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青海和北京地区不同个例雷暴云电荷结构特征差异的数值模拟分析

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高原气象 2022年第3期41卷 814-828页

作者：李江林余晔张彤昝蓓蕾李亚珺李万莉中国科学院西北生态环境资源研究院/寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站甘肃平凉744015 甘肃省陆面过程与灾害天气野外科学观测研究站甘肃平凉744015 中国科学院大学北京100049 中国气象局气象干部培训学院北京100081

利用加入起电、放电参数化方案的数值模式[Weather Research and Forecasting Model(Version 3.7.1),WRF3.7.1_ELEC],分别对发生在青藏高原东北部青海大通地区和华北地区北京西部山区的两次雷暴过程进行模拟研究,对比分析两个不同地区... 详细信息

利用加入起电、放电参数化方案的数值模式[Weather Research and Forecasting Model(Version 3.7.1),WRF3.7.1_ELEC],分别对发生在青藏高原东北部青海大通地区和华北地区北京西部山区的两次雷暴过程进行模拟研究,对比分析两个不同地区雷暴个例的电荷结构特征差异及原因。结果表明:对发生在两个地区的雷暴个例,模式均能够较好地模拟出雷暴的移动方向、回波强度以及形状的变化特征。对比两个个例不同发展阶段雷暴云电荷结构可以看出,除了在发展旺盛阶段两个地区的雷暴云电荷结构自下而上均为“+-+-”的四层结构,在发展初始阶段和消亡阶段,两个地区雷暴云电荷结构明显不同。造成两个雷暴个例在雷暴云初始和消亡阶段电荷分布差异的主要原因是云中霰粒子混合比和有效液态水含量的差异。

关键词：青藏高原华北平原雷暴云电荷结构数值模拟

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三层圆盘雷暴云模型对地面电场的模拟

中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 2024年第7期 0016-0020页

作者：付月张怡远西南交通大学物理科学与技术学院四川成都611756

雷暴是高海拔区域常见的一种天气现象,常伴随灾害性的闪电活动。雷暴云中电荷分布结构复杂、大气电场强度和极性变化剧烈。穿过雷暴云的宇宙线次级粒子强度将受到不可忽略的影响。研究雷暴云的结构和地面电场的情况,对雷暴期间的高能辐... 详细信息

雷暴是高海拔区域常见的一种天气现象,常伴随灾害性的闪电活动。雷暴云中电荷分布结构复杂、大气电场强度和极性变化剧烈。穿过雷暴云的宇宙线次级粒子强度将受到不可忽略的影响。研究雷暴云的结构和地面电场的情况,对雷暴期间的高能辐射现象有着重要意义。本文利用三层圆盘雷暴云模型,对地面电场进行模拟,分析了该模型下地面电场的情况。并以四川稻城处的大气电场仪数据的电场数据进行对比,分析典型的雷暴事例220729。可以得出三层圆盘雷暴云模型对地面电场的模拟是合理的,我们的结果将有助于理解大气电场引起的宇宙线二次加速机制,也可用于大气物理的研究。

关键词：大气电场雷暴云三层圆盘模型

雷暴云背景下星地量子通信链路多参数融合寻优策略

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激光杂志 2023年第12期44卷 1-7页

作者：章博凯聂敏杨光张美玲孙爱晶裴昌幸西安邮电大学通信与信息工程学院西安710121 西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室西安710071

为降低雷暴云对星地量子通信链路的影响,提出了一种基于多参数融合的星地量子通信链路切换策略。仿真分析了雷暴云中大气带电粒子浓度和观测高度对量子纠缠度、信道容量以及链路误码率之间的关系。将量子纠缠度、信道容量、链路误码率... 详细信息

为降低雷暴云对星地量子通信链路的影响,提出了一种基于多参数融合的星地量子通信链路切换策略。仿真分析了雷暴云中大气带电粒子浓度和观测高度对量子纠缠度、信道容量以及链路误码率之间的关系。将量子纠缠度、信道容量、链路误码率这三个参数进行加权并利用该加权因子的阈值来寻找当前时刻最优卫星接入星地量子通信链路中。仿真结果表明,使用参数加权融合因子来进行链路切换可以提高切换的成功率,并改善切换过程中掉话率高的问题。因此,采用参数加权融合因子来进行链路切换,对星地量子通信链路的可靠性有明显改善。

关键词：雷暴云大气带电粒子星地链路参数加权卫星切换

基于卷积神经网络的典型雷暴云下地面电场识别研究

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电瓷避雷器 2022年第4期 155-161,168页

作者：孙中华傅正财刘亚坤陈坚毕晓蕾刘娟上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室上海200030 中国石化青岛安全工程研究院化学品安全国家重点实验室山东青岛266101

雷暴云产生的闪电危害巨大,雷暴发生时其地面电场的特征可应用于关键系统的雷电预警和雷电防护。笔者依据雷暴云偶极子模型,研究典型雷暴云下地面电场的特征,提出基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的雷暴云地面电场... 详细信息

雷暴云产生的闪电危害巨大,雷暴发生时其地面电场的特征可应用于关键系统的雷电预警和雷电防护。笔者依据雷暴云偶极子模型,研究典型雷暴云下地面电场的特征,提出基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的雷暴云地面电场识别方法。该方法考虑不同天气情况下地面电场的特征,对大量样本数据进行训练和识别,证明了卷积神经网络用于识别雷暴云下地面电场的可行性,划分了基于卷积神经网络识别结果的雷电预警等级。结果表明:所提方法区分各类别电场样本的整体准确率高于93%,通过对典型雷暴云下地面电场特征的学习,实现了雷暴云电荷中心的地理区域识别。所提方法可为局部区域的雷暴云大气电场识别和雷电预警提供思路。

关键词：雷暴云大气电场偶极子模型卷积神经网络雷电预警

高原山区地形对雷暴云地面电场影响规律的数值模拟

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科学技术与工程 2023年第23期23卷 9802-9808页

作者：徐肖伟项恩新张贵鹏王科聂鼎秦忠杨庆齐玥云南电网有限责任公司电力科学研究院昆明650217 云南电网有限责任公司昆明650011 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044

为了在高原山区有效利用雷暴临近阶段的地面电场数据实现雷电的精准预警,搭建了典型雷暴云和基本山体模型,并结合高程数据模拟了真实高原山区地形,然后通过有限元方法研究了高原山区地形对雷暴云产生的地面电场分布特点和演变趋势的影... 详细信息

为了在高原山区有效利用雷暴临近阶段的地面电场数据实现雷电的精准预警,搭建了典型雷暴云和基本山体模型,并结合高程数据模拟了真实高原山区地形,然后通过有限元方法研究了高原山区地形对雷暴云产生的地面电场分布特点和演变趋势的影响规律。结果表明:基本山体表面的雷暴云电场会发生畸变,畸变程度与山体形态和观测位置有一定关系;真实地形表面的雷暴云电场分布因为地貌的高低不平出现起伏波动,但整体趋势与平坦地面情况下基本一致;雷暴云临近观测点时近地电场的演变过程呈现先大幅上升再小幅下降的规律,但观测点地形特征会影响电场变化幅度。

关键词：雷暴云山区地形有限元法地面电场

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雷暴云对星地量子链路性能的影响及参数仿真

通信学报 2017年第5期38卷 31-38页

作者：聂敏石力杨光裴昌幸西安邮电大学通信与信息工程学院陕西西安710121 西北工业大学电子信息学院陕西西安710072 西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室陕西西安710071

为了研究雷暴云对星地量子链路信道的影响,根据雷暴云中大气带电粒子的消光截面与数目浓度分布函数,得到了粒子浓度、电荷密度与链路衰减系数的关系。建立了粒子浓度、电荷密度与信道容量、信道平均保真度、信道生存函数和量子密钥分发... 详细信息

为了研究雷暴云对星地量子链路信道的影响,根据雷暴云中大气带电粒子的消光截面与数目浓度分布函数,得到了粒子浓度、电荷密度与链路衰减系数的关系。建立了粒子浓度、电荷密度与信道容量、信道平均保真度、信道生存函数和量子密钥分发系统误码率之间的关系。仿真结果表明,雷暴云对星地量子链路性能有显著的影响。所以,应根据雷暴云的预报情况,自适应调整量子卫星通信系统的各项参数,以提高星地链路的可靠性。

关键词：星地量子链路雷暴云大气带电粒子电荷密度退极化信道

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基于地表介电常数校正的雷暴云定位系统设计

基于地表介电常数校正的雷暴云定位系统设计

作者：李胤演南京信息工程大学

学位级别：硕士

强对流雷暴云是我国主要的小尺度灾害性天气过程之一,常常伴有雷电、冰雹、局部暴雨和强风等。研究如何对雷暴云进行准确定位对于经济社会发展和工农业安全生产具有重要的理论意义和应用价值。为提高雷暴云定位精度,本文研究了地表介电... 详细信息

强对流雷暴云是我国主要的小尺度灾害性天气过程之一,常常伴有雷电、冰雹、局部暴雨和强风等。研究如何对雷暴云进行准确定位对于经济社会发展和工农业安全生产具有重要的理论意义和应用价值。为提高雷暴云定位精度,本文研究了地表介电常数变化与雷暴云定位间的相关性,提出了一种基于地表介电常数校正的雷暴云定位方法,设计了基于同面极板电容的地表介电常数测量传感器,搭建了基于地表介电常数校正的雷暴云定位系统,开展了雷暴云定位验证实验,验证了系统的科学性、有效性。具体研究内容如下:1、利用镜像法,根据空中电荷电场分布、雷暴云电荷结构等原理,推导了大气电场场强和雷暴云高度角公式,建立了基于三维大气电场分量的雷暴云定位模型,分析了地表介电常数与大气电场分量间的相关性,提出了一种基于地表介电常数校正的雷暴云定位方法。2、基于保角变换和长直导线场强公式,利用单元积分法,建立了同面极板电容传感器的电容测量模型和电场分布模型,结合实际应用场景,设计了基于同面极板电容的地表介电常数测量传感器。3、根据地表介质特性,分析计算了地表介电常数测量传感器的最佳驱动频率,设计了地表介电常数测量传感器的驱动电路、电容测量电路,对传感器进行了校准测试,利用最小二乘法拟合出介电常数反演模型,完成了地表介电常数测量系统的搭建。4、结合三维大气电场仪、地表介电常数测量系统及雷暴云定位方法,设计了基于地表介电常数校正的雷暴云定位系统,进行实验设计,分别开展了地表介电常数测量系统的测试实验和雷暴云定位系统的验证实验。实验结果表明:本文所设计的地表介电常数测量系统能够在距传感器60 mm的测量范围内实现测量相对误差小于5%。对比分析了地表介电常数校正前后的雷暴云定位结果,基于地表介电常数校正的雷暴云定位系统能够很好地实现对雷暴云高度角的测量校正,有效的提高了雷暴云定位精度。

关键词：大气电场雷暴云地表介电常数同面极板电容传感器

基于双金属球三维电场探空仪的一次雷暴云内电荷结构观测研究

同方学位论文库评论

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地球物理学报 2021年第4期64卷 1155-1166页

作者：张鸿波郄秀书刘明远蒋如斌陆高鹏刘瑞婷刘冬霞陈志雄孙竹玲李宗祥李进梁马子龙中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室北京100029 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国科学院大学北京100049 中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 北京城市气象研究院北京100089 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

本文自主研制性能稳定的双金属球三维电场探空仪,并结合气象探空仪等构建了雷暴电场-气象综合探空系统,实现了雷暴云内三维电场及温度、湿度的同步测量.2019年夏季对华北平原地区雷暴开展穿云观测,并结合地面大气电场、雷达回波、变分... 详细信息

本文自主研制性能稳定的双金属球三维电场探空仪,并结合气象探空仪等构建了雷暴电场-气象综合探空系统,实现了雷暴云内三维电场及温度、湿度的同步测量.2019年夏季对华北平原地区雷暴开展穿云观测,并结合地面大气电场、雷达回波、变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)反演的动力场等资料进行综合研究,首次给出该地区雷暴云内的电场和电荷结构分布特征.对2019年8月7日发生的一次中尺度对流系统电场探空发现,在雷暴减弱阶段,其弱回波区内存在5个极性交替的电荷区:4.4~5.6 km之间的上部正电荷区(0℃附近)、3.6~4.4 km之间的中部负电荷区和1.0~3.6 km之间的下部正电荷区,此外在1 km下方有一个负极性电荷区,雷暴云顶附近5.7~6.9 km之间为一个弱负极性屏蔽电荷区.其中,中部负电荷区和下部正电荷区由多个不同强度、不同厚度的电荷层构成.此外,电场探空系统在中部负电荷区高度范围内经历的上升—下沉—再次上升的往返探空数据表明,雷暴云内动力环境复杂,电荷结构分布相似但又有所差异,反映了实际雷暴云内电荷分布的时空不均匀性和复杂性.

关键词：雷暴云电荷结构电场廓线双金属球三维电场探空仪华北平原地区

不同非感应起电及感应起电参数化方案对青海东部一次雷暴云电荷结构影响的数值模拟研究

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地球物理学报 2019年第7期62卷 2366-2381页

作者：李江林余晔李万莉李亚珺中国科学院西北生态环境资源研究院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室兰州730000 中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站甘肃平凉744015 中国气象局气象干部培训学院北京100081

本研究利用加入起电、放电参数化方案的数值模式(Weather Research and Forecasting Model(Version 3.7.1),WRF3.7.1_ELEC),通过设计五组不同非感应起电及感应起电参数化方案敏感性试验,对发生在青藏高原东北部青海大通地区的一次雷暴... 详细信息

本研究利用加入起电、放电参数化方案的数值模式(Weather Research and Forecasting Model(Version 3.7.1),WRF3.7.1_ELEC),通过设计五组不同非感应起电及感应起电参数化方案敏感性试验,对发生在青藏高原东北部青海大通地区的一次雷暴过程进行模拟研究,对比分析了不同非感应起电机制及感应起电机制对雷暴云电荷结构的影响.结果表明:在雷暴云发展旺盛阶段,Saunders(S91)、Riming Rate(RR)、和Saunders和Peck(SP98)三种非感应起电方案模拟的雷暴云最低层均为负电荷区,而混合方案(Brooks and SP98,BSP)模拟的雷暴云最低层为正电荷区,主电荷区自下而上为“+-+-”排列的四层电荷结构.与甚高频辐射源定位法推算的结果对比,BSP方案模拟的本次高原雷暴云电荷结构更接近实际情况;几种不同非感应起电方案模拟的主电荷区外围与主电荷区电荷结构不同,说明在雷暴发展的不同阶段雷暴云的电荷结构是不同的;几种非感应起电方案模拟的电荷结构不尽相同,主要是由于霰、冰和雪粒子在不同高度所带电荷的极性及电量的大小不同,霰粒子的电荷密度对低层的影响较大,冰粒子和雪粒子的电荷密度对中上层的影响较大;加入感应起电机制后,雷暴云电荷结构分布几乎没有变化,但能使雷暴云发展旺盛阶段低层和中层的正负电荷区电荷密度有所加强.

关键词：雷暴云非感应起电感应起电电荷结构数值模拟