雷击闪电的特性
作者：TIMES 转贴自：防雷技术论坛
雷击闪电的特性
(1)雷电流的特性
雷电破坏作用与峰值电流及其波形有最密切的关系。雷击的发生、雷电流大小与许多因数有关，其中主要的有地理位置、地质条件、季节和气象。其中气象情况有很大的随机性，因此研究雷电流大多数采取大量观测记录，用统计的方法寻找出它的概率分布的方法。根据资料表明，各次雷击闪电电流大小和波形差别很大。尤其是不同种类放电差别更大。为此有必要作如下说明。
由典型的雷雨云电荷分布可知，雷雨云下部带负电，而上部带正电。根据云层带电极性来定义雷电流的极性时，云层带正电荷对地放电称为正闪电，而云层带负电荷对地放电称为负闪电。正闪电时正电荷由云到地，为正值，负闪电时负电荷由云到地，故为负值。云层对地是否发生闪电，取决于云体的电荷量及对地高度或者说云地间的电场强度。
云地间放电形成的先导是从云层内的电荷中心伸向地面。这叫做向下先导。其最大电场强度出现在云体的下边缘或地上高耸的物体顶端。雷电先导也可能是从接地体向云层推进的向上先导。因此，可以把闪分成四类，只沿着先导方向发生电荷中和的闪电叫无回击闪电。当发生先导放电之后还出现逆先导方向放电的现象，称为有回击闪电。
上面讲到一次雷击大多数分成3～4次放电，一般是第一次放电的电流最大，正闪电的电流比负闪电的电流大。这可以从图1.2典型的雷雨云中的电荷分布得到理解。
电流上升率数据对避雷保护问题极其重要，最大电流上升率出现在紧靠峰值电流之前。习惯上用电流波形起始时刻至幅值下降为半幅值的时间间隔来表征雷电流脉冲部分的波长。雷电流的大小与许多因素有关，各地区有很大区别，一般平原地区比山地雷电流大，正闪电比负闪电大，第一闪击比随后闪击大。
(2)闪电的电荷量
闪电电荷是指一次闪电中正电荷与负电荷中和的数量。这个数量直接反映一次闪电放出的能量，也就是一次闪电的破坏力。闪电电荷的多少是由雷云带电情况决定的，所以它又与地理条件和气象情况有关，也存在很大的随机性。从大量观测数据表明，一次闪电放电电荷Q可从零点几库仑到1000多库仑。然而在一次雷击中，在同一地区它们的数量分布符合概率的正态分布。第一次负闪击的放电量在10多库仑者居多。
一朵雷云是否会向大地发生闪击，由几个基本因素决定，其一是云层带电荷多少，其二是把云层与大地之间形成的电容模拟为平板电容时，它对大地的电容是多少。当然这个模拟电容两极之间的电压就是由电容和带电量决定的。当这个模拟电容内的电位梯度du/dl达到闪击值时就会发生闪击。当闪击一旦发生，云地之间即发生急剧的电荷中和。
雷电之所以破坏性很强，主要是因为它把雷云蕴藏的能量在短短的几十μｓ放出来，从瞬间功率来讲，它是巨大的。但据有关资料计算，每次闪击发出的能量只相当燃烧几千克石油所放出的能量而已。
(3)雷电波的频谱分析
雷电波频谱是研究避雷的重要依据。从雷电波频谱结构可以获悉雷电波电压、电流的能量在各频段的分布，根据这些数据可以估算通信系统频带范围内雷电冲击的幅度和能量大小，进而确定避雷措施；在电力系统中，了解雷电波频谱分析在避雷工程中，也可以根据其
分析结果，用最小的投资，达到足够安全的效果。虽然各种雷电波总体的轮廓相似，但是每一次雷电闪击的电流（电压）波形仍然存在很大的随机性。
雷云向大地或雷云之间剧烈放电的现象称为闪击（这里以讨论前者为主），带负电荷的雷云向大地放电为负闪击，带正电荷的雷云向大地放电为正闪击，雷云对大地放电多为负闪击，其电流峰值以20~50KA居多。正闪击比负闪击猛烈，其电流幅值往往在100KA以上，我国黑龙江省近年曾发生过300KA正电荷闪击记录（通常200KA以上属少见）。
雷电活动及雷击的选择性
(1)雷电活动及雷电活动日
雷电活动从季节来讲以夏季最活跃，冬季最少，从地区分布来讲是赤道附近最活跃，随纬度升高而减少，极地最少。评价某一地区雷电活动的强弱，通常用两种方法。其中一种是习惯使用的“雷电日”，即以一年当中该地区有多少天发生耳朵能听到雷鸣来表示该地区的雷电活动强弱，雷电日的天数越多，表示该地区雷电活动越强，反之则越弱。我国平均雷电日的分布，大致可以划分为四个区域，西北地区一般15日以下；长江以北大部分地区（包括东北）平均雷电日在15?0日之间；长江以南地区平均雷电日达40日以上；北纬23°以南地区平均雷电日达80日。广东的雷州半岛地区及海南省，是我国雷电活动最剧烈的地区，年平均雷电日高达120--130日。
总的来说，我国是雷电活动很强的国家。因为人们耳朵能听到的雷声，一般距离只能在15km左右，更远的雷声一般就听不到了，所以雷电日只能反映局部地区雷电活动情况。还有一些科学家认为用雷电日表征一个地区雷电活动不够准确，因为一天当中听到一次雷声就算一个雷电日，而一次当中听到1000次雷声也算一个雷电日，并且认为测试地区以1000k ㎡范围内发生的闪击次数来统计，这样就得出一种新的评价雷电活动的方法，叫雷闪频数。也就是说雷闪频数是1000k㎡内一年共发生的闪击数（也可以用每1k㎡一年内雷击次数为单位）。显然以1000k㎡作为一个地区单位来评价雷电活动的情况，对航空、航海、气象、通信等现代技术更为适合。然而它的测试方法只能借助于无线电，用耳朵来听是无能为力的。而对于建筑行业防雷，用雷电日单位己足够准确，并且大量观测统计资料表明，一个地区的雷闪频数与雷电话动日成线性关系，所以两种统计方法是没有矛盾的。
(2)雷击的选择
年平均雷电日这一数字只能给人们提供概略的情况。事实上，即使在同一地区内，雷电活动也有所不同，有些局部地区，雷击要比邻近地区多得多。如广州的沙河，北京的十三陵等地。我们称这些地方为该地区的“雷击区”。雷击区与地质结构有关。苏联H﹒C﹒斯捷柯里尼科夫（CTehojhkob）曾用模拟试验的研究方法证明，如果地面土壤电阻率的分布不均匀，则在电阻率特别小的地区，雷击的几率较大。这就是在同一区域内雷击分布还是不均匀的原因。这种现象我们称之为“雷击选择性”。试验结果证明，雷击位置经常在土壤电阻率较小的土壤上，而电阻率较大的多岩石土壤被击中的机会很小。这是因为在雷电先驱放电阶段中，地中的电导电流主要是沿着电阻率较小的路径流通，使地面电阻率较小的区域被感应而积累了大量与雷云相反的异性电荷，雷电自然就朝这些地区发展。根据H。那林达（Norinder）,O.沙卡(Salka)和上面提到的H.C.斯捷柯尼科夫的试验结果和实际调查资料证明：
土壤电阻率较大的山区和平原，雷电选择性都比较明显；雷击经常发生在有金属矿床的地区、河岸、地下水出口处、山坡与稻田接壤的地上和具有不同电阻率土壤的交界地段。
在湖沼、低洼地区和地下水位高的地方也容易遭受雷击。此外地面上的设施情况，也是影响雷击选择性的重要因素。当放电通道发展到离地面不远的空中时，电场受地面物体影响而发生畸变。如果地面上有一座较高的尖顶建筑物，例如一座很高的铁塔，由于这些建筑物的尖顶具有较大的电场强度，雷电先驱自然会被吸引向这些建筑物，这就是高耸突出的建筑物容易遭受雷击的缘故。在旷野，即使建筑物并不高，但是由于它是比较孤立、突出，因此也比较容易遭受雷击。调查结果表明，在田野里供休息的凉亭、草棚、水车棚等遭受雷击的事故是很多的。从烟囱冒出的热气柱和烟囱常含有大量导电微粒和游离分子气团，它们比一般空气易于导电，这就等于加高了烟囱的高度，这也是烟囱易于遭受雷击的原因之一。因此，在一支较高的烟囱附近，如果有一支较低的烟囱，在高烟囱不冒烟而低烟囱冒烟的情况下，雷电往往直接击在低烟囱上。所以在高低两条烟囱并排时，即使低烟囱在高烟囱雷电保护范围之内，但仍然要求两条烟囱都要装避雷装置。建筑的结构、内部设备情况和状态，对雷击选择性都有很大关系。金属结构的建筑物、内部有大型金属体的厂房，或者内部经常潮湿的房屋，如牲畜棚等，由于具有很好的导电性，都比较容易遭受雷击。
上面所谈到的这些雷电选择性，仅仅是一些常见的例子，很不全面，但它已经给我们提供了雷击选择性的资料，因而对防雷工作有重要的意义。据此我们可以决定哪些地区、哪些建筑物应该加避雷装置，而另一些地区、建筑物在防雷投资上可以少花一些或甚至不必花费投资。
在同一区域内雷击分布不均匀的现象，我们称之为“雷击选择性”。雷灾事故的历史资料统计和实验研究证明，雷击的地点以及遭受雷击的部位是有一定规律的，因此掌握这些规律对预防雷击有很重要的意义。同一区域容易遭受雷击的地点和部位有：
土壤电阻率较小的地方，如有金属矿床的地区、河岸、地下水出口处、湖沼、低洼地区和地下水位高的地方；
山坡与稻田接壤处；
具有不同电阻率土壤的交界地段。
易遭受雷击的建（构）筑物：
高耸突出的建筑物，如水塔、电视塔、高楼等；
排出导电尘埃、废气热气柱的厂房、管道等；
内部有大量金属设备的厂房；
地下水位高或有金属矿床等地区的建（构）筑物；
孤立、突出在旷野的建（构）筑物。
同一建（构）筑物易遭受雷击的部位：
平屋面和坡度≤1/10的屋面，檐角、女儿墙和屋檐；
坡屋度＞1/10且＜1/2的屋面；屋角、屋脊、檐角和屋檐；
坡度＞1/2的屋面、屋角、屋脊和檐角；
建（构）筑物屋面突出部位，如烟囱、管道、广告牌等。
雷电的破坏作用
当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现特点与以往有极大的不同，可以概括为：（1）受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天、航空、国防邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等；
（2）从二维空间入侵变为三维空间入侵。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落，无空不入地造成灾害，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲（LEMP）。前面是指雷电的受灾行业面扩大了，这儿指雷电灾害的空间范围扩大了。例如二000年七月二十五日14点40分左右，一次闪电造成漕宝路桂
菁路附近二家单位同时受到雷灾，而不是以往的一次闪电只是一个建筑物受损。
（3）雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如一九九九年八月二十七日凌晨2点，某寻呼台遭受雷击，导致该台中断寻呼数小时，其直接损失是有限的，但间接损失将大大超过直接损失。
（4）产生上述特点的根本原因，也就是关键性的特点是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏，这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的作用，造成微电子设备的失控或者损坏如下图：
为此，当今时代的防雷工作的重要性、迫切性、复杂性大大增加了，雷电的防御已从直击雷防护到系统防护，我们必须站到历史时代的新高度来认识和研究现代防雷技术，提高人类对雷灾防御的综合能力。
淮安地区闪电活动时空分布特征分析- 关键词闪电定位；闪电密度；闪电强度；江苏淮安 Key words lightning location；lightning density；lightning intensity；Huaian Jiangsu 雷电（也称为“闪电”）是发生于大气中的一种长距离、大电流、强电磁辐射瞬时放电事件。自然界的这种强大的放电现象不仅可造成人畜伤亡，引起森林火灾、电力和通信中断等重要灾害，而且还严重干扰电子设备的正常运行。因此，对闪电活动规律的研究不仅是雷电科学发展的需要，同时也是对雷电灾害进行科学防护的需要。 闪电产生于中尺度对流天气系统，具有显著的局地和时效特征，其闪电活动空间分布特征与当地气候条件、天气系统、地形、下垫面等多种因素有关。淮安地区处于江苏省北部，地势低平，属于暖温带-亚热带、湿润-半湿润季风气候，是冷暖气流频繁交汇地带[10]。随着全球变暖，淮安地区高层建筑以及易燃场所不断增加，导致了雷电事故发生更加频繁。因此，研究淮安地区闪电活动规律对雷电灾害风险评估以及制定防雷减灾对策具有现实意义。 1 材料与方法 2 结果与分析 2.1 地闪频次分布特征 2.2 地闪时间分布特征 2.3 地闪空间分布特征 闪电密度表示该区域年平均闪电的总次数与该区域面积之比。该文首先求出淮安地区年平均闪电密度，然后运用surfer软
件进行绘图处理。 雷电流幅值概率是国内外对雷电防护研究中所必须考虑的重要参数之一，在雷电绕击、反击计算中具有重要的作用[13]。 根据IEEE工作组以及CIGER分别提出的雷电流幅值累积概率表达式，综合两者特点，归纳出雷电流幅值累积概率计算公式[14]： Pc=1/[1+（I/a）b] 其中，Pc为雷电流幅值大于某一个值的累积概率；I为雷电流幅值（kA）；a为中值电流，表示雷电流幅值累积概率大于a 的概率为50%；b为拟合指数。 根据雷电流幅值累积概率计算公式，对淮安地区闪电强度累积概率进行拟合，拟合方程为： Pc=1/[1+（I/31）3.3] 可以看出，拟合曲线与实际监测值基本一致，说明了拟合效果较好。因此，以后在对淮安地区进行雷电灾害风险评估工作时，可以根据上述闪电强度累积概率拟合方程，进行易损性区划等防雷工作研究。 3 结论 （4）淮安地区闪电强度大于32 kA的概率小于50%，拟合出大于某雷电流幅值时的累积概率表达式为：Pc=1/[+（I/31）33]。
雷击闪电的特性 作者：TIMES 转贴自：防雷技术论坛 雷击闪电的特性 (1)雷电流的特性 雷电破坏作用与峰值电流及其波形有最密切的关系。雷击的发生、雷电流大小与许多因数有关，其中主要的有地理位置、地质条件、季节和气象。其中气象情况有很大的随机性，因此研究雷电流大多数采取大量观测记录，用统计的方法寻找出它的概率分布的方法。根据资料表明，各次雷击闪电电流大小和波形差别很大。尤其是不同种类放电差别更大。为此有必要作如下说明。 由典型的雷雨云电荷分布可知，雷雨云下部带负电，而上部带正电。根据云层带电极性来定义雷电流的极性时，云层带正电荷对地放电称为正闪电，而云层带负电荷对地放电称为负闪电。正闪电时正电荷由云到地，为正值，负闪电时负电荷由云到地，故为负值。云层对地是否发生闪电，取决于云体的电荷量及对地高度或者说云地间的电场强度。 云地间放电形成的先导是从云层内的电荷中心伸向地面。这叫做向下先导。其最大电场强度出现在云体的下边缘或地上高耸的物体顶端。雷电先导也可能是从接地体向云层推进的向上先导。因此，可以把闪分成四类，只沿着先导方向发生电荷中和的闪电叫无回击闪电。当发生先导放电之后还出现逆先导方向放电的现象，称为有回击闪电。 上面讲到一次雷击大多数分成3～4次放电，一般是第一次放电的电流最大，正闪电的电流比负闪电的电流大。这可以从图1.2典型的雷雨云中的电荷分布得到理解。 电流上升率数据对避雷保护问题极其重要，最大电流上升率出现在紧靠峰值电流之前。习惯上用电流波形起始时刻至幅值下降为半幅值的时间间隔来表征雷电流脉冲部分的波长。雷电流的大小与许多因素有关，各地区有很大区别，一般平原地区比山地雷电流大，正闪电比负闪电大，第一闪击比随后闪击大。 (2)闪电的电荷量 闪电电荷是指一次闪电中正电荷与负电荷中和的数量。这个数量直接反映一次闪电放出的能量，也就是一次闪电的破坏力。闪电电荷的多少是由雷云带电情况决定的，所以它又与地理条件和气象情况有关，也存在很大的随机性。从大量观测数据表明，一次闪电放电电荷Q可从零点几库仑到1000多库仑。然而在一次雷击中，在同一地区它们的数量分布符合概率的正态分布。第一次负闪击的放电量在10多库仑者居多。 一朵雷云是否会向大地发生闪击，由几个基本因素决定，其一是云层带电荷多少，其二是把云层与大地之间形成的电容模拟为平板电容时，它对大地的电容是多少。当然这个模拟电容两极之间的电压就是由电容和带电量决定的。当这个模拟电容内的电位梯度du/dl达到闪击值时就会发生闪击。当闪击一旦发生，云地之间即发生急剧的电荷中和。 雷电之所以破坏性很强，主要是因为它把雷云蕴藏的能量在短短的几十μｓ放出来，从瞬间功率来讲，它是巨大的。但据有关资料计算，每次闪击发出的能量只相当燃烧几千克石油所放出的能量而已。 (3)雷电波的频谱分析 雷电波频谱是研究避雷的重要依据。从雷电波频谱结构可以获悉雷电波电压、电流的能量在各频段的分布，根据这些数据可以估算通信系统频带范围内雷电冲击的幅度和能量大小，进而确定避雷措施；在电力系统中，了解雷电波频谱分析在避雷工程中，也可以根据其
中国科学D辑:地球科学 2007年第37卷第1期: 123~132 https://www.doczj.com/doc/a81297661.html, 收稿日期: 2006-01-09; 接受日期: 2006-08-04 国家杰出青年科学基金项目(批准号: 40325013)和国家自然科学基金项目(批准号: 40505001, 40135010)资助《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS 雹暴的闪电活动特征与降水结构研究 冯桂力①②*郄秀书①③袁铁①牛淑贞④ (①中国科学院寒区旱区环境与工程研究所, 兰州730000; ②山东省气象科学研究所, 济南 250031; ③中国科学院大气 物理研究所, 北京 100029; ④河南省气象台, 郑州 450003) 摘要利用地面雷电探测网获取的地闪资料分析了10次雹暴过程的闪电分布和演变特征, 并结合地面多普勒雷达和TRMM卫星的闪电成像仪(LIS)、测雨雷达(PR)、微波成像仪(TMI)分析了雹暴的降水结构及其与闪电活动的关系. 研究结果表明: 降雹天气过程的正地闪比例较高, 平均值为45.5%; 在雹云快速发展阶段, 地闪频数存在明显的“跃增”; 在整个降雹阶段正地闪活动非常活跃, 在正地闪频数增加的过程中通常伴有负地闪频数的下降; 在雹暴的减弱消散阶段, 地闪频数显著减少. 两次典型雹暴的闪电活动非常活跃, 总闪电频数分别为183次/min和55次/min; 其降水结构特征是, 大于30 dBZ的强回波单体多集中于系统的前缘, 系统后部伴有稳定性的层状云降水区, 回波顶高均超过14 km; 其对流降水的贡献率分别为85%和97%. 对6 km高度处的雷达回波与总闪电关系的研究表明, 总闪电主要出现在强回波区(>30 dBZ)及其周围. 对流降水区发生闪电的几率约是层云降水区的20倍以上, 可以利用闪电与对流降水的相关性来有效地识别对流降水区. 初步结果还表明闪电频数和冰水含量之间呈线性关系, 即冰水含量越高, 相应的闪电活动也越频繁. 关键词闪电正地闪雹暴对流降水冰水含量 冰雹云中既存在强盛的上升气流, 又有冰相粒子参与的复杂的微物理过程, 因此冰雹云中的起电过程非常剧烈, 放电现象也非常活跃. 近几年来, 大量的观测发现在冰雹、龙卷等强风暴中时常出现较高的正地闪比例[1~3]. Reap和MacGorman[4]通过对美国大平原区域的暖季雷暴的气候研究发现, 风暴产生强天气的可能性随着正地闪密度的增大而快速增大. MacGorman和Burgess[5], Stolzenburg[6]研究表明强天气通常发生在风暴中正地闪占优势的阶段. Seity等[7]利用多参数雷达观测的降水粒子分布结构, 分析发现闪电频数、上升气流和雹/霰回波体积之间存有很好的相关性, 云闪频数似乎是霰粒分布区垂直拓展的一个很好的指示因子, 即风暴强度的指示因子. 而且正地闪的发生与冰雹的产生和降落密切相关, 闪电均发生在含有冰相粒子的区域. Lopez和Aubagnac[8]对一个具有超级单体结构的雹暴进行研究发现, 冻结层以上霰粒的增长与总地闪数量的增多和减少有关, 这次雷暴曾出现的3到4次短时间地闪增加就是由霰粒区域下面的小冰雹的下落所造成的. 然而Carey和Rutledge[9]研究发现一些非常强的风暴并没有产生大量的正地闪, Qie等[10]对中国内陆高原地区雷暴的地闪特征进行研究也发现, 弱雷暴过程通常存在较高的正地闪发生比例. 另外, 有些学者对强风暴的地闪活动特征进行分析发现, 一些强风暴产生非常低的地闪频数[11,12], 而并非通常认为的对流越强, 雷暴云中的地闪活动也越强, 可见雹暴中
大气不稳定度参数与闪电活动的相关性
大气不稳定度参数与闪电活动的相关性 1. 700-400 hPa平均相对湿度 可以看出，无闪电活动和有闪电活动的700400 h Pa中层湿度值的范围均较大。无闪电活动的平均湿度为47.97 % , 80%的无闪电活动分布在湿度为20%-85%之间，湿度位于90%以下的约占95%;对应的有闪电活动的平均湿度为57.53 % , 80%分布在湿度为33%-83%之间，约95%分布在湿度值为30%以上。可以看到，700-400 hPa的平均相对湿度值与闪电活动的相关性比较差。但是，在湿度Uw < 30%以下，无闪电活动的几率明显较高，有28 .10%的无闪电活动和5 .9%的有闪电活动出现在这个范围，预报无闪电发生的几率为 81.13%。 2.潜在-对流性稳定度指数 潜在-对流性稳定度指数的表达式为: I LC =I L +I C =(T v500 ’- T v0 )+(T v500 -T v850 )，
其中I L = T v500’ - T v0，是潜在性稳定度指数; I C = T v500-T v850，是对流性稳定度指数。T v500’表示500 hPa 饱和湿静力温度，T v0表示地面湿静力温度，T v500为500 hPa 湿静力温度，T v850为850 hPa 湿静力温度。其中，湿静力温度的公式为 q c L Z c g T T p p v ++ = 式中T v ,T 可以同时采用绝对温标，也可以同时采用摄氏温标。 假定空气饱和的湿静力温度称为饱和湿静力温度，即把右端第三项的比湿改为饱和比湿: s p p v q c L Z c g T T ++= v T 饱和湿静力温度纯属假设出的一个湿特征量，不能用任何的物理过程达到。它表示了在某一层下，气块湿静力能量储存的限度，饱和湿静力温度 的这一性质，在对流天气分析预报中非常有用。 潜在性稳定度考虑的是一小块空气上升，其周围空气没有变化的情况，对流性稳定度是考虑整层空气抬升得到的，从实际情况出发，常常把两者结合起来，也称作位势稳定度指数。 潜在一对流性稳定度指数的稳定性判据为 I LC <0不稳定; I LC =0中性; I LC >0稳定. 图3和表2是潜在一对流性稳定度指数的统计分析结果。可以看出，无闪电活动I LC 的平均值为6.70，其中有69.93%处于I LC > 0的稳定状态中，近90%集中在I I LC >-10的范围，约95%集中在I LC >-12的范围，而整个无闪电活动的大
冰雹云闪电活动特征及应用分析 摘要：本文通过收集国内外冰雹云频繁活动地区的闪电定位系统探测得到的数 据结果，综述冰雹云活动期间闪电频次与对流强度的关系、正负地闪频率特征、 云闪在冰雹云降雹时段的比例特点，体现正闪/总地闪比例随云闪/总闪比例的变 化特征并分析二者关系。详细分析降雹时次正负地闪频率变化，总结冰雹云电荷 结构，初步探索冰雹云闪电特征成因和对降雹量影响，结合人工防雹模型推广运用，提高雹灾临近预报能力及人工防雹水平，减少损失。 关键词：冰雹云；云闪；地闪；正地闪；电荷结构；人工防雹 引言 闪电定位系统作为一种成本和维护费用较低的大气监测仪系统，探测范围广，可以无人值守不间断工作，实现西北大范围对流云的监测，如果能从闪电特征及 早识别和预警冰雹、暴雨、龙卷等发生及演变趋势，应用雷达进一步识别和指挥 人工影响天气作业，将有效提高作业效率和效益，也为认识和分析强对流天气电 学机制提供观测事实，研究强云的荷电结构和对流天气演变中闪电特征及其与气 象条件的关系，最后达到降低冰雹灾害目的，因此具有重要意义。 1冰雹云闪电总数、地闪数目规律 1.1华北雹暴闪电活动规律 统计石家庄强雷雨云和暴雨云闪电特征可知，雷雨日每小时正地闪平均比率 为23.5%，雷雨日总闪平均次数显著偏少，相应云闪比率下降较多，云闪平均次 数占总闪平均次数的13.68%。对正闪比例云闪比例做拟合，发现弱对流天气点相 对离散，没有特别规律。石家庄暴雨日每小时正地闪平均比率为14.3%，比冰雹 日明显偏少。暴雨日总闪平均次数与冰雹日相差不大，云闪平均次数占总闪平均 次数的23.09%，也比冰雹日偏少。六次闪电拟合发现，随着云闪次数上升，正闪 比例会先上升再下降。 1.2西北雹暴闪电活动规律 西北内陆地区冰雹云发源于山区，有较为固定移动路径，多受地形热力抬升 作用，一次冰雹过程在多个地方产生降雹，常伴有较强降水。西北地区正地闪最 高占总地闪数40%，最低为15%，平均为24.5%，偏高正地闪率体现了冰雹灾害 天气有别于弱对流天气电学特征，对流强度和正地闪比率有较好相关性。西北冰 雹云闪电活动中没有明显正闪比例随云闪比例增加而增加趋势，但是云闪比例增 加到一定程度时，正闪比例下降。 2雹暴天气闪电活动特点 2.1冰雹云发展过程 冰雹云生命演变史可划分为发生、跃增、孕育、降雹和消亡五个阶段。出生 阶段是从对流云初生到云体迅速发展阶段，云体不断生消，垂直发展缓慢，雷达 回波强度≤20dB；跃增阶段雷达回波顶高度增高，云体垂直发展迅速，云体内回 波强度和回波高度迅速增长；孕育阶段回波顶高度、强度不再迅速增长，但强回 波区扩大；降雹阶段是降雹开始到降雹终结，随着地面降雹，回波顶高、回波强 度迅速下降；消亡阶段是指降雹云分裂、瓦解和消散。 2.2冰雹云闪电频数特点 2005年5月31日北京门头沟区出现自西向东并穿过北京城区的雷暴过程， 大部分地区出现雷阵雨，14时25分左右地面观测到较强降雹，直径2-3厘米， 持续约10-15分钟。该雷暴为一单体，影响范围相对较小，但移动较快。使用
冰雹云的闪电活动特征的研究 通过2012年山东地区的11个降雹日的地闪资料分析了冰雹云的地闪活动的时空分布特征，结果表明：闪电频数一般在降雹结束前有“跃增”现象；降雹区域与地闪密度中心并不重合，但与正闪的活动中心有很好的对应，若24小时总地闪电数大于800次时，其负闪总数与总闪电数的比值大于90%；但在降雹期间正闪活跃，降雹前20min内开始有正闪活动，且正闪频数峰值在这段时间内达到；由此反映的正地闪活动的时空分布的特征规律，可用来预警冰雹。
第一章引言、资料来源与处理 1.1引言 冰雹是一种严重的自然灾害，是由强对流天气系统引起的一种局地性强、季节性明显、具有突发性和阵性特征的气象灾害。一次范围较大、强度较强的降雹，往往伴随着各种阵发性极端灾害性天气过程，如狂风、暴雨、急剧降温等等[1]，对人民的生活、安全造成极大的影响。而人们对产生冰雹的物理机制还没有充分的认识，这也直接关系到人工防雹工作的实施。20世纪60年代中期, 苏联宣称防雹能减少雹灾损失70%-80%，而提出的著名的冰雹形成的“累积带”理论也并不普遍适用[2]。 在产生冰雹的冰雹云的发展演变过程中, 常伴随有大量地闪的发生。冰雹云中既存在强盛的上升气流, 又有冰相粒子参与的复杂的微物理过程, 因此冰雹云中的起电过程非常剧烈, 放电现象也非常活跃[3]。70年代我国在防雹作业中曾广泛利用闪电计数仪作为监测冰雹发生与否的工具, 并总结出每5分钟多于100次 即有80%的降雹概率[4]。雷电作为强对流天气过程的“指示器”, 已被用于识别发展中的对流云[5]。因此研究冰雹云的闪电特征对冰雹天气过程的预警有重要的意义，而采用测量闪电的声、光、电特性的测雹仪对冰雹等强雷暴天气的进行预警预报，更是冰雹监测的一种简便、经济实用方法[1]。 目前国内外关于冰雹云闪电特征的研究主要集中在冰雹云的正地闪特征，以及闪电频数变化。Reap 和MacGorman发现[6], 大冰雹出现的可能性随着正地闪频数的增加而增大。MacGorman [7]等通过对15 次大冰雹和龙卷过程的地闪分析发现, 其中4 个风暴整个生命史中正地闪占多数, 另外11个风暴在成熟阶段正地闪占多数。同时，研究发现地闪与风暴单体降水的相关较高。冯桂力等[5]的研究表明正地闪居多的风暴多数属于弱降水的经典超级单体, 而负地闪居多的风暴则多数为强降水的超级单体; 大冰雹出现在正地闪频繁的时候, 一旦转为负地闪, 降雹的大小和频率都将减小;并发现冰雹云的云闪与地闪的比值远高于一般的雷雨过程, 其云闪密度也远高于雷雨过程。周筠珺等[8]观测发现地闪频数在降雹前30 min 陡然上升。因此，可以通过观测闪电频数来监测对流天气的变化。陈哲彰[9]的研究也反映了上述结论，分析了20 个冰雹大风实例发现地闪开始发生时间与雷雨同步比冰雹平均提前25 min 左右。冯桂力等[3]利用地面雷电探测网获取的地闪资料分析了10 次强雹暴的闪电分布和演变特征, 得到了如下研究结果：降雹天气过程的正地闪比例较高, 在雹云快速发展阶段, 地闪频数存在明显的“跃增”，且具有很高的云闪/地闪比例；根据地面降雹和对应的地闪资料进行