多接地点闪电的梯级先导与回击过程的研究

利用成像率为1000幅/s的高速数字化摄像系统和电场变化仪,对在一次回击过程中具有多个接地分支的闪电(MGPF)进行了研究。结果表明:MGPF回击前的梯级先导由包含2~4个脉冲的脉冲束组成,脉冲束间的时间间隔平均值约为26μs,脉冲间的时间间隔平均值约为5μs;广东MGPF回击过程中和的电荷量约为4.5C,青海的约为11C;广东MGPF发生比例为16.7%,青海的为17.6%;一次回击的多个接地分支多发生在首次回击。通过分析发现,MGPF的形成与闪电的梯级先导、连接过程等有重要关系。闪电在一次回击过程中具有多个接地分支对雷电防护方法和设计的改进提出了更高的要求。     

地闪参量特征的统计分析

通过对北京和兰州中川地区测到的地闪资料进行的计算和统计分析,总结了两地区正负地闪的电流幅值、电流梯度、回收数、峰值电流时间、回周间隔等一批在防雷工程中具有较大在参考价值的闪电参量的概率分布特征,以及北京地区的平均年落雷密度分布和平均年雷暴日分布。     

闪电快电场信号时频特性的小波分析

应用小波变换方法将具有短时非平稳特点的闪电快电场时域波形信号转换到二维的时频平面,从时间和频率上同时描述闪电快电场信号的电场强度或相对能量分布,揭示其所包含的不同频率分量及其随时间变化的特性.分析结果表明,基于小波变换的闪电快电场信号时频特性分析可以挖掘闪电电场更深层次的变化规律和特征;也为闪电放电类型的识别研究提供了新的思路.     

青藏高原腹地的雷电物理特征

通过利用大气平均电场仪和快、慢电场变化仪等仪器设备对青藏高原腹地那曲地区的雷电物理特征进行了分析。发现高原雷暴天气过程中发生的闪电与低海拔地区的相比存在许多的特殊性。这些特殊性主要表现在:闪电在短时间内可以引起较大的电场变化,接近±50kV/m;在一次雷暴天 气过程中的短时强降水可以改变大气平均电场的极性,存在着多个FEAWP过程。较多的地闪只有一次回击,占总地闪数的36.3%,地闪回击数最多的可达到17次,平均为4.11次。地闪中正地闪比率较高可以达到32％。对于负地闪继后回击的电场幅度与首次回击的比与其他地区相比非常高,其平均值为1.42,其中最大值为11.64,最小值为0.17。占总数62％的地闪的连续电流发生在首次回击之后,其持续时间绝大多数在60-160ms之间。     

回击过程中具有多个接地通道闪电的研究

根据广东顺德与青海大通地区2002年夏季多次雷暴过程中地闪的电场和光学资料,研究了一次回击过程中具有多个接地点的闪电(MGPF)和产生、影响MGPF的因素。结果表明:1)广东371次地闪中MGPF有62次(约16.7%);青海119次地闪中MGPF有21次(约17.6%)。2)广东与青海MGPF的相邻接地点间的时间间隔分布分别为20~342μs和8~172μs。3)随着回击次数的增加,闪电在回击过程中具有多个接地点的几率降低。4)广东与青海MGPF的回击前梯级先导速度无量级差异。闪电在一次回击过程具有多个接地通道,因而对地面设施将产生更大的危害,这对雷电防护设计和改进提出了更高的要求。     

闪电甚高频宽频包络亚微秒辐射特征

利用时间分辨率为0.1ms的快天线电场变化和126MHz(带宽6MHz)甚高频(VHF)辐射资料，对甘肃平凉地区雷暴过程中闪电辐射特征进行了分析研究；并引入脉冲丰度这一概念，对地闪各特征阶段VHF辐射脉冲进行定量分析。统计分析发现：在地闪首次回击前，各特征阶段脉冲丰度有明显不同，回击过程脉冲丰度最高，并且其VHF辐射脉冲幅值远大于其余阶段；而在回击之后，有时仍存在很强的VHF辐射，其辐射脉冲幅值甚至超过了回击过程和梯级先导过程；云闪的初始阶段VHF辐射会有间歇性变化，其脉冲序列持续时间一般很短，活跃阶段VHF辐射脉冲较丰富，云闪末尾阶段VHF辐射脉冲稀少。最后对这些现象进行了理论探讨，认为地闪各特征阶段脉冲丰度的明显不同，是地闪各阶段放电强度以及放电机制的不同造成的。     

地闪放电过程的甚高频辐射特征分析

为了研究闪电的甚高频辐射特征，自行研制了闪电甚高频辐射脉冲探测和定位系统，并将其用于对地闪的280MHz辐射电场进行了观测。研究了4次地闪的甚高频辐射波形及其特征，得出地闪在该频段的辐射可分为3类，孤立脉冲、连续脉冲和多个孤立脉冲，进一步分析给出了这三类辐射脉冲信号在闪电的不同阶段发生的频数和所占的比例，统计分析结果表明在地闪的预击穿过程中孤立脉冲电场波形所占的比例最大，而在梯级先导过程中连续脉冲电场波形所占的比例最大，预击穿过程中的多个孤立脉冲数大于梯级先导中的多个孤立脉冲数，最后对这种现象的产生机制进行了探讨，认为此现象是由于梯级先导的电磁辐射比预击穿过程强而造成的。     

近距离负地闪电场波形的观测分析与数值模拟

利用GPS同步的高时间分辨率闪电电场变化仪,2002年夏季对青藏高原东北部地区的闪电特征进行了多点同步观测,得到了0.4μs时间分辨率的慢天线电场变化仪资料.文中主要分析了8月4日一次雷暴过程中大量负地闪电场变化波形,发现首次闪击先导电场反转距离的变化范围为3.4～5.1km.在3.4km以内,负先导引起的电场变化为负,地闪典型波形呈V形;在5.1km以外,负先导引起的电场变化为正,地闪典型波形呈MP形,即随距离的增加,负地闪典型波形一般从V形变为MP形.另外,将源电荷先导模式和电荷均匀分布的回击静电模式结合,对首次闪击电场变化波形的V形和MP形结构进行了模拟,模拟结果与实际观测结果有很好的一致性.     

双密度双树小波变换的闪电信号去噪研究

为了克服噪声对闪电信号数据处理的影响,提出了一种基于双密度双树小波变换的闪电信号去噪方法.采用该方法分别对标准闪电波和实测的闪电信号进行了去噪研究,实验结果表明双密度双树小波变换能够有效滤除闪电信号中的噪声,效果优于传统的小波阈值法,而且比硬件去噪更加经济、方便和实用,值得进一步的推广和应用.