前次云闪对上行闪电始发提供的有利电环境特征分析

主要基于已有的二维雷暴云起、放电模式背景下的上行闪电随机放电参数化方案,来进行二维高分辨率闪电放电的模拟实验,定量探讨了云闪放电过程对上行闪电的触发产生的有利作用。研究结果表明:云闪触发型上行闪电均发生于典型三极电荷结构下,当前次云闪结束后,在上部主正与中部主负电荷区内植入了大量异极性电荷,而底部次正电荷区几乎未受影响。近地面(0-3 km)的空间电位在云闪结束后由负位势转为正位势,负位势阱中心上移甚至消失,地面出现正位势阱中心;云闪放电后,空中原有强电场被摧毁,空间整体电场降低,与此同时,上部主正、主负电荷区对地面电场的作用明显削弱,而由于底部次正电荷区保持相对完整,其对地面电场的作用显著增强,电场极性发生反转、电场值增强,促使上行闪电始发。     

空间电荷水平方向分布范围对闪电放电类型影响的数值模拟

大量研究表明,闪电放电类型与雷暴云空间电荷分布密切相关,但雷暴云电荷分布对闪电放电影响的定量化研究还比较少见。采用空间电荷分布模型、随机放电方案,进行二维高分辨率闪电放电模拟实验,主要研究电荷区域水平尺度范围对闪电放电类型的影响。结果表明:当雷暴云为三极性空间分布时,随着底部电荷水平范围的扩大,闪电类型从正极性云闪向负地闪再向反极性云闪变化。当存在云顶屏蔽层时,情况与三极性的相似,而区别在于发生正常极性云闪的电荷密度范围变小,负地闪的负先导首先会在云区内有一段水平传播的趋势。     

基于多种非感应起电参数化方案研究闪电 放电频次、触发高度差异性

基于已有的三维模式雷暴云起放电模式,对比分析GZ、TAK方案下闪电放电频次、正负先导的发展步数随时间的变化以及不同方案下闪电触发高度的差异性,研究表明:GZ方案中,无论是在垂直分布高度上还是在频次上,闪电触发频次较TAK方案少;与TAK方案相比,GZ方案下雷暴云电荷结构较弱,云闪发生频次较少且没有地闪出现; TAK方案下雷暴云中正先导从主负电荷区触发,传播更为频繁,正先导的步数发展也就越活跃,相比之下GZ方案中正先导传播步数较少。因此,非感应起电参数化方案的选取不同,使得对雷暴活动中起电、放电过程的研究均存在一定差异,本文研究结论对雷电微物理过程基础科学研究工作具有重要意义。     

电荷结构相对位置对闪电类型影响的数值模拟

在雷暴云三极性电荷结构模型下,加入随机放电参数方案,通过高分辨率模拟实验,主要研究了雷暴云电荷去位置对闪电类型的影响。结果表明:1)随着雷暴云底部正电荷区偏移程度的增大,产生的闪电类型依次从负地闪变成反极性云闪再变成正极性云闪;2)随着雷暴云中部负电荷区偏移程度的增大,产生的闪电类型从负地闪变成反极性云闪,当偏移到一定程度时闪电不发生;3)闪电的类型与雷暴云下部正、负电荷区的相对位置有关,不同类型闪电的产生对应不同相对位置的范围。     

反极性电荷结构触发正地闪的数值模拟

反极性电荷结构经常出现在强风暴系统中,与正地闪有一定的相关性,被认为是正地闪产生的主要原因之一。通过建立反三极性电荷结构模型,结合相关闪电放电参数化方案,并改变电荷区的电荷密度进行对比实验,结果表明:当上下负电荷区的电荷浓度都较小时,底部负电荷区电荷密度的小范围增加会加剧正地闪的发生,但底部电荷密度增加到一定程度后,正地闪将转变为正常云闪;当上部负电荷密度较大时,正地闪很难被触发。     

基于随机放电模式对建筑物上行闪电的数值模拟

为了研究建筑物宽度变化对于上行闪电传播的影响,采用了上行闪电的随机放电参数化方案,对上行闪电进行了二维高分辨率下的模拟。结果显示:(1)当上行闪电起始后单向通道垂直向上发展一段距离,通道比较暗,分支比较小;(2)上行闪电发展到达2 km左右后,闪电通道的大部分分支将会产生许多小的分叉,其中部分分叉将会在高电荷密度中心处出现,另一部分分叉则绕过高电荷密度中心,向水平方向延伸发展;(3)随着建筑物宽度增加,上行闪电的通道总步长、上行闪电的水平延伸、垂直延伸有所增加、垂直延伸距离在3.1km-3.4km范围内变化。对建筑物上行闪电起始位置的研究,能够对建筑物电涌保护器的安装、选型等工作提供科学的指导意义。     

不同起电模式对雷暴云放电过程的影响

为探讨不同感应起电过程在雷暴云起电和放电过程中的作用,基于二维雷暴云起放电数值模式,设计四种起电方案分别对霰与云滴以及霰与冰晶间的感应起电过程进行数值模拟并比较。结果表明:冰相粒子间碰撞的感应电荷分离会使得起电更强;霰和冰晶之间的感应起电过程能够增强主负电荷区和上部正电荷区,并且保持偶极电荷结构不变;霰与冰晶间的感应过程会产生更多的闪电。     

气溶胶作为冰核对雷暴云微物理过程和 电荷结构的影响

为了探讨冰核对微物理过程和电荷结构的影响,在已有的二维积云模式中耦合一个气溶胶作为冰核的参数化方案。模拟结果表明:冰核对核化过程有显著影响。除此之外,冰晶直径、比质量以及垂直分布的变化,使得雷暴云起电过程发生巨大变化。根据新的参数化方案可以得知,冰晶直径的增大是使得起电过程增加的主要原因。只有同质冻结起作用时,雷暴云发展的成熟阶段呈现偶极性电荷结构,当采用有异质核化参加的核化方案时,会在主负电荷区下方出现一个次正电荷区,呈现三极性电荷机构。由于处在反转温度下的冰晶较为丰富,所以会出现电荷极性反转现象。     

应县木塔雷击过程分析

根据高速相机拍摄的闪电结构照片,计算出在闪电的70μs时间内没有电荷从雷云中进入到地球;将闪电结构照片和高压大间隙电弧击穿的照片进行对比,从另一个角度也分析得出了闪电时雷云中没有电荷入地的结论。提出了雷云中荷电粒子聚集形成的畸变电场击穿了空气,继而形成了先导流注,并由此产生了雷电的观点;运用流注理论分析了应县木塔被雷击的全过程,使直击雷的过程得到了符合物理原理的解释。同时提出了球形雷的成因,指出了用罗氏线圈和磁钢剩磁测量的所谓雷电流就是地面感应物体在雷电消失后,电荷重新分布时的驰豫电流。     

地闪回击电场波形参数分析及类型自动识别程序设计

针对正负地闪准确区分识别技术手段较难的缺陷,对闪电电场的波形进行了分析,对地闪回击波形的参数特征进行了分析和统计,并研究闪电放电类型的自动识别。利用时间分辨率为50 ns的快天线电场变化和126 MHz甚高频(VHF)辐射资料,对雷暴过程中闪电的波形进行时域特征分析。通过对闪电电场波形数据的分析,给出了识别地闪回击的依据,设定回击的上升时间在1~20μs之间,下降时间在2.5~500μs之间,编写程序实现回击的自动识别,并进行了实际测试。结果表明,自动识别程序对负地闪回击的识别效率可达95%,实现了较为有效的自动识别,对于雷电探测和雷电防护工作来说有很大的实用价值。     

典型建筑群区雷击发展趋势预判仿真与分析

下行先导发展过程中,建筑群不同位置场强的分布是决定雷击位置的重要因素,建筑物尖端周围由于自身静电场影响更易形成较为明显的电场变化趋势,相对等较低建筑物更易触发上行先导,仿真通过分析建筑物周围电荷聚集特性、电场空间分布以及建筑物大地附近积累电荷分布特性,得出高层建筑出现电场畸变对下行先导发展的"顶部优势"以及雷暴云位置在影响建筑物顶部电场分布的关键效果。     

气溶胶浓度对雷暴云下地面尖端电晕放电的影响

尖端电晕放电是闪电先导触发的基础,而气溶胶作为电晕离子的载体,其浓度的不同可能会引起电晕放电特征的不同,进而影响闪电先导特征,但具体的影响程度尚未明确。为此,基于二维电晕粒子对流扩散模型,研究了不同气溶胶浓度(N_a)下的电晕放电特征,通过讨论雷暴云电场环境下,不同N_a对60 m高的塔尖周围电晕粒子时空演变的影响,揭示了尖端电晕电流(i_(cor))、空间电场(E)以及电晕电荷浓度(ρ)随N_a的变化关系。研究发现:1)当N_a低于10~(10)m~(-3)时,其对电晕放电的影响较小;当N_a高于10~(10)m~(-3)时,其影响相对明显。2)对比N_a分别为10~9和10~(10)m~(-3)两种情况,高塔尖端上空几十米范围,E差异达4 kV m~(-1)左右;上空一百米左右范围内,ρ的差异可超过1 nC m~(-3); i_(cor)峰值差异可达10%。3) i_(cor)峰值与N_a两者呈线性递减关系。因此,在实际的避雷针尖端放电研究或雷电防护设计中,当N_a大于10~(10)m~(-3)时,需考虑其对尖端放电的影响,而对于较为干净的大气环境,则可以忽略气溶胶的影响。     

南京地区闪电活动对气溶胶浓度变化的响应

基于闪电卫星和地面观测资料、气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,简称AOD)卫星观测资料,对南京地区闪电活动对气溶胶浓度变化的响应进行了分析。结果表明,夏季年平均闪电密度与夏季年平均AOD呈明显负相关(R=-0.634),与此同时,地面气温、对流有效位能(CAPE,convective available potential energy)及雷暴日与AOD均呈显著负相关(R=-0.748,-0.741,-0.744),表明南京地区,气溶胶可能通过辐射效应,致使地面温度降低,对流活动减弱,从而使得闪电活动降低。除此之外,南京地区夏季年平均正地闪比例(正地闪数占总地闪数的比例)随AOD呈一定的上升趋势,说明气溶胶可通过微物理效应,改变雷暴云中电荷结构分布,从而使得正地闪的产生概率增大。     

直击雷的防护

1 直击雷的产生和破坏雷电形成于大气运动过程中,其成因为大气运动中的剧烈摩擦生电以及云块切割磁力线。雷雨云中电荷呈非均匀分布,造成的电场强度不是处处相同。当云中电荷密集度的电场达到25～30kV-·rn-1时,会由云向地开始形成下行先导。当先导通道接近地面时,就会诱发由地面向上的上行先导,地面的物体形成向上闪流,二者相遇即形成了从云到地面的电离通道,这时就出现了强烈的电闪雷鸣,这就是雷电的主放电阶段,雷电的大部分能量都在这个阶段得到释放。一次雷击主放电一般为几万安培到十几万安培。     

计及建筑物不同位置、高度对雷电回击电磁场的影响及对配网运维重要性研究

由于建筑物的内部和周围有着很多敏感的电气(配网)、电子设备和线缆等,极易遭受感应雷击而损坏,危及人们的生命和财产安全,所以研究建筑物周围电磁场分布情况相当重要。因此,利用闪电回击通道工程模型和通道底部基电流模型,在计算模型中引入建筑物因子,采用时域有限差分算法对二维柱坐标下的雷电电磁场进行了计算,研究在不同地点处建筑物以及不同高度建筑物对回击电磁场分布的影响。研究表明,建筑物对附近空间的电场和磁场都会产生一定的影响,且电场受到的影响要大于磁场。同时,在建筑物远离闪电回击通道的一侧,电场的数值会产生大幅度衰减,说明建筑物对于电场的传播有很强的阻挡、衰减作用。随着建筑物高度的增加,衰减作用也不断增强,电场幅值也持续降低。     

牙克石市图里河地区雷暴特征统计分析

<正>本文利用图里河1961～2010年50年的雷暴资料,对图里河的雷暴年变化、月变化、日变化以及产生和消失的方位进行了统计分析,发现图里河年均31天雷暴日数多集中在6～8月;雷暴活动高峰在午后,以14～17时发生的次数最多,主要从西北向东南方向移动,影响的天气系统为冷锋低槽型。雷暴日数总体呈减少趋势。雷暴是一种常见的灾害性天气现象,是积雨云中、云间及云地之间产生的放电现象,表现为闪电兼有雷声,有时也可只闻雷     

真实地形地貌对闪电定位系统的影响

为了研究真实地形地貌对雷电回击电磁场和闪电定位系统的影响,利用柱坐标系下二维时域有限差分(FDTD)算法研究了真实地形地貌中高低起伏的地表对雷电首次回击电磁场以及闪电定位系统的影响。模拟结果表明,起伏的地形会使地闪首次回击垂直电场峰值减小,波形上升沿时间增大。但当地表出现特殊的地形结构时,真实的地形会增强垂直电场的峰值。对于雷电首次回击的切向磁场而言,地形地貌的高低起伏会明显衰减切向磁场的峰值,波头向后滞移,到达峰值时间滞后。例如,当雷电电磁场波从模拟闪击点到达测站1时,由于真实地形的影响会使垂直电场的峰值额外衰减约26%,波形上升沿时间额外增加1.5μs,这就会导致闪电定位系统估算的雷电流偏小约26%,雷击点定位出现误差。综上所述,在实际工作中应考虑真实地形地貌对闪电定位系统探测精度以及反演雷电放电参数的影响。     

石材幕墙的防雷设计

一、认识雷电的产生1、雷电的产生空中的尘埃、冰晶等物质在云层中翻滚运动的时候,经过一些复杂过程,使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。经过运动,带上相同电荷的质量较重的物质会到达云层的下部(一般为负电荷),带上相同电荷的质量较轻的物质会到达云层的上部(一般为正电荷)。这样,同性电荷的汇集就形成了一些带电中心,当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿时,就形成"云间放电"(即闪电)。     

北京地区地闪连续电流持续时间的特征研究

正1前言地闪放电的连续电流(Continuing Current-CC)是指地闪回击后发生在回击通道中的低水平的持续电流过程(几十到几百安培),常常引起地面电场大幅度、较稳定的变化,同时云下闪电通道持续发光。连续电流过程持续时间很长,典型值为几十至几百微秒,能够向地面转移数量可观的电荷,因此其危害严重,是引起森林火灾、油库爆炸、输电线熔断以及飞机失事等的重要原因,一直是雷电物理和雷电防护领     

不同建筑物对雷云电过程的影响分析

改变建筑物高度、宽度,利用时域有限差分法建立了闪电先导二维随机模型,模拟了雷云电过程,分析了不同建筑物状态下雷云放电过程中产生的上/下行先导长度、连接点位置和闪击距长度等参数。仿真结果表明:宽度不变,当建筑物高度从200 m增加到300 m时,下行先导的长度变短,同时下/上行导连接点的空间位置随之抬高,上行先导的长度基本不变;改变建筑物高度从200 m减小到100 m,下行先导长度增加并且连接点位置降低,上行先导长度基本保持不变;保持建筑物高度一样,改变建筑物宽度不影响上/下行先导的长度以及连接点的空间位置;改变建筑物高度、宽度,闪击距离长度保持在一定范围内不发生明显变化。