云下部正电荷区与负地闪预击穿过程

三维雷电观测系统LMA(Lightning Mapping Array)是最近发展起来的基于GPS时钟同步的闪电VHF辐射源到达时间差(TOA)定位技术,能以很高的时间分辨率(50 ns)和空间定位精度(50-100 m)展现闪电放电发展过程的三维时空分布,揭示雷暴中电荷结构及其与放电过程的关系.文中利用三维雷电VHF辐射源观测资料分析了负地闪预击穿过程的时空分布特征,讨论了云下部正电荷区对负地闪发生的影响,其结果表明在首次回击之前存在长时间预击穿过程的负地闪中,预击穿过程是云中部负电荷区与下部正电荷区之间的一种云内放电过程,闪电起始于云中部负电荷区,然后向下发展传输,进入正电荷区后闪电通道在云下部正电荷区水平发展,其放电特征与反极性云闪放电一致,云内放电过程最后阶段的K型击穿激发了地闪的梯级先导,梯级先导穿过云下部正电荷区向下发展传输.云下部正电荷的存在是导致负地闪首次回击之前存在长时间云内预击穿过程的主要原因.     

闪电活动的气候学特征研究进展

综述了闪电活动与气候和气候变化相关研究的一系列最新进展。这些研究表明全球闪电活动可以通过卫星光学方法、地面的单站舒曼共振法以及低频多站时差法进行观测,其结果指出全球闪电密度高值区主要分布在海岸地区、山地地区、中尺度气旋多发地区以及热带辐合带的辐合区内,大陆、海岛、沿海地区所发生的闪电占全球的88%,全球3个闪电密度极大值依次出现在赤道地区的非洲刚果、南美洲大陆和东南亚。大量的研究结果表明全球闪电活动是与气候和气候变化相关的,在日、5d、季、半年、年、ENSO、10a多个时间尺度上,闪电活动对温度做出了一定的正响应,但在更长时间尺度上这种敏感性似乎是减弱的。闪电活动因易于被持续监测而可以作为监测气候一些重要参数变化的有利工具。闪电活动是氮氧化物(NOx)的重要产生源,这与臭氧等温室气体以及地球辐射之间存在密切关系。在短时间尺度上,对流层上层水汽和全球闪电活动之间存在非常好的相关性。气溶胶对雷暴以及闪电活动的影响还不明确。气候变化与雷暴和闪电活动之间的相互耦合机制还有待于更多的观测和深入的研究。     

基于数字摄像技术测量气象能见度--双亮度差方法和试验研究

数字摄像技术在地基、空基定量化大气遥感上的应用是一个方兴未艾的研究领域.作者阐述了基于数字摄像技术,利用地平线附近两个不同距离的目标物和其对应水平天空背景亮度差的比值计算白天气象能见度的方法(简称双亮度差方法)及其标准观测条件,该方法能够消除CCD(电荷耦合器件)数字摄像系统暗电流和背景杂散光的影响,可以增大数字摄像能见度观测系统(DPVS)的测量范围,提高测量精度.2002年在合肥骆岗机场进行了DPVS同V(a)is(a)l(a)前向散射仪、透射仪以及目测的对比试验,大量实测数据表明:DPVS和V(a)is(a)l(a)仪器以及目测的一致性相当好,采用双亮度差方法,即使能见度达到基线长度的200倍,DPVS也能给出可信的测量结果.     

闪电先导随机模式的建立与应用

根据地闪先导发展特征,建立了一个闪电先导的二维随机模式,并模拟研究了下行先导与避雷针或地面的连接过程。模拟得到下行先导感应电荷的数量级为10-4 C/m;下行先导出现明显的分叉,且先导接近地面时分叉逐渐增多;模拟的连接过程形态呈现多样性的特点;建筑物上的避雷针在绝大多数情况下可以有效拦截闪电下行先导,但避雷针正上方的下行先导并不是百分之百击中避雷针,远离避雷针的下行先导仍有很大概率被避雷针拦截;在下行先导与避雷针水平距离一定的条件下,建筑物越宽越矮,避雷针有效拦截闪电先导的概率就越小。     

人工触发闪电M分量的电流与电磁场特征

利用2008—2010年在广州从化人工触发闪电试验中观测到的闪电通道底部电流、近距离电场以及近距离磁场数据资料,对人工触发闪电M过程的电流和电磁场特征及相关性进行了分析。统计分析结果显示:M分量电场波形持续时间和10%~90%上升时间几何平均值分别为0.49 ms和0.12 ms;电流波形持续时间、10%~90%上升时间和电流变化的几何平均值分别为0.53 ms, 0.11 ms和0.34 kA;磁场波形持续时间、10%~90%上升时间和磁场变化的几何平均值分别为0.65 ms, 0.16 ms和2.76×10-5T。此外,M分量的电流、电场及磁场波形间存在一定的相互关系。相关分析结果表明:M分量的电磁场与电流资料在峰值幅度上具有较显著相关性,几何形状也较为一致,利用电磁场资料反演M分量的电流波形具有可行性。     

两种类型M分量物理特征和机制对比

综合分析人工触发闪电通道底部的电流数据和电场变化数据,获得对M分量的新认识。M分量的幅值、上升时间、半峰值宽度、转移电荷量的几何平均值分别为301 A,341 μs,662 μs,0.207 C。但发现有两种类型的M分量,其统计特征和分布特征均体现了较大差别。第1类M分量幅度较小,半峰值宽度较大,上升时间较长;第2类M分量则幅度较大,半峰值宽度较小,上升时间较短,两类M分量和回击的时间间隔有较大差异。采用双波放电模型,通过设定不同入射电流波速度和反射电流波速度,对两类M分量进行从电流到电场的反演。结果表明:当模拟电场和测量电场比较一致时,第1类M分量的入射速度和反射速度的比值大于第2类M分量,即两类M分量的放电机制具有一定差异。     

触发闪电产生的地网地电位抬升及暂态效应

对2019年夏季广州市从化区3个雷暴过程中7次触发闪电过程的39次继后回击和10次M分量及其对应的地电位抬升(ground potential rise,GPR)电压数据进行统计分析。分析发现:39次继后回击对应的地电位抬升电压峰值几何平均值能达到-138.97 kV,且波形具有明显的次峰,次峰几何平均值为-90.09 kV,约为最大峰值的64.86%;继后回击引起的地电位抬升电压主要由雷电流泄放引起(相关系数为0.94),感应耦合作用相对较弱(相关系数为0.55),而M分量过程对应的地电位抬升电压则均由雷电流泄放引起(相关系数为0.99)。在雷电流瞬间冲击下,继后回击和M分量过程时的冲击接地电阻均小于工频接地电阻,M分量过程的冲击接地电阻平均值为12.02 Ω,继后回击过程为10.87 Ω。M分量半峰宽度可达毫秒量级,会使浪涌保护器长时间处于动作状态,极易引起浪涌保护器热崩溃损坏。     

地闪不规则先导的多尺度熵特征

针对不规则脉冲簇难以判别问题,将多尺度熵应用于不规则先导分析中,探讨闪电信号不规则脉冲分析应用中多尺度熵关键参量的选择方法。在此基础上,将不规则先导与直窜先导及梯级先导闪电信号的多尺度熵进行比较。统计分析表明:不规则先导和直窜先导熵值随尺度先增加后趋于平稳,但熵值有很大差异;梯级先导熵值随尺度变化不明显,整体呈增长趋势,与不规则先导的熵值在大于3的尺度上也有所差异,因此当尺度大于3时可将熵值大于1.5的先导归类为不规则先导,熵值小于1.5的先导归类为梯级先导或直窜先导。不规则先导的特征熵平均值为2.0~2.1,最大值范围为2.6~2.8,最小值范围为1.51~1.59。     

3种阈值方法在闪电通道图像识别中的应用

该文实现了3种常见的阈值算法在闪电通道识别中的应用。针对某些闪电通道图像对比度较低的特点,首先对原始图像去除背景光照不均的影响并进行图像增强,再根据所处理的闪电通道图像的具体情况,选择全局自适应阈值法、局部自适应阈值法或基于Otsu自适应阈值的Canny算子对增强后的图像进行边缘检测,进而对闪电通道进行识别。对所提取到的闪电通道进行形态学和细化处理,最终提取到由连续的像素点序列表示的闪电通道。针对数字图像中闪电通道背景的不同特点,文中提到的3种阈值方法能够有针对性地对不同图像进行通道检测,在保证准确获得清晰边缘信息的同时,较好地兼顾了对弱边缘信息的提取,有效保证了对闪电通道的识别效果。     

高建筑物上闪电普通摄像观测与分析

2009-2010年夏季,在广东省气象局对东南方向的高建筑物上的闪电进行了观测.对获得的普通摄像资料进行了处理和分析,基于对闪电事件引起普通摄像中像素亮度变化的分布特征的分析结果,编写了视频资料处理程序,实现了普通摄像资料中闪电图片的自动提取.在此基础上,统计分析了观测到的广州高建筑物上87次自然闪电的特征,结果表明:这些闪电的持续时间平均为348 ms;对于高度超过500m的建筑物,其上发生闪电的次数明显多于高度低于500 m的建筑物,且闪电的平均持续时间也更长.给出了拍摄到的几幅云下闪电通道呈现蛛状和长距离特征的闪电图片.