[01534155]大气电学特征参量的探测及其应用研究

大气电学是大气科学的重要研究领域之一,涉及雷暴电学、雷电、晴天电学、雷电监测与防护等领域,并与对流性灾害天气密切相关。随着经济和社会的发展,大气电学研究已经越来越引起国际学术界的广泛关注。 从大气电学入手,探索电参量和气候变迁的关系已成为当前国际大气电学研究的前沿领域之一。雷暴天气过程中动力、微物理与电活动之间耦合关系的揭示,不仅对深化认识中小尺度天气过程有重要的科学意义,而且也将提供对雷暴发生、发展进行监测、预警的新途径,因而也具有重要的实际应用价值。 现代防雷技术正处于发展时期,许多技术问题有待进一步研究。 课题任务来源： （1） 四川省教育厅自然科学科研重点项目,课题名称：雷电探测信息在四川强雷暴天气中的预警监测中的应用研究,编号：2006A125,2006.12-2008.12; （2） 中国科学院知识创新工程大气物理研究所“联合创新青年学者计划”,课题名称：四川雷暴天气中雷电及暴雨关系的研究,编号：IAP09314,2009.01－2010.12; （3） 灾害天气国家重点实验室开放课题,课题名称：四川盆地雷电活动及其对边界层热动力作用的响应,编号：2010LASW-A08,2010.9-2012.9; （4） 四川雷电活动特征研究,成都信息工程学院发展基金(课题号：（KYTZ200707）,2007.1－2009.1; （5） 西藏强对流天气短时临近预报预警系统,西藏自治区项目,2008.6-2012.6; （6） 四川省人社厅专业技术人才队伍专项经费重点项目,课题名称：四川盆地地闪活动数值预报方法研究,编号：14Z039,2013.7-2014.7; （7） 中国博士后科学基金课题,课题名称：云地闪先导电磁场特征及近地面连接过程的仿真实验研究,编号：2014M552540XB, 2014.5-2015.6; （8） 国家自然科学基金项目,项目名称：不同土壤环境条件下建立土壤电离动态模型的方法研究编号：41305005,2014.1-2016.12。 本项目的主要研究内容包括以下三点： （1）雷电活动对地面热力和动力作用的响应 本研究利用卫星上携带的闪电探测器所获取的多年闪电资料和地面气象台站观测资料、NCEP资料等,结合地面闪电活动观测资料、探空资料和热力学观测资料等,对闪电活动与地面的热力学、动力学特征之间的关系进行详细研究,找出影响闪电活动的关键因素;探讨区域雷电活动对特殊天气气候事件如ENSO的响应;重点研究区域雷暴和雷电活动等对全球气候变化增温的响应与响应。 （2）雷暴天气系统的动力-微物理-电过程耦合机制研究 本研究利用雷达和雷电辐射脉冲及雷电定位技术等探测手段,研究雷暴的流场、微物理和电参量时空分布和演变规律,及其相互作用过程和耦合机制;结合数值模拟,理论研究雷暴的电荷结构以及与降水过程的相关性,研究雷电信息用于雷暴临近预报的理论和方法。 （3）雷电物理过程和危害机理研究 本研究利用高时间分辨率雷电辐射脉冲等测量技术,对雷电的VHF/UHF辐射特征进行研究和探测,在亚微秒量级时间尺度上了解雷电放电的详细发展过程;结合云闪和地闪发展过程的研究,了解雷电放电与雷暴电荷结构的联系;在实验和观测的基础上,对雷电的发生、发展机理、辐射场特征以及雷电与地面物体的相互作用等进行理论研究,加深对雷电激发机制和雷害机理的认识,为雷电防护提供理论基础。 通过本项目的研究发表相关论文30篇,获得发明专利1项,著作1部;得到了以下的六点创新性成果： （1）建立雷电涛动响应指数（SOFI）,利用该指数指示我国西南地区的雷电活动异常变化; （2）发展差分大气电场分级算法,建立对严重影响航空安全正常和效率的雷暴和大雾天气预警预报方法; （3）建立四川地区雷电活动分区特征模型,发现了30°N雷电活动活跃区域,并揭示了其形成的主要动力学机制; （4）研究冰雹尺度与正地闪比率之间的关系,据此建立对冰雹灾害进行预警预报的方法; （5）四川地闪资料在中尺度WRF模式中的同化,改善WRF模式在四川地区对强对流天气的模拟能力; （6）基于电磁场分析的切向电场估计法,据此建立LIEW动态模型,为防雷工程中接地系统设计提供重要参考。 本研究成果已在成都军区空军、民航西南地区管理局、西藏自治区气象局、贵州省气象局、重庆市气象局、甘肃省气象局及青岛市气象局等部门得到了推广应用,不仅取得了良好的效果,而且也积累了较多的推广工作的经验。项目的成果今后将重点在气象、民航、军航、铁路、电力等行业与重大社会活动等领域进行推广应用,努力为我国防灾减灾工作服务。 由于雷暴天气过程及雷电活动极为复杂,本成果主要是针对我国西南和四川地区发生的雷暴及雷电过程为研究对象,其中的一些方法和经验虽已得到推广应用,但是仍需要投入更多的研究经历进行系统深入的研究。