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云闪放电对云内电荷和电位分布影响的数值模拟

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地球物理学报 2007年第4期50卷 1053-1065页

作者：谭涌波陶善昌祝宝友马明吕伟涛中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 中国气象科学研究院北京100081

我们应用改进的随机闪电参数化方案,对两次雷暴的起、放电过程进行了二维12.5m和250m分辨率云闪模拟试验,分析表明高分辨率模拟的云闪通道几何结构、延伸范围和最大垂直电场变化等特征与观测结果更为一致,并且揭示了云闪放电重新配置云... 详细信息

我们应用改进的随机闪电参数化方案,对两次雷暴的起、放电过程进行了二维12.5m和250m分辨率云闪模拟试验,分析表明高分辨率模拟的云闪通道几何结构、延伸范围和最大垂直电场变化等特征与观测结果更为一致,并且揭示了云闪放电重新配置云内电荷分布和空间电荷中和过程的一种新的物理图像:(1)云闪的直接物理效应是在已有的空间电荷区内沿着放电通道沉积异极性电荷、形成复杂的空间电荷分布,有效地导致云中电位和场强绝对值及静电场能量剧烈下降,使放电终止.其中:放电后在闪电通道经过主要区域,电位降到±30MV之间,垂直电场强度也降到±20kV.m-1之间,一次正或负云闪估计消耗掉107～1010J静电能;(2)云中电荷中和不是正、负空间电荷简单地直接相互抵消的瞬态过程,而是广泛分布的云中空间电荷与通道沉积的异极性电荷通过湍流交换、平流输送、重力沉降以及起电等多种因素逐渐混合并部分被中和的一个后续慢过程,其弛豫时间典型值在14～44s之间,在此期间通道感应电荷总量下降到50%以下.并残余部分电荷参与后续放电前高空间电荷密度和强电场的重建过程.

关键词：云闪感应电荷电位分布变化静电能量变化电荷中和

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云闪测向定位算法

应用气象学报 2015年第5期26卷 618-625页

作者：梁丽马舒庆庞文静蒲晓虎中国气象局气象探测中心北京100081 重庆市气象信息与技术保障中心重庆401147

基于多站测向交叉算法,提出云闪侧向定位算法。根据各站仰角、方位角信息求解出各组闪电位置,由最大值和最小值约束条件剔除粗差较大的解后,引入加权运算得到较为准确的定位信息,再利用高斯牛顿迭代算法得到精准的云闪位置信息,从而实... 详细信息

基于多站测向交叉算法,提出云闪侧向定位算法。根据各站仰角、方位角信息求解出各组闪电位置,由最大值和最小值约束条件剔除粗差较大的解后,引入加权运算得到较为准确的定位信息,再利用高斯牛顿迭代算法得到精准的云闪位置信息,从而实现云闪的三维定位。通过蒙特卡罗模拟方法,对算法进行评估,详细分析了站网多种因素对定位结果的影响。研究表明:该算法提高了定位精度,测向误差为1°时,4站站网误差低于500 m,站点越多定位精度越高,但综合考虑4站、5站站网为优,测向精度提高时,定位精度也随之提高;站网呈均匀布站方式优于T型等布站方式,均匀布站在实际中更具实用性。

关键词：测向定位云闪误差分析高斯牛顿迭代融合

云闪和地闪的波形采集、数据处理及其初步应用

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高原气象 2002年第1期21卷 74-78页

作者：王怀斌郄秀书张义军张翠华中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

利用美国进口的闪电定位仪 (LightningDirectionFinder)和日本TCCJ - 2 0 0 0型瞬态波形存储器连接 ,在 5 0 0Hz～ 5 0 0kHz的频段内 ,用 0 .1μs的采样速率和 2 0 4.8μs的记录长度 ,对闪电的电磁辐射信号进行采样 ,数据经过安装在微... 详细信息

利用美国进口的闪电定位仪 (LightningDirectionFinder)和日本TCCJ - 2 0 0 0型瞬态波形存储器连接 ,在 5 0 0Hz～ 5 0 0kHz的频段内 ,用 0 .1μs的采样速率和 2 0 4.8μs的记录长度 ,对闪电的电磁辐射信号进行采样 ,数据经过安装在微机上的一块PET -DIO接口卡被微机处理并存储。

关键词：地闪辐射场波形数据接口数据转换闪电定位仪云闪强雷暴

0.140 MHz地闪、云闪及NBE事件的辐射场频谱特征分析

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高原气象 2009年第5期28卷 1025-1033页

作者：蓝渝张义军吕伟涛郑栋陈绍东中国气象科学研究院雷电物理和防护工程实验室中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室广东省防雷中心

利用宽带傅立叶分析法对2008年7月30日和8月4日两次雷暴过程中,距离观测点520km范围内的55次负地闪回击过程,33次云内闪电过程以及20次双极性窄脉冲事件(NBE)的电磁辐射信号进行了观测分析,得到地闪回击、云闪放电初始阶段以及双极性窄... 详细信息

利用宽带傅立叶分析法对2008年7月30日和8月4日两次雷暴过程中,距离观测点520km范围内的55次负地闪回击过程,33次云内闪电过程以及20次双极性窄脉冲事件(NBE)的电磁辐射信号进行了观测分析,得到地闪回击、云闪放电初始阶段以及双极性窄脉冲事件在0.140 MHz频带宽度下的电磁辐射能量谱密度。结果表明,这三类闪电放电过程的辐射频谱波形均呈现出随频率增加、幅值减小的趋势,但在辐射强度和衰减速率上存在一定的差异。负地闪回击幅频波形在628MHz频段上衰减速率相对缓慢;云闪初始阶段在全频带上始终遵循f-1.2f-1.4之间的衰减率递减,且其频谱幅值与地闪回击的辐射能量谱幅值相差不大;NBE事件在0.140 MHz频带中辐射能量谱幅值基本都明显大于其他两类闪电放电过程,特别是在10 MHz以上的HF、VHF频带上其差异可达到20 dB。

关键词：闪电回击窄偶极性脉冲云闪频谱辐射

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青藏高原云闪起始阶段放电特征分析

高原气象 2007年第1期26卷 55-61页

作者：佘会莲董万胜中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

2003年夏季在青藏高原那曲地区进行了雷电综合观测试验，利用宽带干涉仪系统获取的闪电资料，根据辐射源定位结果和相应的电场变化对云闪放电起始阶段进行了分析，初步分析结果表明：雷暴过境时地面电场为正值的情况下，云闪放电多发生... 详细信息

2003年夏季在青藏高原那曲地区进行了雷电综合观测试验，利用宽带干涉仪系统获取的闪电资料，根据辐射源定位结果和相应的电场变化对云闪放电起始阶段进行了分析，初步分析结果表明：雷暴过境时地面电场为正值的情况下，云闪放电多发生在中部负电荷区和下部正电荷区之间，上部正电荷区一般不参与放电。虽然不同的云闪会有不同的放电发展过程，但放电起始阶段具有相似的特征。云闪放电起始于中部负电荷区，在初始几十毫秒内，辐射源垂直向下发展，云内负流光向下发展速度约为1.14～1.72×10^5m／s。在下部正电荷区内，闪电通道可以垂直发展，也可以水平发展。且发生在正电荷区的放电过程比较复杂，正电荷区辐射点比负电荷区要多。

关键词：宽带干涉仪云闪辐射源

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基于线程池技术的云闪定位远程控制软件设计

测控技术 2014年第11期33卷 100-103页

作者：孙秀斌李云敏成都信息工程学院电子工程学院四川成都610225 中国气象局大气探测重点实验室四川成都610225 贵州省防雷减灾中心贵州贵阳550002

根据云闪定位系统远程控制软件的功能需求,采用客户端/服务器(C/S)结构模式,将远程主机作为服务器,各探测站作为客户端,服务器创建线程池分别与客户端建立网络连接,客户端和服务器之间采用自定义的应用层协议实现数据传输,用户在远程主... 详细信息

根据云闪定位系统远程控制软件的功能需求,采用客户端/服务器(C/S)结构模式,将远程主机作为服务器,各探测站作为客户端,服务器创建线程池分别与客户端建立网络连接,客户端和服务器之间采用自定义的应用层协议实现数据传输,用户在远程主机即可接收各探测站的数据并进行处理,最后将云闪的定位结果显示在地图上。采用线程池技术减少线程的创建与销毁开销以提高系统的工作效率,满足系统对实时性的要求。

关键词：云闪远程控制客户端/服务器应用层协议线程池

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基于斜向通道的云闪放电特性研究

科学技术与工程 2014年第25期22卷 6-11,17页

作者：马启明苑尚博中国科学院电工研究所北京100190 武汉大学物理科学与技术学院武汉430072

雷暴过程中,云闪发生频次约占总闪电频次的2/3以上;但由于云地闪对人类危害较大,目前对其研究较多。随着微电子技术的发展,云闪的电磁辐射特性也越来越受到重视。将云闪的放电通道近似为一斜向通道,考虑镜像电流,将回击电流近似为水平... 详细信息

雷暴过程中,云闪发生频次约占总闪电频次的2/3以上;但由于云地闪对人类危害较大,目前对其研究较多。随着微电子技术的发展,云闪的电磁辐射特性也越来越受到重视。将云闪的放电通道近似为一斜向通道,考虑镜像电流,将回击电流近似为水平偶极子与垂直偶极子的叠加,根据Maxwell方程,推导了云闪斜向通道电磁场计算模型。通道基电流选取脉冲函数,在MTLL传输模型下计算了斜向放电通道在地面1~200 km处激发的电磁场波形。计算结果表明云闪斜向放电通道中水平偶极子与回击点高度对近场电磁场的影响较大。随着距离的增加,影响越来越小;在大于50 km的远场区,其影响可以忽略。

关键词：闪电电磁场云闪斜向通道

前次云闪对上行闪电始发提供的有利电环境特征分析

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电瓷避雷器 2019年第5期 27-36页

作者：周洁晨谭涌波郑天雪陈超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

主要基于已有的二维雷暴云起、放电模式背景下的上行闪电随机放电参数化方案,来进行二维高分辨率闪电放电的模拟实验,定量探讨了云闪放电过程对上行闪电的触发产生的有利作用。研究结果表明:云闪触发型上行闪电均发生于典型三极电荷结构... 详细信息

主要基于已有的二维雷暴云起、放电模式背景下的上行闪电随机放电参数化方案,来进行二维高分辨率闪电放电的模拟实验,定量探讨了云闪放电过程对上行闪电的触发产生的有利作用。研究结果表明:云闪触发型上行闪电均发生于典型三极电荷结构下,当前次云闪结束后,在上部主正与中部主负电荷区内植入了大量异极性电荷,而底部次正电荷区几乎未受影响。近地面(0-3 km)的空间电位在云闪结束后由负位势转为正位势,负位势阱中心上移甚至消失,地面出现正位势阱中心;云闪放电后,空中原有强电场被摧毁,空间整体电场降低,与此同时,上部主正、主负电荷区对地面电场的作用明显削弱,而由于底部次正电荷区保持相对完整,其对地面电场的作用显著增强,电场极性发生反转、电场值增强,促使上行闪电始发。

关键词：上行闪电触发条件云闪电环境特征

基于FPGA的云闪时差定位同源脉冲匹配算法实现

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电子技术应用 2011年第6期37卷 15-17页

作者：崔雪楠李梦竹马启明黄启俊常胜武汉大学物理科学与技术学院湖北武汉430072

针对甚高频(VHF)云闪时差法雷电定位同源脉冲匹配难点,提出了用FPGA实现相关性判断的同源脉冲算法设计思路。为提升系统性能、适应云闪甚高频信号的处理需求,采用了改进的算法并用实测数据在MATLAB、FPGA上对算法进行验证,设计完成了云... 详细信息

针对甚高频(VHF)云闪时差法雷电定位同源脉冲匹配难点,提出了用FPGA实现相关性判断的同源脉冲算法设计思路。为提升系统性能、适应云闪甚高频信号的处理需求,采用了改进的算法并用实测数据在MATLAB、FPGA上对算法进行验证,设计完成了云闪波形同源脉冲匹配算法在FPGA上的实现。系统通过了Modelsim的仿真验证并在DE2平台上完成了硬件测试。设计共消耗了3 499个逻辑单元,最高处理速度可达98.07 MHz,满足了实际应用的要求。

关键词：云闪时差法同源脉冲 FPGA