两次强雷暴系统中雷电的人工引发及其特征放电参量的测量与估算

中纬度地区的雷电灾害常由过境的强雷暴系统引起, 但是自然雷电放电电流的直接测量十分困难. 2005年夏季在两次强雷暴系统过境期间, 利用火箭拖带金属导线的人工引发雷电技术, 成功引发雷电5次, 并在放电通道底部测量到了完整的1 μs时间分辨率的雷电电流波形以及距雷电通道水平距离为60和550 m处的同步地面电场变化资料. 研究表明, 5次人工引发雷电都包含有1~10次不等的大电流回击放电过程, 电流峰值平均为11.9 kA, 变化范围为6.6~21.0 kA, 与自然雷电继后回击电流峰值基本一致. 回击电流波形的半峰值宽度为39 μs, 较通常结果要大. 回击电流峰值I_P(单位: kA)和中和的电荷量Q(单位: C)之间满足关系式: I_P=18.5 Q^0.65. 在60和550 m处, 回击引起的微秒量级辐射场变化分别为5.9和0.39 kV/m, 随水平距离r(m)的增加回击辐射场以r^−1.119的规律衰减. 根据传输线电流模式, 估算的回击速度为1.4×10⁸ m/s, 变化范围为(1.1~1.6)×10⁸ m/s. 由于人工引发雷电放电过程与自然雷电的相似性, 所得到的结果可应用于自然雷电灾害的防护设计中.     

青藏高原一次地闪放电过程的分析

利用成像率为1000 幅/s的高速摄像系统和快、慢电场变化仪以及宽带干涉仪系统等探测仪器在青藏高原那曲地区所观测的地闪资料，对一次地闪回击及其之前的持续时间较长的云内放电过程进行了分析.结果表明：地闪先导前的云内放电过程发生于雷暴云下部正电荷区和中部负电荷区之间；云中部负电荷区距离地面的高度为28～45 km；闪电的起始放电发生区域距离地面的高度为10～17 km；初始流光在云外发展时具有很大的水平分量和较多的分支；梯级先导的速度为1×105 m/s，在向地面发展时出现较大的弯曲；首次回击放电过程与低海拔地区没有差异，通道中的峰值电流有241 kA；继后回击相对较弱.     

首次回击具有双接地点的地闪光学和电学特征的个例分析

利用成像率为1000幅／s的数字化高速摄像系统和时间分辨率为1μs的快、慢天线闪电电场变化测量仪在广州附近观测到一次首次回击具有两个接地点的负极性地闪。两个分支到达地面的时间间隔约为30μs;在发生回击R2时,其中一个分支的直窜先导发展成为企图先导。观测发现M一分量的发光要比梯级先导强;回击间的K一变化与云中的在击穿和通道的延伸有关,但不引起云地间通道的发光。光学和电场变化的同步观测证实了直窜一梯级先导的发展速度与前一次回击的时间间隔有关,较快的先导发展速度对应于较短的回击时间间隔,较慢的发展速度对应于较长的回击时间间隔。另外,本文在资料分析的基础上,提出了产生双接地点的四种可能原因。     

人工触发闪电中的M分量特征

利用2005-2008年期间在山东开展的人工触发闪电试验中所观测到的通道底部电流、不同距离垂直电场及高速摄像光学资料,对人工触发闪电10次回击之后的33次M分量电流波形进行了分析.结果表明,典型的M分量电流波形具有较对称的结构特征,峰值电流的几何平均值为743 A(标准偏差为0.55);波形10%～90%上升时间的几何...     

甘肃中川地区云闪的多站同步观测及雷暴的等效电荷结构

利用甘肃中川地区GPS同步的7个测站闪电慢天线获得的电场变化资料, 通过非线性最小二乘法对2004年8月20日一次雷暴过程中的10次云闪进行了拟合分析, 估算了其所中和的电矩、 取向及空间位置等参量。结果表明, 其中5次云闪是雷暴云中部主负电荷区与其下部正电荷区之间的放电, 另外5次是中部主负电荷区与其上部正电荷区之间的放电, 对应的放电中心的海拔高度分别在3.2~5.6 km和6.8~7.7 km, 中和电矩分别约为4.56~61.0 C·km和 1.06~15.9 C·km。发生在雷暴云上部正电荷区与中部主负电荷区之间的闪电所中和电矩较发生在雷暴云中部主负电荷区与下部正电荷区之间的闪电所中和电矩小。结果证实了中国内陆高原地区雷暴云的上部和下部有两个正电荷区存在, 与闪电放电相联系的雷暴云电荷结构可用简化的三极性来代表。     

台风“莫拉克”登陆过程的闪电活动与雷达回波特征

利用全球闪电定位网WWLLN(World Wide Lightning Location Network)资料和中国气象局热带气旋资料中心最佳路径数据集的台风资料,并结合福建省气象局新一代天气雷达反射率资料以及NCEP/NCAR的再分析格点资料,对台风"莫拉克"在中国台湾和福建两次登陆过程中的闪电活动和雷达回波特征进行了分析。结果表明,闪电多发生在台风的外雨带,中心区域和内雨带闪电数量较少,第一次登陆过程中闪电数量较多,第二次登陆过程中闪电数量较少。6 km高度上,面积较大的回波后侧或外侧观测到闪电发生,在回波形成初期闪电数量较少,在面积和强度较稳定的时期闪电数量增加,并且闪电数量与回波的最大顶高呈正相关。闪电的发生受到台风自身垂直运动和地形抬升的共同影响,500 h Pa上气旋性风场流入垂直上升区后部的陆地出现闪电密集区,并且垂直中心的位置与强度对闪电分布的位置与数量有明显影响。     

雷暴活动与MLT区域金属Na层变化特征的统计研究

结合WWLLN闪电定位资料、子午工程海口站激光雷达所测的中性金属钠原子密度数据,利用SEA时序叠加法对对流层雷暴活动与中间层及低热层(MLT)金属钠(Na)原子变化进行了分析,探究了金属钠原子层对雷暴活动的响应及变化特征。研究表明:在雷暴日,MLT区域Na原子在距地面90~95 km处的密度小于非雷暴日的值;利用总雷暴活动触发下的SEA统计得到,Na原子密度在触发后的24 h内出现了明显的减弱,在触发前则有微弱的增强;触发前Na原子密度的增强与闪电活动的发生距离和方位有关;在东北方高密度闪电活动的触发下,Na原子密度在距地面85~93 km的范围内、触发点前-12~0 h显著增强;Na原子密度峰值在91 km和87 km处的相对增强幅度最高,在96 km之上的高度未发现明显的峰值;Na原子柱密度分布特征在闪电触发前-12~0 h与其后0~24 h与之前-24~-12 h存在显著差异,最高相对变化量为36.1%。研究结果表明低纬上空MLT区的Na原子密度的变化应考虑雷暴电场及闪电活动的影响因素。     

青藏高原东北部地区夏季雷电特征的观测研究

介绍了2002年夏季在海拔2650m的青海东部地区所进行的雷电综合观测实验及初步研究结果。实验中采用了GPS同步的6个站闪电快、慢电场变化和平均电场的同步观测,配合1ms的高速摄像对该地的雷暴电荷结构、闪电放电特征等进行了研究。初步研究结果表明,青海东部的雷暴云当顶时,地面电场既可受云内的负电荷所控制,也可能受正电荷所控制,揭示了雷暴电荷结构的复杂性。同时,闪电特征也存在一定的特殊性,所发生的地闪先导常以多分叉的形式慢速向地面行进,并在地面形成两个或两个以上的接地点;梯级先导的发展速度约为0.8～1.18×105m·s-1。同时在地闪发生之前和之后常有持续时间较长、闪道清晰的云内放电过程发生。高速摄像观测首次发现,在一次云内正电荷控制地面电场的雷暴条件下,云内放电过程呈现出双层结构特征。放电首先从上部负电荷区和下部正电荷之间的地方激发,然后上、下同时发展。在开始阶段只能看到向下的负流光通道,当上、下发展的通道分别到达负、正电荷区时,明亮的的主通道形成。之后放电在下部正电荷区以多分叉的形式水平扩展,下部的水平扩展停止后,主通道上部的放电开始水平扩展,是一种反极性的云内放电过程。     

一次人工引发闪电初始电流及其电磁场变化特征

研制了近距离闪电磁场变化测量系统,并在2005年夏季山东滨州的人工引发闪电试验中,获得了闪电电流和距闪电通道60 m处的1μs时间分辨率的电磁场变化同步观测资料。本文详细分析了一次人工引发闪电放电初始阶段的电流及近距离电磁场。本次引发闪电中火箭拖带的导线底端通过一段5 m左右的尼龙线与引流杆相接,这段空气间隙击穿放电所产生的电流为720A,对应的60 m处电场和磁感应强度变化分别为0.38 kV/m和11.26μT。对同步资料的进一步分析表明,人工引发闪电上行正先导电流脉冲时间间隔为18.0~25.0μs,平均峰值电流为23.0A,变化范围为16.9~41.0A;单个先导过程转移电荷量的平均值为84.3μC,变化范围为57.8~141.0μC。60 m处先导电场峰值和磁感应强度峰值的平均值分别为16.7 V/m和0.3μT,变化范围分别为8.7~28.2V/m和0.116~0.544μT。先导电流峰值Ip(A)与其产生的磁感应强度峰值B(μT)之间满足Ip=61.9B 2.56。     

雷暴条件下高能辐射能量的探测和初步观测

利用由NaI（加微量Tl）和CsI（加微量Na）共同组成闪烁计数器探测器对雷暴条件下的高能辐射进行了初步观测。结果表明,雷暴条件下的辐射比晴天条件下的辐射复杂的多,其能量高出约6 000～10 000keV。当雷暴过程中闪电引起的近地面电场变化较强时,探测器所测得的能量相对较高;而当雷暴过程中闪电引起的近地面电场变化较...