基于精確回?fù)粲嫈?shù)方法的兩次雷暴地閃特征研究.pdf

1、本文利用閃電VLF/LF電磁場波形不間斷采集系統(tǒng)，通過程序預(yù)判結(jié)合“人工精確識別回?fù)簟狈椒?，對發(fā)生在2012年7月9日和8月19日的兩次安徽地區(qū)夏季雷暴地閃資料進(jìn)行分析，通過多站到達(dá)時間差定位及磁場方位角信息提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，報道了兩次雷暴中正、負(fù)地閃的特征參數(shù)，并研究了這些參數(shù)隨雷暴生命發(fā)展的變化趨勢。本文所用觀測方法既具備人工識別方法的精確性，又具備站網(wǎng)觀測方法的抽樣連續(xù)性，是閃電特征研究的有利工具。本研究取得的一些新的結(jié)果總結(jié)如下:

2、
　　(1)對兩次雷暴負(fù)地閃基本特征進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)不同類型雷暴地閃特征具有普遍性與多樣性。雷暴0709為鋒面系統(tǒng)雷暴過程，雷暴0819為局地雷暴過程，兩次雷暴在負(fù)地閃百分比(92.6％～86.6％)、平均回?fù)糸g隔時間(75.3ms～61.8ms)、后繼回?fù)襞c首次回?fù)魪?qiáng)度比值(0.49～0.52)、回?fù)魵w一化強(qiáng)度（5.0V/m～5.2V/m）、初始擊穿過程持續(xù)時間和脈沖間隔等特征上較為一致，充分反映了安徽地區(qū)夏季雷暴的一些共有特性。

3、但兩次雷暴仍有一些地閃特征具有一定差異，例如雷暴0709單回?fù)舻亻W概率(15.5％)僅為雷暴0819(30.6％)的一半左右，導(dǎo)致雷暴0709負(fù)地閃平均回?fù)舸螖?shù)4.2次略大于雷暴0819（3.3次）;雷暴0709的負(fù)地閃過程持續(xù)時間（363.7ms）略大于雷暴0819(269.6ms)，地閃平均回?fù)舸螖?shù)是影響地閃過程持續(xù)時間的一個重要參量;雷暴0709的PB/RS值(0.25)略大于雷暴0819(0.14)，且PB/RS值小于0.1的概

4、率分別為14.9％和38.9％,從側(cè)面反映了本文所用系統(tǒng)在不同距離情況下對微弱脈沖的采集效率差別。因此在研究雷暴地閃特征時，必須綜合不同雷暴日的不同類型雷暴，對雷暴整個生命期進(jìn)行大樣本連續(xù)統(tǒng)計，才能夠得到較為準(zhǔn)確的特征信息。
　　(2)通過對兩次雷暴連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)有些雷暴特征會隨雷暴生命發(fā)展產(chǎn)生規(guī)律性變化。兩次雷暴過程在成熟期負(fù)地閃頻數(shù)均存在突增現(xiàn)象，雷暴0709消散期正地閃頻數(shù)出現(xiàn)突增;負(fù)地閃回?fù)魯?shù)在兩次雷暴生命史中均

5、存在明顯的漲落變化，雷暴0709不同生命期的平均回?fù)舸螖?shù)在3.0～5.3次之間變化，雷暴0819則在1.9～4.1次之間變化;平均回?fù)舸螖?shù)對單回?fù)舻亻W比例非常敏感，二者基本呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;在整個雷暴生命史中，負(fù)地閃過程持續(xù)時間存在較大的波動，其變化趨勢與平均回?fù)舸螖?shù)隨雷暴發(fā)展變化趨勢一致，說明回?fù)舸螖?shù)是影響負(fù)地閃過程持續(xù)時間的一個重要因素;雷暴不同生命期負(fù)地閃平均回?fù)糸g隔存在階梯性變化趨勢，成熟期的平均回?fù)糸g隔最小，雷暴不同發(fā)展階段平均回

6、擊間隔易受雷暴放電強(qiáng)弱的影響，導(dǎo)致閃電回?fù)糸g隔時間差別較大。因此要得到較為客觀的閃電回?fù)籼卣鞅仨毦C合考慮整個雷暴過程。
　　(3)負(fù)地閃回?fù)糸g隔時間隨回?fù)粜蛱柕脑龃蠖龃?，隨回?fù)舸螖?shù)的增大而減小。兩次雷暴負(fù)地閃回?fù)糸g隔概率分布十分一致，基本呈對數(shù)正態(tài)分布，回?fù)糸g隔主要集中在40～120ms之間，概率最大值均為60ms;兩次雷暴過程負(fù)地閃回?fù)糸g隔均隨回?fù)粜蛱柕脑龃蠖龃?，且回?fù)糸g隔大于100ms的比例也隨之升高，即隨著回?fù)粜蛱柕纳仙?/p>

7、，長回?fù)糸g隔出現(xiàn)的概率也隨之升高;對具有不同回?fù)舸螖?shù)的負(fù)地閃分別分析其回?fù)糸g隔與回?fù)粜蛱柕年P(guān)系，得到與總體分析方法相同的結(jié)果。事實(shí)上由于后繼回?fù)糁泻碗姾蓪?shí)際由K過程從更遠(yuǎn)端云內(nèi)通道末端搬運(yùn)而來，顯然云內(nèi)電荷環(huán)境會制約后繼回?fù)舻陌l(fā)生，即影響之前的回?fù)糸g隔時間;兩次雷暴中負(fù)地閃回?fù)糸g隔與回?fù)舸螖?shù)具有較好的單調(diào)遞減趨勢，即一次負(fù)地閃過程包含的回?fù)舸螖?shù)越多，其平均回?fù)糸g隔越小，可以從引發(fā)一次地閃過程的云內(nèi)總電荷量及通道導(dǎo)電性兩方面進(jìn)行綜合分析。

8、
　　(4)利用兩種不同方法對負(fù)地閃回?fù)魪?qiáng)度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)負(fù)地閃回?fù)魪?qiáng)度與回?fù)粜蛱栔g具有一定的系統(tǒng)性變化趨勢，具體表現(xiàn)為回?fù)魪?qiáng)度隨回?fù)粜蛱柕脑龃蠖粩鄿p小，首次回?fù)魪?qiáng)度隨負(fù)地閃回?fù)舸螖?shù)的增大而不斷增大。兩次雷暴后繼回?fù)襞c首次回?fù)魪?qiáng)度比值(ES/EF)基本呈對數(shù)正態(tài)分布;ES/EF值隨回?fù)粜蛱柕脑黾佣尸F(xiàn)系統(tǒng)性減小趨勢，就統(tǒng)計意義而言，隨著回?fù)粜蛱柕脑黾?，后繼回?fù)魪?qiáng)度越來越弱;總體而言首次回?fù)魪?qiáng)度遠(yuǎn)大于后繼回?fù)?，但是在閃電過程中與

9、首次回?fù)魪?qiáng)度相當(dāng)或超過首次回?fù)舻暮罄^回?fù)舨⒉缓币?將兩次雷暴負(fù)地閃回?fù)魪?qiáng)度歸一化至100km處，發(fā)現(xiàn)單回?fù)糌?fù)地閃回?fù)魪?qiáng)度弱于多回?fù)糌?fù)地閃的首次回?fù)魪?qiáng)度，且首次回?fù)魪?qiáng)度隨回?fù)舸螖?shù)的增大而增大;對相鄰兩次回?fù)舻南鄬?qiáng)弱與回?fù)糸g隔關(guān)系進(jìn)行討論，當(dāng)回?fù)糸g隔小于50ms時，前后回?fù)魧σ浴扒皬?qiáng)后弱”的組合為主，當(dāng)回?fù)糸g隔大于150ms時，前后回?fù)魧σ浴扒叭鹾髲?qiáng)”的組合為主;分析認(rèn)為回?fù)敉ǖ赖膶?dǎo)電性對云內(nèi)電荷累積過程的影響是造成這一現(xiàn)象的原因，較長的

10、回?fù)糸g隔使通道導(dǎo)電性減弱，允許云內(nèi)電荷有更長的累積時間，從而引發(fā)超過正常強(qiáng)度的閃電回?fù)暨^程。
　　(5)對兩次雷暴初始擊穿過程進(jìn)行分析，主要統(tǒng)計了初始擊穿過程持續(xù)時間(Td)和脈沖間隔(Ti)，以及初始擊穿最大脈沖與首次回?fù)魪?qiáng)度比值(PB/RS)和初始擊穿與首次回?fù)糸g隔時間(PB-RS)以及其隨緯度變化趨勢。雷暴0709共采集帶初始擊穿過程的負(fù)地閃1212例，初始擊穿過程持續(xù)時間幾何平均2.3ms，脈沖間隔時間幾何平均194.2μ

11、s，雷暴0819共采集帶初始擊穿過程的負(fù)地閃275例，初始擊穿過程持續(xù)時間幾何平均2.7ms，脈沖間隔時間幾何平均176.8μs，與雷暴0709結(jié)果較為接近;雷暴0709中PB/RS值幾何平均為0.25;PB-RS間隔時間幾何平均為23.2ms，雷暴0819中PB/RS值幾何平均為0.14，比雷暴0709結(jié)果0.25略小，PB-RS間隔時間幾何平均為36.6ms;對不同緯度地區(qū)的結(jié)果進(jìn)行比較，除個別區(qū)域外，總體上PB/RS值符合隨緯度升

12、高而增大的趨勢，可將這種趨勢理解為雷暴云下正電荷堆在低緯度地區(qū)較弱，猜測可將地閃初始擊穿脈沖活動強(qiáng)度作為雷暴云底部正電荷堆強(qiáng)弱的度量;PB-RS間隔似乎隨緯度的升高而變短，可能由于緯度越低，雷暴云電荷中心的高度越高，導(dǎo)致PB-RS間隔越長。
　　(6)對兩次雷暴過程正地閃基本特征進(jìn)行了初步統(tǒng)計，進(jìn)一步的研究需要更多不同類型正地閃數(shù)據(jù)的支持。雷暴0709正地閃概率7.5％，單回?fù)粽亻W概率93.3％，最大回?fù)魯?shù)2次，平均回?fù)魯?shù)1.1

13、次;雷暴0819正地閃概率13.4％，單回?fù)粽亻W概率84.5％，最大回?fù)魯?shù)3次，平均回?fù)魯?shù)1.2次;正地閃比例隨閃電總數(shù)的增大而減小，雷暴0709總閃數(shù)目接近雷暴0819的三倍，因此正地閃比例小于雷暴0819;雷暴0709正地閃平均回?fù)糸g隔92.1ms，回?fù)糸g隔大于100ms的概率為47.1％;而雷暴0819正地閃平均回?fù)糸g隔只有25ms，回?fù)糸g隔大于100ms的概率僅為18.8％，分析認(rèn)為差異性主要由雷暴類型不同及樣本量較小共同導(dǎo)致