呼和浩特市重点区域的雷电预警方法初讨

通过对重点区域中国航天科工集团第六研究院附近地区大气电场的观测分析,重点分析有闪电发生时,雷暴天气过程大气电场及大气电场变化率的特征。通过对多个近距离雷暴活动的发生、发展及消散过程的分析,得出雷暴天气下的大气电场特征及变化规律;找出了针对航天六院附近地区的雷电预警的电场强度和变化率的雷电预警指标,用电场幅值阈值和差分阈值两种方法并结合闪电定位资料建立了预警模型为内蒙古地区针对重点区域有针对性的开展雷电预警预报工作打下基础。     

雷电预警中的风暴参数研究

目前,国内大多城市陆续建设了大气电场仪,旨在提前开展雷电预警,但基于大气电场仪开展雷电预警的虚警率始终较高。该文基于闪电定位仪和雷达风暴产品,提取了雷电发生时的风暴参数,即发生闪电的雷电预警指标需同时满足风暴中心强度在40d Bz以上、中心高度在3 km以上、回波顶高在4.5 km以上,在此基础上再与大气电场仪预警阈值结合,在降低雷电预警虚警率的基础上,实现了雷电预警时间的提前,为闪电定位、雷达、大气电场仪数据在雷电预警中的研究提供一定的应用参考。     

青岛地区电场仪资料在一次雷暴天气过程中的应用分析

利用大气电场仪资料,结合天气实况、天气雷达和闪电定位仪等资料,对2013年7月1日青岛地区一次雷暴天气过程进行了综合分析。结果表明,当地面电场强度曲线在几十到几百毫秒量级内发生极性反转,变化幅度在2 kV/m以上,且完成后电场值会迅速回到极性反转前的电场值附近时,可以判断为发生了一次地闪。单站电场强度曲线可以反映出雷暴云与测站间距离的变化,闪电发生前电场强度的增加可为雷电预警提供时间。大气电场仪组网监测资料可以对雷暴云的移动路径做出判断。综合分析大气电场仪组网数据、天气雷达以及闪电定位资料等多源资料,可以更好地判断雷暴云的活动状况,提高雷电的预警准确率和时间提前量。     

雷电过程中大气电场信号处理方法探究

基于天津市蓟州区大气电场探测数据和闪电定位数据，利用功率谱分析、小波降噪和快速傅里叶变换等信号处理方法，分析了雷电天气过程中地面大气电场变化特征。结果表明，雷电过程中大气电场能量主要集中在低频部分，利用sym5小波函数进行7层或8层分解，提取的低频信号能够反映大气电场的主要变化特征。在首次闪电发生前1小时，大气电场的频谱幅值起伏变化明显，且远高于非雷电天气电场频谱幅值。通过欧氏距离判别法，判断大气电场频谱特征更接近雷电天气还是非雷电天气，可为雷电预报预警提供参考。     

电场时序差分在雷电预警中的有效性分析

目前国内应用地面大气电场仪进行雷电预警一般使用阈值法,这一方法直接使用电场观测值的多重阈值来进行预警,在实际应用中容易出现误报和漏报的现象.本文通过对晴天大气电场和雷暴天气大气电场分析了大气电场时序差分的基本特征,并结合SAFIR3000闪电定位观测数据,对典型雷暴过程下的电场时序差分进行了深入分析.本文还选取了有雷暴发生和无雷暴发生的预警应用个例进行了分析,分析结果表明电场时序差分的应用能在一定程度上提高雷电预警的效率.     

大气电场资料在雷电预警中应用

通过分析浙江省嵊县地区2007年6-10月12次强雷暴过程的电场观测资料,并结合该省闪电定位资料,发现当雷暴云移近电场仪测站时,在测站的防护区内（距测站10 km半径范围内）,闪电发生前的电场会出现快变抖动现象,并且快变抖动和闪电的发生具有0-1化对应关系,即当有电场的快变抖动出现并且在一定时间内电场值数次达到一定阈值时,电场值会随着时间增加而达到防护区内闪电出现的强度,很少有出现电场快变抖动而没有产生闪电的情况,利用多元回归技术提出雷电预警方法,将12次雷暴过程数据作为预报资料,得出预报方程及电场最佳预警参数。分析结果表明,当闪电集中发生在距电场仪10-15 km范围内,并达到电场仪预警条件时,为最佳预警时间,预警准确率达到73%。     

北京地区大气电场的特征及雷电预警中的订正分析

摘要：利用北京市气象局4个大气电场仪2009年春季、夏季和秋季的监测资料,分析了本地区大气电场各季节日变化、晴天和雷暴天气下的变化特征,分析结果表明：北京地区全年大气电场具有“双峰双谷”的日变化特征,峰值出现在07～09时和20～23时,谷值出现在04～06时和15～17时,全年大气电场的平均值为0.31 kV/m;全年晴天大气电场的日变化规律要比年平均更为明显,其电场值要比全年日平均值大40%左右;雷电的发生与电场仪的快变抖动之间存在着很好的对应关系。根据大气电场的变化特征和所对应的雷暴过程对大气电场的雷电预警阈值进行了订正,研制出新的三级雷电警报阈值分别为2.84 kV/m、5.58kV/m、8.29kV/m,并对警报阈值进行可靠性检验,即将新的三级警报阈值的准确率和电场仪默认的警报阈值的准确率进行比较分析;分析结果指出,夏季三个级别警报阈值的准确率分别为67.4%、78.4%和90.6%,一级警报阈值的准确率提高了约25%,二级和三级警报阈值的准确率提高了5%-20%。最后,结合闪电定位资料和北京城八区局地电场监测网分析了2009年6月16日一次雷云经过本市的放电过程,为在其他气象探测资料（雷达、探空、闪电定位等）无法提供的或者通信电力无法保障的地区使用电场仪预警雷电的发生提供参考。     

我所的大气电学研究工作

大气电学是大气物理学的一个分支,自四十年代前期,国内作过个别的观测研究后,在国内静寂了二十多年。六十年代以后,随着近代云雾物理、人工影响天气及森林防火等工作在我国的开展,国内有不少单位先后对强雷暴,特别是冰雹云中的雷电活动作了观测研究。大气电学家们利用自制的闪电计数器、电场仪、探空电场仪及闪电电场仪等取得了一系列的资料,并对于不同强度的雷暴在雷电活动上的不同特征、雷     

雷电对飞行的影响

雷暴云中常有电荷积累,并能形成很强的电场,造成闪电击,威胁飞行安全.即使有时云区电场没有达到击穿放电的强度,但由于飞机在雷暴云区高速运动时出现飞机起电、电晕会加强云中大气等电位面的畸变程度,而达到击穿放电的强度时,也会诱发闪电,造成闪电击.通常,雷电产生强大的电流,形成电磁场、光辐射、冲击波和电弧,这些现象都严重威胁飞机的安全.飞行员应采取必要的安全措施,避免闪电击的影响,保证飞行安全.     

一次强雷暴天气与大气环境场的关系分析

雷电是电荷聚集到一定程度的放电现象,当雷暴云中电荷累积,在地面附近大气就会有相应的感应电场,因此通过大气电场脉冲波形变化,结合雷达回波资料,可以判断雷暴云的发展阶段。本文分析了2010年8月11~12日陕西省有闪电定位监测网络以来最强的一次雷电天气过程。该过程全省范围内共发生闪电23 570次,8月11日单日闪电14 470次,整个过程以负闪为主,闪电频数高,同时伴随强降水发生。分析发现,此次强雷电天气过程与大气环境场具有以下对应关系:强雷电的发生与西太平洋副热带高压强盛控制陕西大部分地区且呈东西带状分布、西风槽东移南压关系密切;另外还与潜在对流性稳定度指数、抬升指数、能量场和位势稳定度具有较好的相关性;高雷电密度区域与区域性暴雨的强降水落区有一定的对应关系,但强雷电往往先于强降水出现,雨量最大区域与雷电强度最大区域并不对应。     

基于小波技术的地面大气电场数据处理

使用安装在南京信息工程大学实验场的法国电场仪AMEO340于2009年观测试验期间的观测资料,将大气电场仪采样序列数据经快速傅里叶变换,得到序列的功率谱。对晴天和伴有闪电天气的地面大气电场数据进行了小波函数为sym5的7层分解,大大降低了地面大气电场数据波形的重叠度。通过对伴有闪电天气的地面大气电场数据进行小波7层分解,地面大气电场信号的低频部分不仅突出显示了地面大气电场值的主要变化趋势,而且能清晰的分辨出闪电过程中较强的正负地闪次数。为利用地面大气电场强度值的变化特征进行闪电预警提供了更有效的信息。     

2013年“西马仑”台风大气电场特征分析

利用中国气象局提供的台风定位资料和厦门市气象局测得的大气电场等资料,采用对比分析等方法分析了1308号台风"西马仑"登陆后的大气电场变化特征及其与闪电和降水的关系。分析结果表明:测站大气电场、降水和地闪的变化主要受"西马仑"台风后部云系影响。降水强度与负电场强度之间有着较好的对应关系。强降水时段地闪频次较低;地闪活动滞后于大气电场变化5~20min,地闪密集时段也是大气电场跳变最为剧烈的时段。     

基于小波分析的地面大气电场观测数据处理技术研究

使用南京信息工程大学实验场的AMEO340电场仪一年观测试验资料,将大气电场仪采样序列数据经快速傅里叶变换,得到序列的功率谱,对晴天和伴有闪电天气的地面大气电场数据进行小波函数为sym5的7层分解,某种程度上降低了地面大气电场数据波形的重叠度。通过对伴有闪电天气的地面大气电场数据进行小波7层分解,地面大气电场信号的低频部分不仅突出显示出地面大气电场值的主要变化趋势,而且能清晰地分辨出闪电过程中较强的正负地闪次数,为利用地面大气电场强度值的变化特征进行闪电预警提供了更有效的信息。     

基于大气电场资料的雷电临近预警研究

通过分析深圳地区2012年6—9月17次雷暴过程的电场观测资料,并结合广东省闪电定位资料,发现当雷暴云移近电场仪测站时,在测站的防护区内(距测站10 km半径范围内),闪电发生前的电场幅值快速增加且伴随有快变抖动的现象,并且快变抖动和闪电的发生具有0-1化对应关系,即当有电场的快变抖动出现的情况下,电场达到一定阈值并维持一段时间后,防护区内发生闪电的可能性很大.因此根据大气电场的波形特征,提取出与闪电相关性较高的因子,利用多元回归技术建立一套预报方程,根据该预报方程得出最佳预警参数.结果表明:当大气电场阈值达到0.86 kV/m,且在10.73 min内电场能维持在阈值上,并伴随有电场的抖动时,在防护区内发生闪电的可能性很大,预警准确率达53%.     

川西高原典型雷电天气电场特征初步分析

利用四川省雷电监测网和川西高原甘孜、马尔康两个大气电场观测站资料,通过统计分析川西高原甘孜、马尔康两站多次典型雷电天气过程大气电场特征,得到大气电场正负变化过程会大多相互部分抵消,雷电对电场平均值影响不大,雷电天气过程电场值波动围绕分析周期内平均值上下起伏呈窄幅波动。同时,高原雷电出现条件电学特征上具有两个特征:一是高原每次雷电过程持续时间较平原短,但出现雷电过程频率高于平原地区;二是高原产生击穿放电电流幅值较平原低而击穿电场强度较平原为大。      

小波分析在雷击大气电场波形去噪分析中的应用

雷击时大气电场信号中混杂的噪声信号影响对真实大气电场信号的分析、提取和使用。文中通过计算仿真信号和去噪前后真实电场信号的均方误差,分析选取不同的小波函数、阈值法和小波分解层数对去噪效果产生的影响。考虑雷击时大气电场信号的信噪比,选用sym5小波和db5小波与minimaxi和rigrsure阈值法结合,且对小波的分解层数选用6~7层,进行大气电场波形的去噪处理,其去噪效果比较理想。最后,将该方法用于实际雷击大气电场波形数据的去噪处理,对雷击时电场波形的突变性检测中,在20个样本中有14个在首次雷击前1.5~2 h具有突变过程,占70%,这为将大气电场仪资料引入其他气象参数预报模型提供了切入点。     

基于大气电场的雷电监测预警方法

利用大气电场强度数据设计了一种雷电监测预警方法,并对江西省南昌县2020年8月的一次雷电过程进行预测。首先对大气电场仪采集的电场数据进行去噪处理和缺失填补,然后利用经验模态分解法分解大气电场数据,得到大气电场数据的幅值和频率的分布特征,运用多元回归模型构建雷电预警模型,预测未来一段时间内的大气电场强度值。参考大气电场强度等级划分表,开展雷电监测预警。结果表明,运用模型预测的大气电场强度结果与实况之间的可决系数均在0.9以上,即大气电场强度预测结果与实况较为接近,该监测预警方法具有一定的可行性。     

地面大气电场资料在强对流天气预报中的应用

利用大气电场仪对2008年6～10月天津地面大气电场变化进行连续监测。讨论晴空、稳定型降水、飑线和暴雨天气下地面大气电场强度特点,结合新一代多普勒天气雷达资料和闪电定位资料,对2008年9月4日飑线过程和2008年7月14日暴雨过程进行分析。结果发现:大气电场仪曲线在雷暴发生前15～50min剧烈变化,在强对流天气的雷电监测中有明显的指示作用。结合雷达资料和闪电定位仪资料能够提高雷电预警和短时临近预报的准确率,多站点的大气电场仪数据能够扩大雷暴监测范围并且判断雷暴云移动路径。