目錄
前言
第1章 雷電天氣系統(tǒng)探測技術(shù)及協(xié)同觀測 1
1.1 雷電全閃三維定位網(wǎng) 2
1.1.1 北京寬頻段閃電定位網(wǎng)的布站和設(shè)備 2
1.1.2 BLNET的定位算法和流程 4
1.1.3 BLNET的探測性能 5
1.1.4 BLNET的探測效率和定位誤差 13
1.1.5 基于雷達回波對BLNET實時定位結(jié)果的評估 17
1.2 雷暴云電場-氣象綜合探空技術(shù) 17
1.2.1 靜電感應及雙金屬球電場探空的原理 19
1.2.2 雙金屬球電場探空儀的設(shè)計和探空系統(tǒng)集成 20
1.2.3 探空數(shù)據(jù)分析方法 23
1.2.4 雷暴云電場-氣象綜合探空實驗及分析 23
1.3 X波段多普勒雙線偏振雷達和多探測系統(tǒng)協(xié)同觀測 27
1.3.1 雷電天氣系統(tǒng)協(xié)同觀測實驗基地和觀測設(shè)備 27
1.3.2 多探測設(shè)備的協(xié)同加強觀測 28
1.4 基于X波段雙線偏振雷達的衰減訂正和水凝物粒子反演 31
1.4.1 X波段雙線偏振雷達資料的去噪和衰減訂正 32
1.4.2 基于X波段雙線偏振雷達的水成物粒子識別 37
1.5 典型雷暴系統(tǒng)生消演變過程的雷電及對應的雷達回波特征 41
1.5.1 北京地區(qū)的雷暴天氣系統(tǒng)類型 42
1.5.2 颮線系統(tǒng)中閃電與雷達回波特征 42
1.5.3 超級單體雷暴系統(tǒng)的閃電與雷達回波特征 52
1.5.4 MCS過程中閃電與雷達回波特征研究 56
1.6 北京地區(qū)的閃電時空分布特征 60
1.6.1 雷暴和閃電的月分布特征 61
1.6.2 閃電密度時空分布特征 62
1.6.3 閃電的日變化特征 65
1.6.4 城市高建筑物的周圍閃電活動 68
1.6.5 北京地區(qū)的地閃回擊特征 72
第2章 雷電天氣系統(tǒng)的動力過程與閃電活動 76
2.1 孤立雷暴的對流觸發(fā)機理 76
2.1.1 個例簡介及天氣背景場 76
2.1.2 云分辨尺度模擬研究 79
2.1.3 對流觸發(fā)機理的敏感性試驗分析 80
2.2 弱天氣背景下北京地區(qū)雷暴下山的增強機理 84
2.2.1 資料與個例挑選 85
2.2.2 下山增強的統(tǒng)計特征 86
2.2.3 下山增強與消亡雷暴的環(huán)境場 87
2.2.4 下山增強與消亡雷暴的中尺度特征 88
2.3 兩次颮線系統(tǒng)的閃電特征與動力場的關(guān)系 93
2.3.1 兩次颮線過程簡介 93
2.3.2 前部對流線和尾部層云區(qū)的閃電特征 98
2.3.3 對流單體的合并過程及閃電特征 103
2.3.4 閃電活動與動力場結(jié)構(gòu)的關(guān)系 107
2.4 雹暴的閃電活動與雷暴結(jié)構(gòu)和降雹的關(guān)系 110
2.4.1 雹暴過程的地閃比例、地閃極性等特征 110
2.4.2 閃電活動與雷暴結(jié)構(gòu)和降雹的關(guān)系 112
2.4.3 部分雹暴過程中的兩次閃電活躍階段 119
2.5 一次強颮線系統(tǒng)的模擬及其結(jié)構(gòu)的時空演變特征 125
2.5.1 強颮線過程簡介 125
2.5.2 模擬設(shè)計與驗證 126
2.5.3 颮線系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu) 128
2.5.4 颮線系統(tǒng)中冰相粒子與地閃的關(guān)系 132
2.6 雷暴系統(tǒng)中閃電與降水的關(guān)系以及環(huán)境場的影響 133
2.6.1 暖季閃電活動與短時降水事件的關(guān)系 133
2.6.2 環(huán)境場對雷暴系統(tǒng)閃電和降水活動的影響 144
第3章 雷電天氣系統(tǒng)的云微物理過程及其對電過程的影響 151
3.1 雷電天氣系統(tǒng)微物理結(jié)構(gòu)和演變特征的雷達探測研究 151
3.1.1 一次颮線冰雹云過程中不同云區(qū)降水粒子的演變特征 151
3.1.2 一次多單體雷電天氣過程過冷水垂直分布特征 156
3.1.3 一次單體雷暴云過程水凝物粒子時空分布與演變特征 158
3.2 雷暴云微物理過程的參數(shù)化方案改進及數(shù)值模擬 164
3.2.1 非球形冰晶粒子增長的參數(shù)化改進及數(shù)值模擬 165
3.2.2 非球形冰晶粒子凝華增長的四參數(shù)方案 174
3.3 雷電天氣系統(tǒng)中水凝物粒子分布與起電區(qū)域的時空演變特征 176
3.3.1 閃電與不同相態(tài)降水關(guān)系的數(shù)值模擬 176
3.3.2 電荷結(jié)構(gòu)形成與粒子分布特征的模擬 181
3.3.3 龍卷風過程的閃電和電荷結(jié)構(gòu)模擬 189
3.4 氣溶膠對雷暴云起電和閃電活動的影響 195
3.4.1 閃電活動與氣溶膠光學厚度的關(guān)系 195
3.4.2 氣溶膠對雷暴云微物理、起電過程及電荷結(jié)構(gòu)的影響 200
3.4.3 氣溶膠對雷暴云放電過程的影響 207
3.4.4 氣溶膠對超級雷暴單體微物理和電過程的影響 213
第4章 雷暴云內(nèi)電荷分布及對閃電放電特征的影響 223
4.1 青海大通地區(qū)閃電VHF輻射源三維定位系統(tǒng) 224
4.1.1 閃電VHF輻射源三維定位系統(tǒng)站點布設(shè) 224
4.1.2 閃電VHF輻射源三維定位系統(tǒng)的定位誤差 225
4.1.3 雷暴電荷結(jié)構(gòu)的判定 226
4.2 雷暴云內(nèi)電荷結(jié)構(gòu)及其多樣性 227
4.2.1 雷暴電荷結(jié)構(gòu)的演變 228
4.2.2 雷暴云電荷結(jié)構(gòu)多樣性變化與閃電類型 233
4.2.3 雷暴電荷結(jié)構(gòu)與閃電VHF輻射源脈沖功率分布特征 237
4.3 閃電的云內(nèi)初始擊穿傳播過程與輻射脈沖特征 241
4.3.1 閃電云內(nèi)始發(fā)過程的光電特征 242
4.3.2 閃電初始預擊穿過程傳播方向與輻射脈沖極性相關(guān)性 246
4.3.3 閃電初始預擊穿過程輻射脈沖電流模型和計算 258
4.4 云內(nèi)NBE 與雷暴電荷結(jié)構(gòu)的關(guān)系 261
4.4.1 NBE事件及其電場波形特征 262
4.4.2 NBE的極性及其發(fā)生高度 265
4.4.3 NBE的伴生閃電現(xiàn)象及其互相影響 267
4.4.4 NBE與雷暴對流活動的關(guān)系 273
4.4.5 NBE與雷暴電荷結(jié)構(gòu)的關(guān)系 283
4.5 雷暴云內(nèi)電荷結(jié)構(gòu)對閃電的影響 285
4.5.1 不同非感應起電參數(shù)化方案對電荷結(jié)構(gòu)的影響 285
4.5.2 邊界層參數(shù)化方案對電荷結(jié)構(gòu)的影響 287
4.5.3 雷暴云內(nèi)電場力對起電和電荷結(jié)構(gòu)的影響 290
4.5.4 雷暴云電荷分布對閃電放電的影響 292
第5章 雷電發(fā)展傳輸?shù)奈锢磉^程及其成災機理 297
5.1 人工引發(fā)雷電實驗 297
5.1.1 人工引發(fā)雷電技術(shù) 297
5.1.2 山東沾化人工引雷實驗基地 299
5.1.3 廣東從化人工引雷實驗基地 301
5.2 人工引雷的近距離低頻磁場及通道電流反演 302
5.2.1 不同觀測距離處初始階段磁場信號總體特征 303
5.2.2 人工引雷初始電流脈沖及其電磁輻射效應 304
5.2.3 爆發(fā)式磁場脈沖輻射機制 307
5.2.4 利用近距離磁場測量反演人工引雷中的連續(xù)電流過程 313
5.3 基于人工引雷和高塔閃電的先導發(fā)展傳輸特征 316
5.3.1 上行正先導梯級發(fā)展傳輸?shù)墓鈱W證據(jù) 317
5.3.2 上行負先導初始梯級和分叉特征 318
5.3.3 人工引發(fā)雷電已電離通道中的雙向先導發(fā)展傳輸特征 321
5.4 高建筑物雷電連接過程的先導特征及其模擬 325
5.4.1 廣州高建筑物雷電研究平臺 325
5.4.2 高建筑物引發(fā)雷電的下行先導特征 326
5.4.3 高建筑物引發(fā)雷電的三維通道重構(gòu) 334
5.5 多接地點雷電發(fā)展特征 336
5.5.1 多接地點雷電的光學發(fā)展特征 337
5.5.2 基于雷電VHF定位的多接地點雷電形成機制 339
5.6 雷電電磁輻射場及其傳播特征 343
5.6.1 規(guī)則建筑物周圍雷電電磁場分布 343
5.6.2 分形粗糙陸地對雷電電磁傳播影響的數(shù)值模擬 349
5.6.3 基于FDTD分形粗糙陸地對雷電電磁傳播的影響 356
5.7 雷電對架空電纜和電子通信設(shè)備的影響 359
5.7.1 人工引雷試驗場架空配電線路布置和測試設(shè)備 360
5.7.2 雷電引起的架空輸電線路過電壓波形特征 361
5.7.3 近距離引發(fā)雷電對電子設(shè)備及SPD 的影響 364
5.7.4 雷擊通信鐵塔時的通信天線電磁耦合效應 370
第6章 雷電觀測資料同化及監(jiān)測預警方法 375
6.1 雷電與云內(nèi)冰相粒子和雷達回波的關(guān)系 376
6.1.1 資料與方法 376
6.1.2 基于TRMM衛(wèi)星的閃電與云內(nèi)冰相粒子的關(guān)系 377
6.1.3 地基觀測的閃電與雷達回波之間的關(guān)系 381
6.2 WRF-GSI云分析同化多普勒雷達及閃電資料的試驗研究 385
6.2.1 GSI中云分析系統(tǒng)及WRF-ARW數(shù)字濾波初始化 385
6.2.2 數(shù)據(jù)及試驗設(shè)計 388
6.2.3 分析與結(jié)果討論 389
6.3 物理初始化同化地閃資料試驗 395
6.3.1 物理初始化方法介紹 395
6.3.2 數(shù)據(jù)及試驗設(shè)計 397
6.3.3 結(jié)果分析 398
6.4 綜合調(diào)整水物質(zhì)含量的總閃資料Nudging同化方法 402
6.4.1 同化方案介紹 403
6.4.2 閃電數(shù)據(jù)來源和處理 404
6.4.3 對北京20150727颮線過程的模擬對比 405
6.5 基于三維變分的總閃電資料同化方法 409
6.5.1 三維變分同化方法介紹 409
6.5.2 反演算子介紹 410
6.5.3 個例介紹 412
6.5.4 試驗方案 412
6.5.5 結(jié)果分析 416
6.6 基于四維變分的總閃資料同化方法 424
6.6.1 基于四維變分的雷暴資料同化方法介紹 424
6.6.2 閃電資料的處理 425
6.6.3 同化閃電資料后的最優(yōu)分析場結(jié)果 425
6.6.4 預報模式的設(shè)定和模擬個例天氣背景介紹 429
6.6.5 試驗的預報結(jié)果 430
6.7 雷電臨近預警系統(tǒng)建立及應用 432
6.7.1 雷電臨近預警系統(tǒng)整體框架 432
6.7.2 雷電臨近預警系統(tǒng)流程 434
6.7.3 雷電臨近預警系統(tǒng)產(chǎn)品 435
6.7.4 中尺度雷電預警預報系統(tǒng)的建立 436
6.8 中尺度起電放電模式的建立與短時閃電預報方法 438
6.8.1 模式及設(shè)置 438
6.8.2 資料及方法 440
6.8.3 預報結(jié)果定性分析 442
6.8.4 預報結(jié)果定量檢驗 443
參考文獻 446