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高矮建筑物多上行先导连接过程的数值模拟

应用气象学报 2022年第1期33卷 80-91页

作者：雷艺楠谭涌波余骏皓郑天雪南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室北京100081

运用改进后的三维多先导模型,允许高矮建筑物上均可以始发上行先导,对多次地闪的连接过程进行模拟。结果表明:矮建筑物始发上行先导和被击中的概率较小,高建筑物对矮建筑物上行先导的始发具有较明确影响。建筑物间的高度差是影响上述连... 详细信息

运用改进后的三维多先导模型,允许高矮建筑物上均可以始发上行先导,对多次地闪的连接过程进行模拟。结果表明:矮建筑物始发上行先导和被击中的概率较小,高建筑物对矮建筑物上行先导的始发具有较明确影响。建筑物间的高度差是影响上述连接过程的主要因子,当建筑物间高度差较小时,高建筑物对矮建筑物的屏蔽效应不明显,下行先导通道的相对位置对矮建筑物是否优先始发上行先导存在影响;随着建筑物间高度差的增加,矮建筑物难以优先始发上行先导,只在下行先导通道明显偏向矮建筑物时,矮建筑物才可能始发上行先导,并有一定概率与下行先导连接形成回击;当建筑物间高度差超过某阈值后,矮建筑物既不会始发上行先导,更不会被击中。

关键词：数值模拟连接过程多上行先导建筑物间高度差

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建筑物群中多上行先导三维模型的建立

应用气象学报 2020年第6期31卷 740-748页

作者：余骏皓谭涌波郑天雪王艺儒师正南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理与防护工程实验室北京100081

为实现对地闪过程中多上行先导现象的模拟,在已有三维随机放电参数化方案基础上,植入多先导始发与发展模块以建立高建筑群多上行先导模型,利用电场并行计算技术提高模拟效率。将新模型应用于实际地闪模拟并就统计数据与先导形态特征同... 详细信息

为实现对地闪过程中多上行先导现象的模拟,在已有三维随机放电参数化方案基础上,植入多先导始发与发展模块以建立高建筑群多上行先导模型,利用电场并行计算技术提高模拟效率。将新模型应用于实际地闪模拟并就统计数据与先导形态特征同观测数据进行对比。结果表明:上行未连接先导长度为12~709m,起始高度为360~600m,距连接点水平距离为255~1026m,距下行先导最近分支的距离为326~589m,与观测统计结果具有较高的一致性;形态上再现了实际地闪个例F1215中上行未连接先导始发时间早,通道笔直的特点,也能够模拟下行先导与单上行先导头部、单上行先导侧面、多上行先导中连接先导头部、多上行先导中连接先导侧面4种已有观测记录的连接情况,为后续研究提供基础模型。分析模拟结果初步得出结论:最高的广州塔能够对附近一定范围建筑起保护作用且能吸引较远处的下行先导分支;多先导的始发与最后一跳的连接受地面高建筑物群分布、高度以及下行先导位置综合影响。

关键词：数值模拟连接过程多上行先导

地闪三维随机模型的改进及多上行先导的数值模拟研究

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气象学报 2022年第6期80卷 999-1008页

作者：林雨荷谭涌波余骏皓樊佳乐南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室北京100081

为了探讨地闪连接过程中多上行先导的起始与发展,考虑到光学观测事实及雷暴电场环境,本研究在已有多上行先导三维随机参数化方案的基础上,植入背景电场模块并改进上、下行先导模块。基于新模型开展大量敏感性试验,结果如下:(1)新模型模... 详细信息

为了探讨地闪连接过程中多上行先导的起始与发展,考虑到光学观测事实及雷暴电场环境,本研究在已有多上行先导三维随机参数化方案的基础上,植入背景电场模块并改进上、下行先导模块。基于新模型开展大量敏感性试验,结果如下:(1)新模型模拟的下行先导形态多样、分支数大幅度减少,能更好地再现多样的地闪连接过程。(2)在孤立建筑物情况下,上行先导长度、闪击距离以及触发多上行先导的次数与建筑物高度成正相关。(3)随着建筑物增高,同一次地闪中首个始发的上行先导与后续始发的上行先导间的起始时间差整体呈现上升趋势。初步研究表明:建筑物高度对触发多上行先导的影响显著。此外,受到建筑物高度及正、负先导发展情况的影响,低矮建筑物触发的多上行先导几乎同时起始,而高建筑物上允许首个始发的上行先导优先发展一定长度后再始发后续上行先导。

关键词：数值模拟多上行先导建筑物高度

基于三维多上行先导模型的高建筑物年雷击次数分析

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科学技术与工程 2023年第20期23卷 8560-8569页

作者：樊佳乐谭涌波余骏皓林雨荷南京信息工程大学大气物理学院南京210044 南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

为提高建筑物安全性,更准确评估建筑物雷击风险,利用三维多上行先导模型模拟雷击建筑物,计算出建筑物的年雷击次数。首先,通过改变模型中建筑物高度,闪电始发位置和闪电强度进行大量模拟,计算出闪电从不同位置始发时建筑物的雷击概率;然... 详细信息

为提高建筑物安全性,更准确评估建筑物雷击风险,利用三维多上行先导模型模拟雷击建筑物,计算出建筑物的年雷击次数。首先,通过改变模型中建筑物高度,闪电始发位置和闪电强度进行大量模拟,计算出闪电从不同位置始发时建筑物的雷击概率;然后,对建筑物上空一定范围内始发闪电进行总体分析,计算出不同高度建筑物的年雷击次数;最后得出一个利用建筑物高度和闪电强度计算的经验公式。结果表明:模拟得出的结果与观测结果相近,相较于《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2010)以及一些利用二维模型得出的经验公式,在一定程度上更精确的计算了建筑物的年雷击次数。

关键词：年雷击次数数值模拟雷击概率高建筑物多上行先导

三维高分辨率多上行先导随机模型的建立与模拟研究

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三维高分辨率多上行先导随机模型的建立与模拟研究

作者：余骏皓南京信息工程大学

学位级别：硕士

为提高对地闪连接过程中多上行先导现象的认识,实现对其三维高精度模拟,本文在已有随机参数化方案基础上,植入多先导始发与发展模块以建立高建筑群多上行先导模型,利用电场并行计算技术提高模拟效率。本文将该模型应用于广州实际高建筑... 详细信息

为提高对地闪连接过程中多上行先导现象的认识,实现对其三维高精度模拟,本文在已有随机参数化方案基础上,植入多先导始发与发展模块以建立高建筑群多上行先导模型,利用电场并行计算技术提高模拟效率。本文将该模型应用于广州实际高建筑物群的地闪模拟并合理对比统计参数与个例形态,验证了该模型具有一定合理性。为加深对多先导触发机制的研究,基于新模型,本文设置了两组实验探讨地面建筑与下行先导各参数对多先导触发的影响。无论是观测或是模式工作都发现,下行先导击中低矮建筑上后始发的上行先导这一事件发生概率不低,其中高矮建筑的高度差是影响先导起始及连接的重要参数。本文就高矮建筑高度差对地闪起始与连接的影响分析设计了一组敏感性试验,并初步给出下行先导击中后始发的上行先导的原因分析。主要研究结论为:（1）本文建立的三维高精度多上行先导随机模型与单先导模型相比,模拟结果更为合理,能够在下行先导较弱时模拟出与单先导模型相似的闪电通道,也能够在下行先导较强时模拟多先导触发的情形。（2）广州珠江新城的地闪模拟统计结果及个例形态与观测结果具有很高的一致性,模拟结果表明,最高的广州塔能够对附近一定范围的建筑物起保护作用,也能够吸引较远处的下行先导分支;多先导的始发较大程度地受地面高建筑物群的分布、高度以及下行先导的位置综合影响,越高的建筑越易被下行先导击中。（3）各参数对多先导始发的影响如下:单一高建筑高度的增加会使得多先导始发的数量呈现下降趋势,直至达到仅能够始发一支上行先导的临界高度,该临界高度值的范围随单一高建筑偏离建筑物群的中心的距离增大而增加。下行先导强度能够影响上行先导始发的数量,闪电越强越易触发多个上行先导,当闪电较弱且位置较偏时,建筑物群中甚至不会触发上行先导。下行先导初始位置与建筑物间的间隔主要影响的是上行先导始发的位置。（4）关于高矮建筑高度差对先导始发及连接的研究,得出结论:高矮建筑存在两个临界的高度差值,分别代表低矮建筑不再优先始发先导与低矮建筑不再能够触发上行先导。（5）下行先导击中后始发先导的统计结果表示:在高矮建筑高度差处于两个临界高度差之间时,下行先导选择低矮建筑上后触发的先导相连接的情况发生次数较多;在高度差达到第二个临界高度时,后始发的上行先导与下行先导相连接这一事件主要发生在同一高建筑上。该现象是否发生于同一建筑上受建筑高度差影响,而发生原因主要是不同的下行先导初始位置与整体发展形态。

关键词：数值模式地闪连接过程多上行先导

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高建筑物对矮建筑物保护作用的三维数值模拟

应用气象学报 2023年第6期34卷 749-758页

作者：吴萌谭涌波林雨荷王雪雯南京信息工程大学应急管理学院南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/中国气象局雷电重点开放实验室北京100081

运用三维高分辨率随机多先导连接模型,设置高矮两座建筑物并改变其中矮建筑物的高度以及高矮两座建筑物水平距离,同时设置孤立矮建筑物进行对照,探究多先导模式下高建筑物对矮建筑物的保护作用。结果表明:高矮建筑物距离较近时,下行先... 详细信息

运用三维高分辨率随机多先导连接模型,设置高矮两座建筑物并改变其中矮建筑物的高度以及高矮两座建筑物水平距离,同时设置孤立矮建筑物进行对照,探究多先导模式下高建筑物对矮建筑物的保护作用。结果表明:高矮建筑物距离较近时,下行先导的发展完全受高建筑影响;随着建筑物水平距离增加,高建筑物对先导主通道仍然存在明显吸引效应。当矮建筑物雷击概率的增长趋势出现明显减缓的分界点,此时与孤立矮建筑物的雷击概率仅相差3.6%,但单次闪电的连接过程仍存在显著差异。通过对比不同建筑物水平距离与孤立建筑物的雷击结果,高矮建筑物水平距离由400 m增至600 m,差异则从44.5%降低至22.7%。在相同高建筑物影响下,不同高度矮建筑物的雷击概率变化趋势亦存在该特征,高度为50,100,150 m和200 m的矮建筑物对应的雷击增长速率分界点的水平距离为300,450,550 m和600 m。

关键词：空间形态电场畸变保护作用数值模拟多上行先导

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高矮建筑物多先导连接过程的三维模拟研究

高矮建筑物多先导连接过程的三维模拟研究

作者：雷艺楠南京信息工程大学

学位级别：硕士

大量光学研究表明:在地闪连接过程中,随下行先导传播,通常不只有一个上行先导,而是始发多个上行先导。为加深对近地面多先导连接过程的科学认知,本文运用近地面三维多先导模型进行多次下垫面为高、矮建筑物都存在的地闪模拟敏感性试验,... 详细信息

大量光学研究表明:在地闪连接过程中,随下行先导传播,通常不只有一个上行先导,而是始发多个上行先导。为加深对近地面多先导连接过程的科学认知,本文运用近地面三维多先导模型进行多次下垫面为高、矮建筑物都存在的地闪模拟敏感性试验,改变高建筑物的高度,探讨多先导情况中连接过程的不同情况以及影响因素。此外,针对先前模型的局限性进行改进,并进行与原先模型工作一样的敏感性试验,探讨下行先导选择连接的行为特征,并与原先模型作对比。最后,运用新模型进行相同空间配置下的三组敏感性试验,分别探讨高建筑物的高度、高矮建筑物的水平间距及下行先导的初始电位对高、矮建筑物下连接过程中多先导的起始和落雷点分布的影响。主要结论如下:1.矮建筑物上始发上行先导的概率较小,但其一旦始发上行先导就有较大的可能被击中。建筑物间的高度差是影响闪电连接过程的主要因子。当建筑物间高度差不大时,若下行先导通道偏向矮建筑物,矮建筑物可优先始发上行先导,并有大概率被击中;随着建筑物间高度差的增加,在下行先导通道明显偏向矮建筑物并不断向其靠近的情况下,矮建筑物有可能后始发上行先导,并有一定概率与下行先导连接形成回击过程;当建筑物间高度差超过某个阈值后,下行先导的空间形态对闪电连接过程几乎没有影响,矮建筑物既不会始发上行先导,更不会被击中。2.在不同的高建筑物高度下,矮建筑物先起始上行先导的次数、被击中的次数均小于高建筑物,下行先导与先始发的上行先导连接的次数均大于与后始发的上行先导连接的次数,且均随着高建筑物高度的增加,差距变大。但在多建筑多先导情况中,下行先导与先始发的上行先导连接的次数小于与后始发的上行先导连接的次数。下行先导的初始位置及后续分支的发展情况、多先导的诱发距离和触发步长均会影响下行先导的选择连接。3.各参数对高矮建筑物下连接过程中先导始发及落雷点分布的影响如下:高建筑物越高,矮建筑物越不容易被击中,也越难始发上行先导,高建筑物对矮建筑物的保护作用随高建筑物的增高而增强。高、矮建筑物的水平间距主要对矮建筑物上行先导的始发有较大的影响。高、矮建筑物的水平间距越大,矮建筑物被击中的次数以及起始上行先导的数量越多,此时影响高、矮建筑物上连接过程的因素主要是建筑物本身的高度和下行先导的初始电位。下行先导的初始电位主要对高、矮建筑物下连接过程中上行先导的始发有较大的影响。下行先导的初始电位越强,始发的上行先导总体数量越多,且主要来自于高建筑物,矮建筑物上始发的上行先导的数量占总先导数量的比例随下行先导初始电位的增强而降低,导致其被击中的次数也随之降低。

关键词：连接过程数值模拟多上行先导高矮建筑物