基于精確回擊計數(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)，通過程序預判結合“人工精確識別回擊”方法，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行分析，通過多站到達時間差定位及磁場方位角信息提高數(shù)據準確性，報道了兩次雷暴中正、負地閃的特征參數(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果總結如下:

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　　(1)對兩次雷暴負地閃基本特征進行統(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，兩次雷暴在負地閃百分比(92.6％～86.6％)、平均回擊間隔時間(75.3ms～61.8ms)、后繼回擊與首次回擊強度比值(0.49～0.52)、回擊歸一化強度（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單回擊地閃概率(15.5％)僅為雷暴0819(30.6％)的一半左右，導致雷暴0709負地閃平均回擊次數(shù)4.2次略大于雷暴0819（3.3次）;雷暴0709的負地閃過程持續(xù)時間（363.7ms）略大于雷暴0819(269.6ms)，地閃平均回擊次數(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行大樣本連續(xù)統(tǒng)計，才能夠得到較為準確的特征信息。
　　(2)通過對兩次雷暴連續(xù)記錄數(shù)據的分析，發(fā)現(xiàn)有些雷暴特征會隨雷暴生命發(fā)展產生規(guī)律性變化。兩次雷暴過程在成熟期負地閃頻數(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;負地閃回擊數(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擊次數(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;平均回擊次數(shù)對單回擊地閃比例非常敏感，二者基本呈負相關關系;在整個雷暴生命史中，負地閃過程持續(xù)時間存在較大的波動，其變化趨勢與平均回擊次數(shù)隨雷暴發(fā)展變化趨勢一致，說明回擊次數(shù)是影響負地閃過程持續(xù)時間的一個重要因素;雷暴不同生命期負地閃平均回擊間隔存在階梯性變化趨勢，成熟期的平均回擊間隔最小，雷暴不同發(fā)展階段平均回

6、擊間隔易受雷暴放電強弱的影響，導致閃電回擊間隔時間差別較大。因此要得到較為客觀的閃電回擊特征必須綜合考慮整個雷暴過程。
　　(3)負地閃回擊間隔時間隨回擊序號的增大而增大，隨回擊次數(shù)的增大而減小。兩次雷暴負地閃回擊間隔概率分布十分一致，基本呈對數(shù)正態(tài)分布，回擊間隔主要集中在40～120ms之間，概率最大值均為60ms;兩次雷暴過程負地閃回擊間隔均隨回擊序號的增大而增大，且回擊間隔大于100ms的比例也隨之升高，即隨著回擊序號的上升

7、，長回擊間隔出現(xiàn)的概率也隨之升高;對具有不同回擊次數(shù)的負地閃分別分析其回擊間隔與回擊序號的關系，得到與總體分析方法相同的結果。事實上由于后繼回擊中和電荷實際由K過程從更遠端云內通道末端搬運而來，顯然云內電荷環(huán)境會制約后繼回擊的發(fā)生，即影響之前的回擊間隔時間;兩次雷暴中負地閃回擊間隔與回擊次數(shù)具有較好的單調遞減趨勢，即一次負地閃過程包含的回擊次數(shù)越多，其平均回擊間隔越小，可以從引發(fā)一次地閃過程的云內總電荷量及通道導電性兩方面進行綜合分析。

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　　(4)利用兩種不同方法對負地閃回擊強度進行分析，發(fā)現(xiàn)負地閃回擊強度與回擊序號之間具有一定的系統(tǒng)性變化趨勢，具體表現(xiàn)為回擊強度隨回擊序號的增大而不斷減小，首次回擊強度隨負地閃回擊次數(shù)的增大而不斷增大。兩次雷暴后繼回擊與首次回擊強度比值(ES/EF)基本呈對數(shù)正態(tài)分布;ES/EF值隨回擊序號的增加而呈現(xiàn)系統(tǒng)性減小趨勢，就統(tǒng)計意義而言，隨著回擊序號的增加，后繼回擊強度越來越弱;總體而言首次回擊強度遠大于后繼回擊，但是在閃電過程中與

9、首次回擊強度相當或超過首次回擊的后繼回擊并不罕見;將兩次雷暴負地閃回擊強度歸一化至100km處，發(fā)現(xiàn)單回擊負地閃回擊強度弱于多回擊負地閃的首次回擊強度，且首次回擊強度隨回擊次數(shù)的增大而增大;對相鄰兩次回擊的相對強弱與回擊間隔關系進行討論，當回擊間隔小于50ms時，前后回擊對以“前強后弱”的組合為主，當回擊間隔大于150ms時，前后回擊對以“前弱后強”的組合為主;分析認為回擊通道的導電性對云內電荷累積過程的影響是造成這一現(xiàn)象的原因，較長的

10、回擊間隔使通道導電性減弱，允許云內電荷有更長的累積時間，從而引發(fā)超過正常強度的閃電回擊過程。
　　(5)對兩次雷暴初始擊穿過程進行分析，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擊強度比值(PB/RS)和初始擊穿與首次回擊間隔時間(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)的結果進行比較，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度作為雷暴云底部正電荷堆強弱的度量;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，導致PB-RS間隔越長。
　　(6)對兩次雷暴過程正地閃基本特征進行了初步統(tǒng)計，進一步的研究需要更多不同類型正地閃數(shù)據的支持。雷暴0709正地閃概率7.5％，單回擊正地閃概率93.3％，最大回擊數(shù)2次，平均回擊數(shù)1.1

13、次;雷暴0819正地閃概率13.4％，單回擊正地閃概率84.5％，最大回擊數(shù)3次，平均回擊數(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正地閃平均回擊間隔92.1ms，回擊間隔大于100ms的概率為47.1％;而雷暴0819正地閃平均回擊間隔只有25ms，回擊間隔大于100ms的概率僅為18.8％，分析認為差異性主要由雷暴類型不同及樣本量較小共同導致