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郄秀书 袁善锋 陈志雄 王东方 刘冬霞 孙萌宇 孙竹玲 Abhay SRIVASTAVA 张鸿波 卢晶雨 肖辉 毕永恒 冯亮 田野 徐燕 蒋如斌 刘明远 肖现 段树 苏德斌 孙成云 徐文静 张义军 陆高鹏 Da-Lin ZHANG 银燕 余晔 《中国科学:地球科学》2021,(1)
在国家"973"项目"雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理"(简称:雷暴973)资助下,2014~2018年连续五年在北京组织开展了雷电(也称闪电)灾害天气系统的暖季综合协同观测实验,旨在获得对北京及周边城市群区域的雷电天气系统特征和规律的实际认识,探索雷电资料在数值预报模式中的同化方法,以期改进雷电重大灾害天气系统的预报效果.主要观测设备包括:由16个子站构成的雷电(全闪)三维定位系统、2台X波段双线偏振多普勒雷达和4台激光雨滴谱仪等,协同观测还充分利用了中国气象局在京津冀地区的中尺度气象观测网.观测结果表明,受地形和环境条件影响,飑线和多单体雷暴是影响北京地区的两类主要的雷电灾害天气系统,它们除产生频繁的雷电活动外,还常伴随突发性局地短时强降水和冰雹,造成城区突发洪涝灾害.雷电密度的高值区位于北京昌平区东部、顺义区的中部和东部以及中心城区.超强雷暴(占总雷暴数的5%)、强雷暴(占比35%)和弱雷暴(占比60%)对总雷电分布的贡献分别为37%、56%和7%.北京城区的热岛效应对过境雷暴增强产生了重要作用,超强雷暴在中心城区的雷电频数可以高达每分钟数百次.雷电活动与雷暴云的热动力、微物理特征之间存在紧密联系,因此雷电频数可以作为冰雹、短时强降水等灾害性天气的指示因子.在对流可分辨数值预报模式中,建立并引入雷电资料同化方案,通过调整或修正模式的热动力和微物理参量,可明显提高模式对强对流和降水的预报效果. 相似文献
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新型人工引雷专用火箭及其首次引雷实验结果 总被引：2，自引：2，他引：0
成功研制了一种新型的人工引雷专用火箭, 火箭箭体结构采用了新型复合材料, 质量轻, 并具有空中抛伞和放线功能。利用新型火箭和全新的雷电流及同步电磁场测量技术, 在2009年的山东人工引雷实验 (SHATLE2009) 中成功引发负极性云对地放电过程3次, 共包括6次大电流回击过程, 采用0.5 mΩ的大功率同轴分流器和宽带光纤传输技术测量到了0.1 μs时间分辨率的雷电流波形、以及距雷电通道30 m、60 m和480 m处的电磁场和6000 f/s的高速摄像观测资料。6次回击的电流峰值分布范围为11.2～16.3 kA, 几何平均值12.8 kA; 半峰值宽度为7.4～34.9 μs, 几何平均值21.6 μs; 10%～90%峰值的上升时间为0.5～1.4 μs, 几何平均值1.0 μs。成功的人工引发雷电实验证明新型引雷火箭安全性能好、可靠性高, 其成功研制为雷电物理过程和效应的研究, 以及雷电流波形资料的积累提供了重要的技术手段, 对制定具有我国自主知识产权的雷电防护标准等具有重要的应用价值。 相似文献
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本文自主研制性能稳定的双金属球三维电场探空仪,并结合气象探空仪等构建了雷暴电场-气象综合探空系统,实现了雷暴云内三维电场及温度、湿度的同步测量.2019年夏季对华北平原地区雷暴开展穿云观测,并结合地面大气电场、雷达回波、变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)反演的动力场等资料进行综合研究,首次给出该地区雷暴云内的电场和电荷结构分布特征.对2019年8月7日发生的一次中尺度对流系统电场探空发现,在雷暴减弱阶段,其弱回波区内存在5个极性交替的电荷区:4.4~5.6 km之间的上部正电荷区(0℃附近)、3.6~4.4 km之间的中部负电荷区和1.0~3.6 km之间的下部正电荷区,此外在1 km下方有一个负极性电荷区,雷暴云顶附近5.7~6.9 km之间为一个弱负极性屏蔽电荷区.其中,中部负电荷区和下部正电荷区由多个不同强度、不同厚度的电荷层构成.此外,电场探空系统在中部负电荷区高度范围内经历的上升—下沉—再次上升的往返探空数据表明,雷暴云内动力环境复杂,电荷结构分布相似但又有所差异,反映了实际雷暴云内电荷分布的时空不均匀性和复杂性. 相似文献
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近距离地闪电场变化及对通道电荷密度分布的响应 总被引：1，自引：0，他引：1
一般认为,如果回击过程将先导通道的电荷完全中和,则几十米到几百米范围内的近距离先导电场与回击电场的大小相同,否则,二者之间则存在一定的差异。为了对上述观点进行分析,将源电荷先导模式和MTLL回击模式组合建立了先导-回击模式(这两个模式的组合意味着先导通道的电荷被回击完全中和),对近距离先导-回击电场变化的"V"形结构进行了模拟分析。结果表明,即使假定先导电场被回击完全中和,在近距离30—550m范围回击电场与先导电场强弱关系并不确定。另外,根据进一步的讨论,上述模拟结果几乎不受其他因素,如土壤湿度(该因素直接决定土壤电参数)和地形起伏的影响。因此,在回击开始几十微秒内,基于地面测量的先导-回击电场之差来判断先导通道电荷是否被回击完全中和可能存在一定的不确定。 相似文献
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我国因雷击造成的森林火灾和景区人员伤亡时有发生,近年来,泰山景区也多次发生雷击森林火灾和设备损坏等事故。为了有效地避免或降低雷击对泰山景区的危害,利用2007—2018 年山东省闪电定位系统监测的地闪资料,对泰山景区闪电活动特征及其与地形、海拔的相关性进行分析,从而为有效地开展防雷减灾服务及为地方政府部门决策提供技术支撑。 结果表明：虽然不同年份的落雷次数有所差别,但每年不同海拔高度落雷次数的分布特征比较一致,泰山景区年均地闪密度为1.82 次?km-2?a-1,地闪密度较高的区域集中在主峰和主峰西北方4 ～7 km附近山顶区域;地闪活动的季节性分布特征明显,夏季（6—8月）地闪次数约占全年总地闪次数的86.86%,海拔900 m以下落雷次数较多;日落雷次数的高峰时段为14:00—20:00,落区集中在200～800 m之间;正闪强度均值随海拔升高波动较大,负闪强度随海拔的变化较小;地闪密度随海拔升高呈现上升趋势,海拔高度＜800 m的区域地闪密度随海拔增加呈缓慢上升的趋势,海拔高度＞1 000 m的区域地闪密度随海拔增加呈明显上升的趋势,同时发现随海拔高度的增加地闪密度和陡度呈现增大和增高的趋势,800 m以上尤其明显,可见泰山景区地闪密度与陡度和海拔高度呈现较好的正相关性。 相似文献
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利用低频磁场天线遥感测量人工引雷中的初始连续电流 总被引：2，自引：2，他引：0
2014年夏季的山东人工引雷实验中,我们利用高灵敏度宽频段磁场天线在距引雷点78 m的距离上开展了对人工引雷初始连续电流过程的遥感测量。通过分析实验期间5次人工引雷的综合观测数据,发现磁场遥感方法对人工引雷中特有的初始连续电流有很好的反演效果。通过对78 m距离上获得的磁场测量信号进行积分处理,能够有效地抑制测量过程中白噪声的影响,从而反演得到初始连续电流的低噪声时变波形。该方法为获取空中引雷实验中的初始连续电流波形提供了一种解决方案,同时也可用于反演近距离自然闪电中地闪回击中的长连续电流的时变波形。 相似文献
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为了进一步理解人工引雷上行正先导的传播过程及相关的爆发式电磁辐射脉冲,本文分析了2014年8月23日山东沾化人工触发闪电实验（SHATLE）中获得的三次上行正先导通道含有明显向下传播过程的个例。结果表明,在初始连续电流阶段观测到的爆发式磁场脉冲极性反转现象与正先导头部发展方向相对于观测位置投影方向的变化密切相关。因此可以推断,爆发式磁场脉冲是由正先导头部较小空间尺度放电过程辐射出的,就本文分析的个例而言,爆发式磁场脉冲辐射源的放电尺度约为2 m,放电强度的最大值达到2.49 kA。爆发式磁场脉冲的辐射机制不同于人工引雷先导始发阶段初始脉冲电流产生的磁场脉冲的辐射机制,可能与正先导通道头部的梯级形式发展过程相关。 相似文献
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我国因雷击造成的森林火灾和景区人员伤亡时有发生,近年来,泰山景区也多次发生雷击森林火灾和设备损坏等事故。为了有效地避免或降低雷击对泰山景区的危害,利用2007—2018 年山东省闪电定位系统监测的地闪资料,对泰山景区闪电活动特征及其与地形、海拔的相关性进行分析,从而为有效地开展防雷减灾服务及为地方政府部门决策提供技术支撑。 结果表明：虽然不同年份的落雷次数有所差别,但每年不同海拔高度落雷次数的分布特征比较一致,泰山景区年均地闪密度为1.82 次•km-2•a-1,地闪密度较高的区域集中在主峰和主峰西北方4 ～7 km附近山顶区域;地闪活动的季节性分布特征明显,夏季（6—8月）地闪次数约占全年总地闪次数的86.86%,海拔900 m以下落雷次数较多;日落雷次数的高峰时段为14:00—20:00,落区集中在200～800 m之间;正闪强度均值随海拔升高波动较大,负闪强度随海拔的变化较小;地闪密度随海拔升高呈现上升趋势,海拔高度＜800 m的区域地闪密度随海拔增加呈缓慢上升的趋势,海拔高度＞1 000 m的区域地闪密度随海拔增加呈明显上升的趋势,同时发现随海拔高度的增加地闪密度和陡度呈现增大和增高的趋势,800 m以上尤其明显,可见泰山景区地闪密度与陡度和海拔高度呈现较好的正相关性。 相似文献
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山东人工引发雷电综合观测实验及回击电流特征 总被引：3，自引：2，他引：1
山东人工引发雷电实验 （SHATLE) 自2005年开始, 六年来共成功引发负极性雷电22次, 包含大电流回击过程88次, 实验获取了包括雷电放电通道底部电流、近距离电磁场、 高速摄像等在内的高质量同步观测资料。对36次实测回击电流的统计分析表明, 回击峰值电流的几何平均值为12.1 kA, 最大值为41.6 kA, 最小值为4.4 kA。回击电流波形的半峰值宽度范围在1～68 μs之间, 电流10%～90%峰值的上升时间几何平均值为1.9 μs, 中和电荷量为0.86 C, 作用积分（action integral, 或称比能量) 为2.6 ×103A2?s。人工触发闪电峰值电流约16.5 kA的回击在30 m处产生的电场变化可达56.0 kV/m, 60 m处的磁场几何平均值为52 μT。一些强烈的M分量可以具有与回击相当的电流峰值和中和电荷量。人工引雷初始阶段上行正先导的发展速度约为0.96×105 m/s。 相似文献
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