目錄
前言
第1章 雷電天氣系統(tǒng)探測(cè)技術(shù)及協(xié)同觀測(cè) 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(cè)性能 5
1.1.4 BLNET的探測(cè)效率和定位誤差 13
1.1.5 基于雷達(dá)回波對(duì)BLNET實(shí)時(shí)定位結(jié)果的評(píng)估 17
1.2 雷暴云電場(chǎng)-氣象綜合探空技術(shù) 17
1.2.1 靜電感應(yīng)及雙金屬球電場(chǎng)探空的原理 19
1.2.2 雙金屬球電場(chǎng)探空儀的設(shè)計(jì)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(chǎng)-氣象綜合探空實(shí)驗(yàn)及分析 23
1.3 X波段多普勒雙線偏振雷達(dá)和多探測(cè)系統(tǒng)協(xié)同觀測(cè) 27
1.3.1 雷電天氣系統(tǒng)協(xié)同觀測(cè)實(shí)驗(yàn)基地和觀測(cè)設(shè)備 27
1.3.2 多探測(cè)設(shè)備的協(xié)同加強(qiáng)觀測(cè) 28
1.4 基于X波段雙線偏振雷達(dá)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(dá)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(dá)的水成物粒子識(shí)別 37
1.5 典型雷暴系統(tǒng)生消演變過程的雷電及對(duì)應(yīng)的雷達(dá)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(dá)回波特征 42
1.5.3 超級(jí)單體雷暴系統(tǒng)的閃電與雷達(dá)回波特征 52
1.5.4 MCS過程中閃電與雷達(dá)回波特征研究 56
1.6 北京地區(qū)的閃電時(shí)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(shí)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(dòng) 68
1.6.5 北京地區(qū)的地閃回?fù)籼卣?72
第2章 雷電天氣系統(tǒng)的動(dòng)力過程與閃電活動(dòng) 76
2.1 孤立雷暴的對(duì)流觸發(fā)機(jī)理 76
2.1.1 個(gè)例簡(jiǎn)介及天氣背景場(chǎng) 76
2.1.2 云分辨尺度模擬研究 79
2.1.3 對(duì)流觸發(fā)機(jī)理的敏感性試驗(yàn)分析 80
2.2 弱天氣背景下北京地區(qū)雷暴下山的增強(qiáng)機(jī)理 84
2.2.1 資料與個(gè)例挑選 85
2.2.2 下山增強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)特征 86
2.2.3 下山增強(qiáng)與消亡雷暴的環(huán)境場(chǎng) 87
2.2.4 下山增強(qiáng)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(dòng)力場(chǎng)的關(guān)系 93
2.3.1 兩次颮線過程簡(jiǎn)介 93
2.3.2 前部對(duì)流線和尾部層云區(qū)的閃電特征 98
2.3.3 對(duì)流單體的合并過程及閃電特征 103
2.3.4 閃電活動(dòng)與動(dòng)力場(chǎng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系 107
2.4 雹暴的閃電活動(dòng)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(dòng)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(qiáng)颮線系統(tǒng)的模擬及其結(jié)構(gòu)的時(shí)空演變特征 125
2.5.1 強(qiáng)颮線過程簡(jiǎn)介 125
2.5.2 模擬設(shè)計(jì)與驗(yàn)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(chǎng)的影響 133
2.6.1 暖季閃電活動(dòng)與短時(shí)降水事件的關(guān)系 133
2.6.2 環(huán)境場(chǎng)對(duì)雷暴系統(tǒng)閃電和降水活動(dòng)的影響 144
第3章 雷電天氣系統(tǒng)的云微物理過程及其對(duì)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(dá)探測(cè)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(shí)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(jìn)及數(shù)值模擬 164
3.2.1 非球形冰晶粒子增長(zhǎng)的參數(shù)化改進(jìn)及數(shù)值模擬 165
3.2.2 非球形冰晶粒子凝華增長(zhǎng)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(shí)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(fēng)過程的閃電和電荷結(jié)構(gòu)模擬 189
3.4 氣溶膠對(duì)雷暴云起電和閃電活動(dòng)的影響 195
3.4.1 閃電活動(dòng)與氣溶膠光學(xué)厚度的關(guān)系 195
3.4.2 氣溶膠對(duì)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(duì)雷暴云放電過程的影響 207
3.4.4 氣溶膠對(duì)超級(jí)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(duì)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(diǎn)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(yù)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(yù)擊穿過程輻射脈沖電流模型和計(jì)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(chǎng)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(duì)流活動(dòng)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(duì)閃電的影響 285
4.5.1 不同非感應(yīng)起電參數(shù)化方案對(duì)電荷結(jié)構(gòu)的影響 285
4.5.2 邊界層參數(shù)化方案對(duì)電荷結(jié)構(gòu)的影響 287
4.5.3 雷暴云內(nèi)電場(chǎng)力對(duì)起電和電荷結(jié)構(gòu)的影響 290
4.5.4 雷暴云電荷分布對(duì)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(zāi)機(jī)理 297
5.1 人工引發(fā)雷電實(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn)基地 299
5.1.3 廣東從化人工引雷實(shí)驗(yàn)基地 301
5.2 人工引雷的近距離低頻磁場(chǎng)及通道電流反演 302
5.2.1 不同觀測(cè)距離處初始階段磁場(chǎng)信號(hào)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(yīng) 304
5.2.3 爆發(fā)式磁場(chǎng)脈沖輻射機(jī)制 307
5.2.4 利用近距離磁場(chǎng)測(cè)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(dǎo)發(fā)展傳輸特征 316
5.3.1 上行正先導(dǎo)梯級(jí)發(fā)展傳輸?shù)墓鈱W(xué)證據(jù) 317
5.3.2 上行負(fù)先導(dǎo)初始梯級(jí)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(dǎo)發(fā)展傳輸特征 321
5.4 高建筑物雷電連接過程的先導(dǎo)特征及其模擬 325
5.4.1 廣州高建筑物雷電研究平臺(tái) 325
5.4.2 高建筑物引發(fā)雷電的下行先導(dǎo)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(diǎn)雷電發(fā)展特征 336
5.5.1 多接地點(diǎn)雷電的光學(xué)發(fā)展特征 337
5.5.2 基于雷電VHF定位的多接地點(diǎn)雷電形成機(jī)制 339
5.6 雷電電磁輻射場(chǎng)及其傳播特征 343
5.6.1 規(guī)則建筑物周圍雷電電磁場(chǎng)分布 343
5.6.2 分形粗糙陸地對(duì)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(duì)雷電電磁傳播的影響 356
5.7 雷電對(duì)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(yàn)場(chǎng)架空配電線路布置和測(cè)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(duì)電子設(shè)備及SPD 的影響 364
5.7.4 雷擊通信鐵塔時(shí)的通信天線電磁耦合效應(yīng) 370
第6章 雷電觀測(cè)資料同化及監(jiān)測(cè)預(yù)警方法 375
6.1 雷電與云內(nèi)冰相粒子和雷達(dá)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(cè)的閃電與雷達(dá)回波之間的關(guān)系 381
6.2 WRF-GSI云分析同化多普勒雷達(dá)及閃電資料的試驗(yàn)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(yàn)設(shè)計(jì) 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(yàn) 395
6.3.1 物理初始化方法介紹 395
6.3.2 數(shù)據(jù)及試驗(yàn)設(shè)計(jì) 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(duì)北京20150727颮線過程的模擬對(duì)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(gè)例介紹 412
6.5.4 試驗(yàn)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(chǎng)結(jié)果 425
6.6.4 預(yù)報(bào)模式的設(shè)定和模擬個(gè)例天氣背景介紹 429
6.6.5 試驗(yàn)的預(yù)報(bào)結(jié)果 430
6.7 雷電臨近預(yù)警系統(tǒng)建立及應(yīng)用 432
6.7.1 雷電臨近預(yù)警系統(tǒng)整體框架 432
6.7.2 雷電臨近預(yù)警系統(tǒng)流程 434
6.7.3 雷電臨近預(yù)警系統(tǒng)產(chǎn)品 435
6.7.4 中尺度雷電預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建立 436
6.8 中尺度起電放電模式的建立與短時(shí)閃電預(yù)報(bào)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(yù)報(bào)結(jié)果定性分析 442
6.8.4 預(yù)報(bào)結(jié)果定量檢驗(yàn) 443
參考文獻(xiàn) 446