利用地面大气电场和雷达资料进行雷电临近预报方法

 根据雷暴云电场特征,结合雷达等观测资料,本文提出一个利用电场幅值阈值和差分阈值方法,为进行电场测站的首次地闪的雷电临近预报方法。该方法首先判断电场是否达到设定的幅值阈值或者差分阈值。如果电场达设定阈值,认为此时测站周围云中电荷量较大,发生闪电的概率也较大,进而判断该时刻之前的雷达资料是否达到设定的阈值。如果雷达资料达到设定的阈值则发出预警;如果未达要求则继续查看下一体扫的雷达情况,直到发出预警或者电场阈值取消为止。利用此方法对2009年南京周边观测区7个站点数据进行预警检验,得到其探测概率约为80%,平均预警时间约为14min。同时,本文尝试用该预报方法对雷暴云移过测区的整个过程进行区域性雷电临近预报。结果发现区域雷电预警可以直观呈现雷暴云和闪电发生发展情况,对发生闪电潜在区域也能够直观判断,并收到较好的预警效果。区域预警不仅能实现对一个地区的监测预警,而且能对雷暴云的整个过程进行监测预警,具有单站电场所没有的优势。     

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.     

电场资料在贵阳机场雷暴天气中的应用

利用DNDY型大气电场仪对贵阳机场2011年1月—2012年6月的雷暴过程进行探测研究,分析雷暴过程中雷暴云的电荷结构和电场曲线的特征,并详细分析贵阳机场2012年5月12日雷暴天气过程的电场变化.结果表明:大气电场资料可在一定范围内对雷暴进行短时预报和预警.贵阳机场雷暴过程产生的地面电场曲线有突升型、突降型和波动型,当地面电场曲线出现高频快变抖动且电场强度达5～10 kV/m时可作为贵阳机场可能出现雷暴的预报指标.地面电场曲线快变尖峰的出现表示发生云地闪,也表明雷电已发生.     

基于EEMD分解的电场时序差分在雷电预警中的可行性分析

为了解决大气电场数据预报雷暴虚警率高的问题,将集成经验模态分解(EEMD)方法和二阶差分法结合应用于大气电场资料的分析,提出了一种雷电预警分析方法。该方法先用EEMD分解出晴天天气和雷暴天气大气电场的不同时间尺度变化分量,然后对包含雷电信号的高频模态分量IMF1(本征模态函数)进行二阶差分分析。晴天无雷暴发生时,地面大气电场的差分值集中在-0.5~0.5 k V/m3之间;雷暴过程中,差分大气电场出现剧烈变化,雷暴发生前,IMF1二阶差分量的增幅会明显变大,所对应的电场频率在0.016 5~0.045 5 Hz之间跳跃。经过仿真试验,结合雷达回波资料进行验证,得到雷电探测概率(probability of detection,POD)为85.1%,预警平均时间为30.2 min。     

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。     

大气电场仪联网数据一致性及预警方式的改进

为了实现大气电场仪的联网,分析了联网中存在的问题,主要包括单站预警方式、数据一致性以及联网算法上存在的问题.对于单站预警方式提出了改进的办法,可在单一应用预警值的基础上,增加电场跳变检测.分析了各站点数据一致性对预警网络的影响,结果显示,地面物会引起大气电场畸变,安装环境对电场仪数值影响很大.提出了解决数据一致性的途径.指出了利用电场计算电荷中心位置等雷暴参数存在的问题,给出了简化的解决方式.     

雷暴天气下建筑物对大气电场测量的影响

针对雷雨天气下大气电场仪测量值受周边地物影响的问题,根据一次过顶雷暴的探空资料,利用综合工程软件模拟雷暴云的电场值及雷暴云在建筑物上方时地面大气电场的分布情况。分别考虑建筑物的底面形状、高度和材料对大气电场测量的影响,并将影响距离和遮蔽仰角作为影响大气电场测量的判别指标。实验表明:模拟空中电场值的分布与实测值结果基本一致;建筑物形状诸要素中底面积和夹角为2个主要影响因素,影响距离随底面积增加而变大;遮蔽仰角和影响距离均随建筑物高度的增加而增大;建筑物材料的差别对大气电场分布的影响较小;当距离超过一定值时,建筑物对大气电场测量的影响可忽略不计。     

双偏振多普勒天气雷达监测雷电的分析

为了更有效开展雷电的实时监测和预警,利用S波段双线偏振多普勒天气雷达回波资料和闪电定位仪数据,对2009年7月初发生在江苏的一次雷暴天气过程进行了分析。在有闪电的回波区,闪电频次峰值出现在水平反射率因子42dBZ处,集中在34~46dBZ之间;闪电频次峰值出现在差分反射率因子ZDR的0.4dB处,主要集中在-0.4~1.4dB;闪电频次峰值出现在差分传播相位常数KDP的1°/km处,集中在0~2°/km附近;闪电频次峰值出现在相关系数ρhv的0.98处,集中在0.96以上。而无闪电回波的偏振参量都明显小于发生闪电回波的值。通过对雷暴回波单体偏振参量随时间变化的分析,发现偏振参量和闪电频次之间有较好的一致性。随着闪电的发生和频次的增加,回波单体的反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、差分传播相位常数KDP都有不同程度的逐步增加。最大时ZH达47dBZ、ZDR达到2dB以上、KDP达到2.5°/km。     

闪电电场波形脉冲序列极性变化及成因

地基闪电探测站记录的闪电电场信号普遍存在极性反转现象,不同测站的极性反转时刻不同,目前对该现象没有较清晰的认识。详细阐述了闪电放电引起的电场变化信号的测量原理,在此基础上,利用宽带电场和甚高频辐射数据,结合闪电甚高频辐射源的定位结果,分析了闪电电场脉冲极性反转现象的特征和原因。对比基站间距为5 km量级的多站数据,发现不同测站数据电场极性反转并不同时发生,并且极性反转常伴随着脉冲幅值的降低,因此常导致定位时脉冲提取缺失或到达时间提取的误差增大。利用宽带电场定位和甚高频辐射源定位相互补充,在获得闪电精细化三维定位基础上分析发现,闪电主通道头部的发展方向改变,是导致地面探测站的垂直电场出现极性反转现象的可能原因,主通道头部携带的大量电荷靠近或远离是地面垂直电场变化测量装置脉冲波动的主要原因。对于不同方位的探测站,闪电主通道头部相对运动是导致不同探测站出现脉冲极性反转时刻不同的主要原因。针对极性反转现象造成定位效率下降问题,提出了希尔伯特能量谱的解决方案,定位出的闪电辐射源数量提高约9%。     

高原负地闪前云闪K-型击穿过程的观测研究

利用CPS同步的高时间分辨率闪电电场变化仪,对青藏高原东部地区的雷电特征进行了多点同步观测,得到了1 μs时间分辨率的多站同步闪电电场变化资料．利用高频辐射脉冲到达不同测站的时间差,对一次负地闪前的云闪K-型击穿过程进行了分析,得到了其放电过程的起始位置和发展路径．K口型击穿过程起始于云中部的负电荷区,并以1．5×107m／s的速度向下部正电荷区域传播．雷暴云中正、负电荷离地高度分别为2．5～3．5km和5．0～6．0km．     

GPS伪距差分定位技术的试验研究

讨论了GPS伪距差分定位的原理及其数学模型,为了研究伪距差分定位精度,编写了GPS伪距差分定位软件,并对某GPS网的观测数据进行了大量的伪距差分定位试验计算．计算结果表明,GPS三类伪距观测值的差分定位精度基本相同;在距基准站50km范围内,观测10～60s时间的伪距差分定位精度可以达到0．2～0．4m．伪距差分定位技术在海上定位和GIS数据采集等领域有广泛应用前景。     

板式电收尘器电场分布

本文通过计算,获得了板式收尘器电场分布特性曲线,取得与实验相符的结果,研究了电场分布与极距之间的关系。板式收尘器电场分布曲线存在最小值其位置距电晕线约4.5cm。而且基本不随极距变化。;收尘极板附近电场强度随极距加宽而距增大,最后渐渐达到均匀值(10kV/m);空间各点电场强度的算术平均值随着极距的加宽而增大,从而可清楚的解释极距加宽可提高有效收尘效率的实验结果。     

一次雷暴回波短带产生强天气的特征分析

为了研究雷暴回波短带在强降水和雷暴大风事件中的特征,使用地面气象要素、闪电信息、MICAPS天气图、雷达拼图等资料,对2023年5月17日江西中北部出现的雷暴回波短带进行分析,结果表明：1)雷暴回波短带发生在200 hPa“出流区”、500 hPa槽前西南气流低涡发展、850 hPa低涡切变线西南气流大气环流中,地面低气压和辐合线发展,为午后雷暴回波短带的形成提供了触发机制。2)雷暴回波短带在雷暴发展初期,通常呈现出不是很强的回波和较弱的闪电活动;在低涡回波团后侧地面辐合线附近发展。随着时间的推移,回波强度快速增强发展,闪电开始增多。3)雷暴回波短带特征包括回波强度较强(50～55 dBZ)、回波顶较高(10～12 km左右)、回波带较短(相比冷锋回波带和飑线回波带),影响区域较小,持续时间较短和短带上回波单体强度分布不均匀等。4)强降水的垂直积分液态水含量(VIL)在20～25 kg/m²附近,而一般降水的VIL都在10 kg/m²以下。因此,在雷暴天气监测和预报中需要综合多种资料分析,以更好地预测强降水和雷暴大风事件的发生。     

雷暴云的新一代天气雷达回波分析及闪电临近预警

收集2014—2019年普洱天气雷达的5 121个体扫基数据,使用"投影面积"度量云体的方法进行解析、分析和统计,在16个定点半径30 km范围内0℃、-10℃、-20℃层高度上,以5 dBz为步长,对强度达到25～45 dBz回波变化情况进行统计.结果表明:雷电临近预报应重点研究强度达到35 dBz或40 dBz的回波在0℃层或-10℃层上的连续变化特征;结合高山雷达的一些特殊性,兼顾成功率、漏报率和空报率进一步提出,在连续2个体扫以上40 dBz回波出现在0℃层高度并保持连续的特征,是适合普洱市雷电临近预报的较佳条件.经过检验,当条件达到时的探测概率为62%,成功率为50.8%,临近预报的平均时间提前量为25 min.这一指标对高山雷达开展雷暴云回波分析及闪电临近预警有一定的实际应用价值.     

基于自动能见度观测的雾和霾天气判别指标研究

利用重庆沙坪坝气象站人工与自动能见度对比观测资料,分析了2种资料的一致性和差异,在1~10km能见度范围内,自动观测能见度值比人工观测能见度值偏低15%左右.按照人工能见度10km作为轻雾或霾的判别阈值,利用自动能见度观测值则应将轻雾和霾的判别阈值调整为8.5km.利用逐时自动能见度、相对湿度及PM2.5资料建立了重庆雾、霾天气判别指标,即:自动观测能见度≥1km且8.5km时,当相对湿度85%,判识为霾,当相对湿度≥85%且95%时,如果ρ(PM2.5)≥90μg/m3,判识为霾,如果ρ(PM2.5)90μg/m3,判识为轻雾;自动观测能见度1km时,当相对湿度≥95%判识为雾,反之应为雾、霾混合物.     

接闪杆宽度对触发上行先导影响分析

基于随机介质击穿模式和尖端电场畸变理论,在同一气象环境、模拟域的分辨率以及相同的高度条件下,模拟了不同宽度的接闪杆对闪电的接闪概率以及接闪时间的影响,结果表明:1)接闪杆的宽度分别为1 m、10 m、100 m时相对应接闪的概率分别为84.7％、61.3％以及14.7％,接闪杆宽度越小,接闪次数越多,概率也越大,当接闪杆宽度达到一定宽度300 m左右时候,已无法触发上行先导;2)接闪杆宽度越小,响应时间也会越短,而且接闪杆宽度越宽,响应时间越长,长短差异会越明显.     

基于车速平稳过渡的高速公路出口限速方案

研究能够满足出口车速平稳过渡的逐级限速方案,对提高出口区域车辆平稳运行及安全提升有重要意义。利用无人机采集高速公路出口车辆运行参数,分析出口车辆运行特征,考虑驾驶员对相邻限速标志的认知反应,构建了连续限速标志设置间距计算模型,建立了高速公路出口不同级别的限速方案,利用驾驶模拟试验对设计的不同限速方案进行分析及评价。模型的计算结果显示,二级限速方案中,限速值为60-40km/h的限速标志间距为160m;三级限速方案中,限速值为80-60-40km/h的限速标志间距分别为：300,80m,限速值为90-60-40km/h的限速标志间距分别为300,85m;四级限速方案中,限速值为100-80-60-40km/h的限速标志间距分别为295,160,80m。利用驾驶模拟器对模型结果进行验证,试验结果表明：逐级限速方案的平均减速度指标小于1.3 m/s2,均在驾驶舒适性阈值内;随着限速级数增加,车辆离散幅度显著降低,表明逐级限速方案对出口车辆运行速度有明显管控效果;四级限速方案可使在分流鼻端车速标准差、平均减速度、V85分别控制在5.23km/h、0.52m/s2、54km/h左右,极大了满足车速平稳过渡要求。可见,借助模型定量优化的逐级限速方案可以显著提高出口车速过渡的平稳性和安全性。     

磁暴扰动对长距离输电高压系统电压影响分析

提出了分析长距离输电系统电压对磁暴感应地电场大小、方向敏感性的方法。首先建立了变电站接地磁感应电流计算模型,指出了输电线路走向、接地点间的距离和接地点间的相对位置之间的关系。然后通过计算地磁感应电流所产生的变压器集群无功损耗,分析变压器无功需求对系统电压影响。最后建立了系统电压越限指标与磁暴感应地电场大小与方向的灵敏度模型。以西北750 kV系统为例,仿真分析了地电场幅值从1 V/km～10 V/km、方向从正东(0°)到正西(180°)时750kV系统电压分布状况和电压越限指标,结果表明采用本文方法可以反映长距离输电系统节点电压对地电场大小及方向的敏感性。     

基于自然驾驶数据的信号交叉口车辆跟驰行为特征分析

为明确城市信号交叉口的车辆跟驰行为特性,基于自然驾驶试验数据,对车辆在减速、加速跟驰状态的车头间距、车头时距和相对速度进行了分布特征分析以及与跟驰速度的相关性分析。结果表明：减速跟驰状态的相对速度主要集中于[-3m/s,1m/s],加速跟驰状态主要集中于[-1m/s,3m/s];减速跟驰状态和加速跟驰状态的车头时距随后车跟驰速度变化趋势相同,确定了跟驰速度小于20km/h的车头时距阈值;去掉跟驰速度小于6km/h的数据后得到的减速跟驰、加速跟驰状态车头时距和车头间距均呈正偏态分布,车头间距集中于5-30m,车头时距集中于1.5s-3.5s;两种跟驰状态车头间距、车头时距的5th、50th、95th特征值与跟驰速度具有较强的相关性。     

北斗星基增强系统性能提升初步评估

介绍了北斗星基增强系统及广域差分改正数算法.采用10个测站6d的相位平滑伪距和相位观测数据,初步评估了北斗星基增强系统性能提升后的用户定位性能.结果表明:用户相位平滑伪距增强定位精度在东、北和天顶3个方向上分别达到0.3m、0.4m和0.8m,相对于普通导航平均三维提高了53%;基于精密单点定位技术的用户相位增强定位坐标平均在7min内收敛到1m以内,收敛之后水平坐标精度能达到0.1m,高程坐标精度能达到0.2m,两项指标都优于基于外部后处理精密轨道钟差的精密单点定位结果.