高建筑物区域地闪活动特征的观测和模拟研究

来源 :中国气象科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JavaProDev
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本研究结合广州高建筑物雷电观测站(Tall-Object Lightning Observatory in Guangzhou,TOLOG)的外场观测和数值模拟,分析了孤立高建筑物和高建筑物群区域不同极性地闪的活动特征。研究成果可以深化在地物对不同极性雷击过程影响方面的科学认识,揭示高建筑物区域不同极性地闪分布特征的差异及其成因。对孤立建筑物附近不同极性雷击过程的二维模拟结果表明,建筑物会影响空间电场分布,进而影响闪电通道的发展和接地点的位置。建筑物的雷击概率与建筑物的高度正相关。当下行负地闪均匀分布密度为1(单位:km-2)时,100-600m高的建筑物下行负地闪的相对频次分别为1.7、2.8、3.8、4.6、5.3和5.9。而当正地闪密度为1时,击中这些高建筑物的下行正地闪的相对频次分别为0.34、0.55、0.76、0.96、1.16和1.35。可见高建筑物对负地闪的吸引能力要远大于对正地闪的吸引能力。模拟结果表明负地闪几乎不会侧击高建筑物,而100-600 m高的建筑物上正地闪的侧击率(侧击建筑物频次和击中建筑物频次之比)分别为0、9%、17%、24%、31%和39%。初步的模拟分析发现在正先导不易分叉和负先导始发阈值高这两个因素中,前者在正地闪更容易侧击高建筑物中的作用更显著。建筑物越高,下行先导起始点水平距离越远,建筑物越容易遭受侧击。整体上,建筑物顶部被正地闪击中的概率依然大于侧面。建筑物还会吸引附近地面上的负地闪向建筑物方向偏移,建筑物越高偏移程度越大,但是对正地闪的吸引程度较小。若定义高建筑物附近地面上的地闪密度下降至平均密度的5%以下时,对应的水平距离为高建筑物的保护距离,则100-600 m高的建筑物对负地闪的保护距离分别为200 m、280 m、350 m、400 m、450 m和480 m。,建筑物越高保护距离越大,但是不同高度建筑物对正地闪的保护距离都很小,均不足100 m。对珠江新城高建筑物区域雷电过程的模拟和观测结果表明,建筑物上负地闪发生的概率与自身的高度、形状、以及附近建筑物的分布有关。八个超高建筑物的相对下行负地闪雷击概率(相对于广州塔)分别为1、0.41、0.19、0.35、0.12、0.09、0.21和0.23,分别是它们孤立存在时的99%、89%、81%、69%、61%、30%、19%和66%。地闪定位和光学观测数据都表明正地闪没有像负地闪一样,易于受高建筑物吸引,但观测到的正地闪相对于负地闪侧击高建筑物的概率更高。广州塔能够吸引附近1 km范围的大部分下行负地闪,但对正地闪的吸引作用不明显。TOLOG的观测发现广州塔等超高建筑物上易发生上行负地闪,且基本是由几十km范围内的下行正地闪触发。TOLOG观测到一例起始过程与高建筑物上行负地闪有关的下行正地闪,对光学和电磁场数据的详细分析表明高建筑物上行负地闪的云内过程也有可能导致下行正地闪的发生。
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