地面湿度对雷暴云电过程影响

分析了南京地区2002～2011年(共10年)闪电和地面相对湿度的卫星观测资料,分析表明:闪电密度与相对湿度呈正相关。为了进一步研究相对湿度对雷暴云起电和放电的影响,采用二维雷暴云起、放电数值模式进行敏感性试验。结果表明:随着相对湿度的增大,云滴数目增多,上升风速增强;当相对湿度增加时,较大的上升气流和云水含量有助于产生更大尺寸的冰晶和霰粒子;较大的云滴、霰和冰晶通过非感应起电和感应起电机制促进电荷分离;当相对湿度从60%增加到90%时,总闪数增加,并且只有当相对湿度高达90%时,才能产生地闪。整体而言,相对湿度越大,对流活动更快更强,促进了雷暴云初始起电和放电。     

初始冰晶浓度对雷暴云微物理和起电过程的影响

为了研究雷暴云中高温区次生冰晶浓度对雷暴云微物理过程和电过程的影响,根据模拟个例的地理位置,更新了原有的三维强风暴动力-电耦合数值模式中的初始冰晶核化公式;并在模式中的-5℃温度层结上均匀播撒了3.0 km×3.0 km×0.5 km的低中高三组浓度的自然冰晶,从而影响了云中次生冰晶的产量。结果表明:1初始冰晶的播撒量与次生冰晶的产量呈正相关;2繁生冰晶的增加使得云中冰晶粒子分布区域向雷暴云上部发展,霰粒子分布区域向雷暴云下部发展,从而增加了雷暴云中冰晶和霰的混合区域;3高播撒的初始冰晶会改变闪电的出现时刻并使得闪电频次明显增多。模拟中算例2和算例3闪电分别增多了24.4%和46.9%。     

温湿层结对雷暴云起电过程及闪电活动的影响

为了探究环境温湿配置对雷暴云微物理、电过程及闪电的影响,本文利用法国三维非静力中尺度数值模式Meso-NH,通过改变该模式初始各层的环境温度和相对湿度,对南京地区雷暴云云微物理过程及闪电活动的发生情况进行了模拟。研究发现:大气低层、中低层环境温度和湿度的改变对雷暴云中对流强度,电场强度及分布,4种水成物粒子(雨、冰晶、雪、霰)的分布及其所带电荷量和总闪电数造成了较大影响;在低层和中低层增湿对雷暴云及闪电发生的增强效果要好于增温;在中层和中高层,降温对雷暴云及闪电发生的增强效果要好于降湿。结果表明,对低层、中低层大气环境温湿层结的影响能显著地改变雷暴云的云微物理过程,影响起电和放电,并剧烈地改变闪电活动的强度。     

中国内陆高原雷暴云底部正电荷区的形成机制

为了进一步了解我国内陆高原雷暴的特殊性,本文基于以往高原雷暴存在范围深厚的底部正电荷区的观测及模拟事实,利用WRF模式对2017年6月20日一次内陆高原雷暴过程进行模拟,分析高原雷暴成熟阶段的底部正电荷结构特征并从微物理和动力角度对其形成机制进行讨论。模拟结果表明,内陆高原地区雷暴云成熟阶段主要呈倾斜的三级性电荷结构,其中底部正电荷区的范围和电荷密度均较大。底部正电荷区主要是由霰和冰雹等固态大粒子与冰晶、雪晶等固态小粒子非感应碰撞起电携带的正电荷以及霰粒子与云滴之间的感应碰撞起电携带正电荷组成,此外霰粒子与雹粒子降落过程中融化成携带正电荷的雨滴也对深厚的底部正电荷区存在一定的作用。     

雷暴单体的对流强度对电荷结构的影响

利用三维雷暴云动力—电耦合数值模式,通过改变中心扰动位温,设置敏感性试验组,分析探讨雷暴单体对流强度对电荷结构的影响。结果表明:雷暴单体对流强度随着扰动位温的增加而增加。对流强度不同,其空间电荷结构也明显不同,但始终存在底部次正电荷区。当对流较弱时,雷暴电荷结构简单,只有主负电荷区和次正电荷区,无主正电荷区。在中等强度的对流雷暴中,雷暴内基本呈正常三极性电荷结构,且主负电荷区有上、下两个明显的电荷中心,上部中心的电荷密度更大。在强雷暴单体中,除了正常的三极性结构以外,次正电荷区以下出现了小范围弱的负电荷区,云顶出现了负屏蔽层,从下到上呈现出正负交替的五层,是电荷结构最复杂的阶段。这主要是由于云上部的正电荷区持续时间较长,电荷密度较大,增强了对周围大气中自由离子的吸引,自由离子被吸引到云边界附着到粒子上,在云顶形成了负屏蔽电荷层。同时,由于对流强,霰粒子可以得到更快的增长,固态降水增强,下沉气流中的霰通过与云滴的感应碰撞形成了云底部短时的弱负电荷区。     

厦门市雷暴时间分布特征分析

雷暴是由发展旺盛的积雨云引起闪电、雷鸣等现象的局地对流性天气。当大气中的层结处于不稳定时容易产生强烈的对流。云与云、云与地面之间电位差达到一定程度后就要放电,有时雷声隆隆、耀眼的闪电划破天空,常伴有大风、冰雹、阵性降雨或暴雨。雷暴可分为热力雷暴和锋面雷暴两种类型;热力雷暴属气团内部热力发展所致强烈对流而形成,以夏季最为多见;     

青藏高原东部地区雷暴及其地闪活动特征分析

为进一步了解青藏高原地区雷暴及其地闪特征,对2013～2017夏季(6～8月)青藏高原东部地区典型强雷暴过程的地闪和雷达资料进行了综合分析,重点研究了24次以负极性闪电为主的强雷暴过程,分析表明:所有雷暴最大回波顶高均超过7 km,第一次地闪为正地闪的雷暴其组合反射率和回波顶高明显高于第一次地闪为负地闪的雷暴过程。以地闪极性和频数差异将雷暴分为负地闪雷暴、正地闪雷暴、多地闪雷暴三种类型。负地闪雷暴过程中闪电数量较少且大多发生在雷暴成熟阶段;正地闪雷暴过程中闪电数量在几十次左右,主要发生在成熟阶段后期和消散阶段;多地闪雷暴在初始阶段、成熟阶段和消散阶段都有闪电发生,但主要集中在成熟阶段和消散阶段。三类雷暴强反射率中心移动距离和移动速度也有不同,地闪数量多的雷暴比地闪数量少的雷暴有更长的移动距离,负地闪雷暴较正地闪雷暴有更快的移动速度。     

卫星云分类产品在低纬高原强雷暴过程中的闪电特征分析

利用卫星云分类产品资料和云南省地闪资料,对云南省4次强雷暴过程进行分析,得出:对于闪电产生时,积雨云生成0~1h,开始有闪电活动;对于强闪电时段,积雨云也是发展阶段,积雨云面积不断增加,形状为椭圆形或带状,而且闪电均发生在积雨云移动发展方向的边缘区域;对于闪电减弱阶段,积雨云也逐渐减弱,面积不断减小,在闪电结束时,积雨云的面积发生剧减或者积雨云面积剧减且积雨云发生断裂.同时强闪电活动与积雨云的发展移动有一定的对应关系,主要是闪电的移动、发展与积雨云的移动发展基本保持一致,这样可以用云分类资料来判别闪电的发展减弱,进行闪电监测及预警.通过强雷暴个例分析,把云分类产品也加入到闪电分析资料中,拓宽闪电预警的资料使用,同时也是云分类产品资料在低纬高原的适用研究.     

强雷暴中人工触发闪电获得成功

中国科学院寒区旱区环境与工程研究所近日实现了在强雷暴中人工触发闪电,这是中国科学家在强雷暴中首次人工触发闪电获得成功。科研人员在实验中引进国际先进雷电流测量系统以及新型彩色高速摄像系统,采用了所内技术人员自行研制的多站大气平均电场仪、宽带闪电快慢电场变化仪等,获得了精确的闪电电流和光、电、磁的同步观测数据以及雷暴中云地闪高分辨率三维时空演变过程的图像。     

中国不同地区闪电活动和气溶胶的相关性研究

基于10年(2002~2011)卫星观测资料,研究气溶胶浓度(以气溶胶光学厚度AOD代替),地面温度,相对湿度,海拔高度以及其他数据对中国两个不同地区夏季闪电活动的响应。结果表明,不同地区闪电活动主要影响因素不同。对于气溶胶浓度低的地区(AOD_(ave)=0.14),地面温度(偏相关系数为0.745)、海拔高度(偏相关系数为-0.613)可能是影响该区域闪电活动的主要因素;对于气溶胶浓度高的地区(AOD_(ave)=0.60),地面温度(偏相关系数为0.87)、气溶胶浓度(偏相关系数为-0.823)、相对湿度(偏相关系数为0.818)可能是影响该区域闪电活动的主要因素。另外气溶胶浓度低和高的两个地区气溶胶对闪电活动的影响是相反的。对于气溶胶浓度低的地区,闪电密度与AOD,冰粒子光学厚度(IOT)呈明显正相关(R=0.81,0.82),气溶胶可能主要通过微物理过程增加云滴数量,随之冰粒子含量增多,增强雷暴云活动,促进闪电活动的发生;对于气溶胶浓度高的地区,闪电密度与AOD呈明显负相关(R=-0.78),地面气温与AOD呈负相关(R=-0.29),而IOT与闪电密度无相关性(R=0.09),表明气溶胶可能通过辐射效应,使到达地球表面的太阳辐射降低,地面温度降低,雷暴云强度减弱,使冰粒子含量减少,导致闪电活动减弱。     

中国不同地区闪电活动和气溶胶的相关性

基于10年(2002~2011)卫星观测资料,研究气溶胶浓度(以气溶胶光学厚度AOD代替),地面温度,相对湿度,海拔高度以及其他数据对中国两个不同地区夏季闪电活动的响应。结果表明,不同地区闪电活动主要影响因素不同。对于气溶胶浓度低的地区(AOD_(ave)=0.14),地面温度(偏相关系数为0.745)、海拔高度(偏相关系数为-0.613)可能是影响该区域闪电活动的主要因素;对于气溶胶浓度高的地区(AOD_(ave)=0.60),地面温度(偏相关系数为0.87)、气溶胶浓度(偏相关系数为-0.823)、相对湿度(偏相关系数为0.818)可能是影响该区域闪电活动的主要因素。另外气溶胶浓度低和高的两个地区气溶胶对闪电活动的影响是相反的。对于气溶胶浓度低的地区,闪电密度与AOD,冰粒子光学厚度(IOT)呈明显正相关(R=0.81,0.82),气溶胶可能主要通过微物理过程增加云滴数量,随之冰粒子含量增多,增强雷暴云活动,促进闪电活动的发生;对于气溶胶浓度高的地区,闪电密度与AOD呈明显负相关(R=-0.78),地面气温与AOD呈负相关(R=-0.29),而IOT与闪电密度无相关性(R=0.09),表明气溶胶可能通过辐射效应,使到达地球表面的太阳辐射降低,地面温度降低,雷暴云强度减弱,使冰粒子含量减少,导致闪电活动减弱。     

不同冰核核化过程对雷暴云微物理过程和降水的影响

基于已有的二维对流云模式,加入一种新冰晶核化参数化方案;并通过对不同冰晶核化方式进行模拟对比,探讨不同冰晶核化过程对云内微物理过程及降水的影响。结果表明:考虑气溶胶异质核化作用以及均质冻结核化与异质核化的竞争关系后,地面降雨明显延后,地面累积降雨量减弱,降雨整体受到抑制。通过对微物理过程分析发现,主要有两个成因。异质核化过程的加入,导致冰晶特别是在高温区快速增长,加剧了云水以及水蒸气的消耗,致使云水碰并效率降低,抑制了雨滴的碰并增长;云滴和雨滴含量的减小减弱了其与霰粒子的碰并效率,霰粒子增长变缓,下落末速度降低,霰融化过程明显滞后。     

云南中部一次雷暴过程的多普勒雷达和电场特征分析

利用闪电定位系统、大气电场仪和多普勒雷达等多种探测资料,对2009年7月20日导致云南省中部地区发生5起雷电灾害事故的1次雷暴过程进行了分析.结果表明:在雷暴天气过程中,无论是大气电场仪范围内还是雷达回波内的地闪都是以负地闪占绝对主导地位;雷暴期间电场值在-12.540～13.907 kV/m之间剧烈变化,且不断向正向或负向突变;负地闪主要发生在强回波区,对应着径向速度场上的逆风区,成熟阶段增加的正地闪分散地出现在弱回波区中;整个雷暴过程中-10℃层回波强度维持在40 dBz以上,-20℃层回波强度在35 dBz以上,-10℃层和-20℃层雷达回波强度的每一次跳跃变化都对应着地闪频数的跳跃发展,且总在地闪频数变化之前11～30 min;回波顶高均大于9 km,地闪最密集时段,回波顶高保持在14 km左右.     

区域海拔高度变化对闪电特征影响的初步分析

利用重庆闪电定位系统监测的地闪资料(1999～2008年),通过数理统计、线性回归等方法,重点分析区域海拔高度变化对闪电特征的影响.结果表明:①闪电频次分布最多的是在海拔300～400 m这个高度区间,之后开始随海拔上升逐渐减少;②闪电中负闪次数远远大于正闪,但是在不同海拔时正负闪所占的比例不同,随着海拔高度的增加,特...     

FY-4A卫星闪电资料在台风飑线天气监测中的应用能力分析

为更好地开展风云四号气象卫星(FY-4A)闪电资料的业务化应用提供参考,结合地闪和多普勒雷达数据,对受2018年第22号台风"山竹"影响、于9月17日晚间在江西境内形成的台风飑线过程,对比分析了2种闪电资料的空间分布和时间演变差异,以及两者的频数与45 dBz以上强回波面积的时间演变特征,分析了卫星闪电与TBB低值区和地面大风位置的关系.研究结果发现:地闪的位置多超前于卫星闪电,两者的时间变化趋势基本一致,但卫星闪电的变化幅度远较地闪显著;卫星闪电基本位于TBB≤-72℃处及邻近区域;在对流强烈影响阶段,尽管卫星闪电频数的波动较大,但仍与强回波面积有同步增大的特征;伴随的雷暴大风大都发生在卫星闪电密集区的前沿,且偏于移动方向一侧,与相同时段的地闪相似,表明它们对判识雷暴大风的可能发生位置有较好的辅助作用.     

浅释雷暴天气观测中应注意的问题

<正>雷暴为积雨云云中、云间或云地之间产生的放电现象。表现为闪电并有雷声,有时亦可只闻雷声而不见闪电。本文通过一次雷暴天气过程实例来说明在观测中应注意的问题。1天气实例概述以乌兰乌苏国家气候观象台2007年6月13日的一次雷暴天气过程为例,对雷暴天气观测过程中应注意的问题进     

雷暴云中冰晶粒子对电磁波的极化作用

为了研究雷暴云中冰晶粒子在带电情况下对电磁波传播的影响,利用冰晶粒子的介电常数模型和瑞利近似条件下带电粒子对电磁波的散射模型,推导了电磁波经过雷暴云中冰晶粒子区域时产生极化的计算模型,并进行了仿真和分析。结果表明:在传播过程中,电磁波的极化会受到冰晶粒子所带电荷的影响;冰晶粒子所带电荷量越多,对电磁波极化影响越大;冰粒表面电荷分布角越小,对电磁波的极化影响也越严重;电磁波频率和冰晶浓度越高,对电磁波造成的极化作用也越大,影响电磁波的传输质量。因此,在电磁波经过雷暴云时必须考虑带电冰晶粒子对其传播的影响。     

一次雷电灾害成因分析及防御对策

针对一次雷电灾害事件,根据现场勘查、走访、测量,利用当地气象台站实测资料、雷达探测资料、闪电监测资料确定了灾害点的雷电活动情况,通过对雷电灾害产生的热效应、机械效应、雷电反击和电磁感应的分析,确定本次灾害是一次雷电灾害.产生的原因是该建筑物没有雷电防护装置,当建筑物附近发生地闪时,电阻压降在树木与屋面边沿之间的电压差产生了雷电反击;雷电磁场在建筑物内部导线回路的开路最大感应电位击穿了开关面板和电子设备的主板,使电子设备受损.并据此提出雷电防御对策.     

地闪先导通道中电荷分布的数值模拟

将雷暴云电荷结构与闪电先导的发展相联系,模拟计算了不同雷暴云电荷结构下,先导通道中的感应电荷量.结果表明:随先导接近地面,通道中感应电荷密度不断增加,在先导通道接地瞬间,其通道中的总正(负)电荷量约为0.2～1.6C,通道中平均感应电荷线密度约为0.08～0.35mC/m.感应电荷密度大小虽然随不同的雷暴云电荷结构有所变化,但仅由感应电荷无法解释先导通道中的电荷量,通道中的主要电荷来源为云内电荷的转移.     

相对湿度对铜材料载流磨损的影响

利用气氛可控单点载流磨损试验机,在滑动电接触条件下,研究了相对湿度对铜材料载流磨损的影响。研究结果表明:相对湿度和电流的共同作用影响了载流磨损机制,相对湿度的增加和电流的介入增加了铜材料的表面氧化程度。当相对湿度为10%、60%和92%时,通10 A电流的磨损深度比未通电时分别下降了0.628μm、0.672μm和2.187μm。当相对湿度为10%时,铜表面发生了严重的黏着磨损,且随着电流的增加黏着磨损仍然大量存在。当相对湿度为92%时,随着电流的增加,黏着磨损得到改善。不通电时,相对湿度的增加有助于铜的摩擦化学氧化,但并未显著改善黏着磨损;通电时,发生电化学氧化有助于形成氧化膜,从而降低黏着磨损。