析,得到的落雷密度在考虑实际情况后与用其它方法得到的结果相吻合。

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。

2013—2016年新疆地闪活动特征分析

基于新疆2013—2016年地闪定位监测资料,对新疆的地闪活动特征进行统计分析。结果表明:新疆地闪以负地闪为主,占地闪总数的84.7%。年均正地闪所占比例为15.3%,高于内蒙古高原的9.6%。地闪密度总体值小于0.714次/(km^2·a),呈现出北疆大于南疆,西部地区大于东部地区,山区大于沙漠戈壁的形式;地闪年和日分布均成单峰型,年分布高发期在6—8月,日变化主要集中在14—20时;地闪强度百分率呈现单峰型分布,且负地闪的分布曲线与总地闪基本一致。正地闪出现频率在强度达到30~40 k A时出现峰值,为正地闪次数的16.5%;地闪雷电流强度全年变化幅度较小,均呈现先减小后增大的变化趋势。正地闪的平均雷电流强度达59.7 k A,为负地闪的1.8倍;上午的平均雷电流强度皆大于下午。

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。

江西不同类型强对流天气的地闪统计特征及与雷达回波特征对比分析

选取2004—2014年江西省11个ADTD雷电探测定位组网系统所得云地闪探测数据、省内多普勒雷达、探空和自动站资料,并结合重要天气报,将此11年的强对流天气分成短时强降水、有短时强降水伴随的雷雹大风和冰雹(以下简称风雹)和无短时强降水伴随的风雹这三种主要类型,分析它们发生前后的地闪活动特征及其与雷达回波的关系,结果发现,(1)江西省短时强降水、雷暴大风和冰雹分别主要发生在5—8、7—8月和3月;仅发生短时强降水时的站次远多于发生风雹天气时;除早春和盛夏无短时强降水伴随的雷暴大风发生站次较多外,风雹天气常与短时强降水相伴发生。(2)仅有短时强降水天气发生时,其站点地理位置越偏北、小时雨量越大,对应的地闪活动就越剧烈。不同小时雨量对应的地闪数存在较明显的季节性差异,表现为3、4月地闪数以小时雨量为50~55mm时最多;5—7月地闪数随着小时雨量增大总体呈增多趋势,尤以小时雨量为55~60mm时最多;8—9月则以小时雨量为40~45mm时最多。(3)就无短时强降水伴随的风雹天气而言,在3—5月雷暴大风和冰雹发生前30min内的地闪数差异不大,但平均电流强度后者大于前者;在6—9月雷暴大风发生前30min内的地闪数则为冰雹发生前的2~4倍,平均电流强度前者大于后者;该类风雹发生前的地闪数多于仅有短时强降水发生前,正地闪的平均电流强度前者也略强。(4)有短时强降水伴随的风雹发生前的平均正地闪数以8月为最多,而负地闪数则在6月最多;冰雹发生前1h内的地闪数随季节变化不大,而雷暴大风发生前的地闪数存在季节差异,夏季多于春季;另外冰雹的地闪数与冰雹直径存在较好的正相关性。(5)3—8月,有短时强降水伴随的风雹地闪数远多于无短时强降水伴随时;其平均电流强度前者大于后者;该类风雹天气发生前,地闪平均电流强度随季节呈先增大后减小的趋势,而无短时强降水伴随的风雹天气则无此特点。(6)强对流天气发生前,较强回波出现前的负地闪活动远比正地闪活跃,但其电流强度弱于正地闪;45dBz以上回波伸展高度越高,伴随的地闪数也越多,但其平均电流强度变化不明显。

内蒙古夏季典型短时强降水中尺度特征

利用常规观测资料、NCEP FNL分析资料、FY-2D逐时云顶亮温(TBB)资料、内蒙古地区自动气象站资料和闪电定位资料,对2012—2015年内蒙古夏季37例典型短时强降水事件进行分析。结果表明:冷锋云系尾部、涡旋云系和暖湿切变云系中发展的中尺度对流系统(MCS)是造成内蒙古短时强降水的直接影响系统,短时强降水发生在MCS发展或成熟阶段,而且位于TBB梯度密集区MCS移出区域靠近干冷空气侵入一侧。自动气象站观测到的中气旋、中低压以及中小尺度气旋式辐合风场和切变线诱发MCS发展,MCS发展到成熟阶段地闪密度达到最大值,地闪密度值较高对应的MCS面积扩展率也较大。内蒙古西部和中部偏北地区短时强降水发生前3 h相对湿度达到60%~80%,但其余地区相对湿度基本为80%~90%,温度锋区浅薄冷空气是触发MCS发生发展的关键因素。

SC型双偏振雷达在江南南部一次对流性天气过程中的应用分析

2019年3月21日发生在江南南部地区的区域性对流天气灾害种类多,强度强,范围广,也是江西吉安SC型多普勒雷达进行双偏振改造后遇到的首次区域性强对流过程。利用其探测资料,分析了双偏振雷达参量的分布与演变特征,并与地闪等观测资料进行对比,探究了其在短时强降水和风雹天气中的不同特征,结果发现:此次过程中,发生短时强降水期间,低仰角的水平反射率Z H和差分反射率Z DR会出现增大,且比地面分钟级雨量开始增大的时间显著超前,而地闪频数的增大要更超前,比Z H和Z DR开始增大的时间分别早6 min和5~10 min;差分相移率K DP峰值出现时间滞后于闪电频数峰值约15 min,反映出此次过程中这些特征有助于预测地面雨强的演变趋势。在风雹过程中,Z H开始增加的时刻超前于地面降雹时刻约15 min,其他偏振量的提前时间更早;同时,冰雹发生时地闪频数迅速增大,这些特征在此次过程中对冰雹的预报具有很好的指示作用。此外还探究了由Z H得到的冰相粒子降水含量M与降雹时间的关系,发现前者提前于后者15 min出现激增,且高度越高,M峰值就出现得越早,因此可为提前预报出地面降雹的可能时刻提供参考。

利用雷电参数划分深圳雷区分布

根据雷电定位系统记录的深圳地区近8年来雷电活动数据，对深圳地区19992007年的雷电活动日、地闪密度、雷电流幅值等雷电参数进行统计分析，得到各典型雷电参数的分布特征，并绘制了深圳地区雷区分布电子地图。通过与深圳电网110-500kV输电线路多年运行结果进行比较，所绘制的雷区分布图同深圳电网输电线路雷击故障跳闸实际运行经验基本吻合，可用于指导深圳地区新建输电线路防雷设计及已运行线路的防雷改造。

鲁西南地区云地闪密度历史平均值研究

为了计算鲁西南地区年云地闪密度的历史平均值,选取雷暴日数据及闪电日数据进行相关性分析,将雷暴日与可闻范围内云地闪密度进行拟合,并进一步进行分组拟合,分析相对误差,最后绘制出鲁西南地区云地闪密度历史平均值分布图。结果表明:在距离观测台站6~22 km范围内,雷暴日与闪电日密切相关,两者的相关系数在距离观测站不同半径范围内呈单峰状分布,确定雷声可闻距离为14 km;雷暴日与云地闪密度拟合得出的关系式优于规范公式,更能代表云地闪密度历史平均值,且具有相同成雷机制的邻近区域,由雷暴日通过拟合公式计算得到的云地闪密度与实际发生的云地闪密度一致性更好;云地闪密度历史平均值总体呈现出西南、东北大,中间小的漏斗形,区域差异明显。