人工触发闪电上行正先导始发阶段精细化观测研究

来源 :中国气象科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:djxhh
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基于人工触发闪电的优势,使用连续干涉仪(CINTF)、低频电场探测阵列(LFEDA)及雷电流测量系统,对上行正先导始发阶段开展了针对性的定位及电流观测研究,提高了对触发闪电的精细化探测能力,获得了对上行正先导始发特征更深入的认识。主要工作和结论如下:1、为了综合利用CINTF和LFEDA定位结果来分析上行正先导始发阶段的发展传输特征,开展了数据处理方法研究。(1)建立了一种新的闪电低频放电三维定位算法—到达时差-时间反转(TOA-TR)算法,并实现了窗口滑动相关脉冲匹配,提高了信号较弱、同步站数较少情况下的LFEDA精细化定位能力;对一次云-地闪放电过程的个例分析结果表明,使用新算法得到的定位点数量大幅度提高,并且能够基于四站同步数据得到可靠的三维定位结果;基于2017年触发闪电的定位性能评估结果表明,在同步数据站数较多的情况下,使用新算法后定位精度与传统算法接近,对闪电的探测效率约为100%,对回击的探测效率约为95.6%,平面定位误差约153m。(2)研究了CINTF定位结果补偿方法,实现了CINTF对近距离触发闪电上行正先导始发阶段观测结果的误差校准,提高了仰角观测准确性:当触发闪电上行正先导始发阶段的仰角定位结果分别为40°、50°和60°时,校准后角度误差分别可减小约4.3°、4.0°和3.4°,距离误差分别可减小约11m、14m和20m。2、参加了2019年广州从化人工引雷试验,开展了对触发闪电的精细化观测,基于14例触发闪电综合观测数据对人工触发闪电上行正先导始发阶段进行了分析,获得了对始发阶段的放电特征及规律的进一步认识。(1)将包含一次自持发展先驱电流脉冲簇(SPCP)及初始连续电流(ICC)的放电过程定义为一次始发过程,发现64.3%的触发闪电上行正先导始发阶段只有1次始发过程,在电流上表现为先驱电流脉冲(PCP)及脉冲簇过程、SPCP过程以及ICC过程;35.7%的触发闪电有多次始发过程,在电流上表现为出现2-3次PCP-SPCP-ICC过程;这种在始发阶段出现的短暂的自持发展过程,持续时间多小于10ms,ICC过程电流强度很弱,不会造成钢丝熔断。(2)在每一次始发过程中,PCP的脉冲持续时间和转移电荷量整体上都呈线性增加趋势,当发展到一定程度,出现PCP脉冲簇和SPCP,本研究获得的出现PCP脉冲簇时对应的平均值分别为3.5μs和19.5μC,出现SPCP时对应的平均值分别为4.7μs和27.2μC。(3)PCP是上升中的火箭尖端附近较弱的向上正击穿和随后较强的向下负击穿产生的,表现为孤立的脉冲形式;PCP脉冲簇和SPCP是上行正先导开始尝试自持发展的标志;与邻近的PCP脉冲簇相比,SPCP过程包含的脉冲数更多,两者的临界值范围为6-7个,总持续时间更长,临界值范围为137.8-198.1μs;SPCP过程的平均脉冲持续时间和平均脉冲转移电荷量也整体偏大,平均值分别为8.1μs和51.8μC,PCP脉冲簇的平均值分别为4.8μs和34.3μC;PCP脉冲簇结束后,自持发展立即熄灭,而SPCP后出现ICC过程,自持发展有可能失败,也有可能长时间连续稳定发展。(4)触发闪电上行正先导在连续稳定发展阶段先是以向上发展为主,通过个例分析得到在1100-1700m高度的平均速度约为1×10~5m/s,在1700-2300m高度的平均速度约为1.6×10~5m/s,速度呈增大趋势;先导进入云内电荷区后以水平发展为主,此时发展速度增大到6×10~5m/s左右。
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