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电瓷避雷器 2022年第2期 46-52页

作者：黎奇郭凤霞王文博夏欣刘泽甘明骏张坤蔡彬彬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南京210044

本研究利用ADTD提供的2016~2018年全国陆地范围的地闪资料,对西北内陆高原的西藏那曲、青海大通、甘肃兰州和甘肃平凉这4个地区地闪数量和峰值电流参数的时间变化特征进行了分析。结果表明:总地闪数量日变化呈单峰值分布,主要发生于15:0... 详细信息

本研究利用ADTD提供的2016~2018年全国陆地范围的地闪资料,对西北内陆高原的西藏那曲、青海大通、甘肃兰州和甘肃平凉这4个地区地闪数量和峰值电流参数的时间变化特征进行了分析。结果表明:总地闪数量日变化呈单峰值分布,主要发生于15:00-19:00。发生月份主要在6月-9月,11月-次年2月很少。负地闪的变化规律与总地闪的变化规律基本一致,这是因为地闪以负地闪为主。4个地区的负地闪和总地闪达到峰值和谷值的时间基本一致,而4个地区的正地闪达到峰值和谷值的时间有些差异。此外,4个地区的正地闪峰值电流变化范围为45 kA~90 kA,负地闪的为10 kA~50 kA,且正、负地闪峰值范围均大于全国陆地区域的。具有差异的是甘肃平凉地区正地闪峰值电流达到最大值为68 kA,青海大通地区达到最小值为34.8 kA;西藏那曲地区负地闪峰值电流达到最大值为43.7 kA,甘肃平凉地区达到最小值为32.6 kA。

关键词：西北内陆高原闪电活动地闪峰值电流

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乌鲁木齐地区山体地形对地闪回击定位精度的影响

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电瓷避雷器 2022年第3期 42-48页

作者：杨敢陈佳雯戴炳哲姚年鹏蒋尧张其林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南京210044

利用二维时域有限差分算法(FDTD),构建了真实地形下的雷电电磁波传播模型,研究了乌鲁木齐周边区域山地地形对雷电电磁波传播的影响,然后提出了一种修正闪电定位误差的方法即不同步长的地形包络法。模拟结果表明:1)山地地形会明显改变切... 详细信息

利用二维时域有限差分算法(FDTD),构建了真实地形下的雷电电磁波传播模型,研究了乌鲁木齐周边区域山地地形对雷电电磁波传播的影响,然后提出了一种修正闪电定位误差的方法即不同步长的地形包络法。模拟结果表明:1)山地地形会明显改变切向磁场的波形峰值大小和上升沿时间,给闪电定位带来误差,波形峰值变化最大的增加了57%,上升沿时间增加范围在1~5μs,相比平地最大定位误差增加了3 800 m。2)步长为10 km的地形包络法修正效果最好,最大修正了510 m的定位误差。

关键词：雷电电磁场时域有限差分山地地形闪电定位地形包络法

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闪电连续电流的光谱分析及通道温度特性研究

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光谱学与光谱分析 2022年第7期42卷 2069-2075页

作者：王雪娟许伟群化乐彦王海通吕伟涛杨静袁萍张其林张袁瞰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江苏南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国科学院中层大气和全球环境探测重点实验室北京100029 西北师范大学物理与电子工程学院甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室甘肃兰州730070

连续电流是闪电放电过程中的一个重要子物理过程,它是指雷暴云局部电荷中心在回击之后沿原通道对地的持续放电过程。在连续电流阶段,原本发光微弱的通道其亮度有时会突然增强,这种现象被称为叠加了M分量,自20世纪连续电流被发现以来,国... 详细信息

连续电流是闪电放电过程中的一个重要子物理过程,它是指雷暴云局部电荷中心在回击之后沿原通道对地的持续放电过程。在连续电流阶段,原本发光微弱的通道其亮度有时会突然增强,这种现象被称为叠加了M分量,自20世纪连续电流被发现以来,国内外学者进行了许多观测研究。目前主要是利用电磁学和光学的观测手段揭示其放电和发光的宏观特征,利用光谱观测对其通道内部微观的发光信息和物理特性等的研究还很缺乏。如关于连续电流阶段放电通道内的温度特性参数目前鲜有报道,而温度是研究闪电连续电流放电通道物理特性所必需的基本参量,也是预防连续电流引起的雷电灾害事故所关心的参数。依据由无狭缝高速光谱仪观测的一次云对地闪电首次回击后叠加三个M分量的连续电流过程的光谱资料,分析了整个放电过程中光谱的演化特征,计算了连续电流放电过程电流核心通道和外围电晕通道的温度,研究了两者随通道高度的变化特性。结果表明,在初始回击阶段,通道的光辐射主要是激发能较高的一次电离的氮离子辐射,在之后连续电流阶段,通道的光辐射则主要是激发能较低的中性氮、氧原子辐射。离子线辐射在回击初期时最强,氢Hα线和红外波段的中性原子线在M1时最强,连续谱在M2时最强。近红外波段的四条线OⅠ777.4,NⅠ746.8,821.6和868.3 nm在整个放电过程都可以被观测到。在连续电流阶段,电流核心通道温度为42060~43940 K,比相应回击核心通道温度高6020~7900 K;外围电晕通道温度为16170~20500 K;通道核心温度和电晕温度均随时间变化不大;通道核心温度随通道上升呈减小趋势,而外围电晕温度随通道上升呈增大趋势。

关键词：闪电连续电流光谱电流核心通道电晕通道温度

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地面电导率、地球曲率和电离层对远距离闪电定位的影响

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电瓷避雷器 2022年第2期 31-38页

作者：姚年鹏侯文豪张其林戴炳哲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南京210044

为了研究地面电导率、地球曲率和电离层对远距离(大于200 km)闪电定位的影响,通过新型近似算法和二维时域有限差分(two-dimensional finite-difference time-domain, 2D-FDTD)算法进行数值模拟,分析雷电电磁场的远距离传播特征,并采用... 详细信息

为了研究地面电导率、地球曲率和电离层对远距离(大于200 km)闪电定位的影响,通过新型近似算法和二维时域有限差分(two-dimensional finite-difference time-domain, 2D-FDTD)算法进行数值模拟,分析雷电电磁场的远距离传播特征,并采用“时差法”(time-of-arrival, TOA)进行远距离闪电定位。结果表明:1)雷电电磁场沿陆地表面传播时,受地面电导率、地球曲率影响,距离每增加100 km,峰值到达时间平均延后1.24μs,分别带来482 m和976 m的定位误差(小于0.5%);2)电离层会引入天波信号。观测距离大于700 km时,地波难以识别,会误把天波峰值时刻当作峰值到达时间,导致定位错误,甚至无法定位;3)识别地波后,定位误差仅为504 m。因此,在进行远距离闪电定位前,必须先进行地波识别,再利用地波进行定位。研究结论对提高远距离闪电定位精度有科学意义,对雷电预警具有实际的参考价值。

关键词：雷电电磁场传播效应算法模拟闪电定位

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洲际传输对我国对流层臭氧影响的数值模拟

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中国环境科学 2021年第2期41卷 537-547页

作者：吕鑫侯雪伟卢文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江苏南京210044 中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044

采用MOZART-4模式并引入在线源追踪方法量化分析北美和欧洲对我国对流层臭氧(O3)的贡献,整体来说模拟值能较好地与观测值对应.结果表明,北美和欧洲对流层对我国近地层O3贡献较低,夏季体积分数分别为0.3×10^(-9)和0.6×10^(-9)... 详细信息

采用MOZART-4模式并引入在线源追踪方法量化分析北美和欧洲对我国对流层臭氧(O3)的贡献,整体来说模拟值能较好地与观测值对应.结果表明,北美和欧洲对流层对我国近地层O3贡献较低,夏季体积分数分别为0.3×10^(-9)和0.6×10^(-9);冬季略高,均为0.9×10^(-9).北美对我国自由对流层O3贡献较高,不同季节体积分数峰值均超过3.8×10^(-9),而欧洲对我国自由对流层的贡献在夏季最高可达7.3×10^(-9).呈现以上特征的原因是虽然冬季弱光照条件不利于O3生成,但东亚的下沉气流能增加北美和欧洲对我国近地层O3的贡献;夏季北美和欧洲对流层内O3的生成量大幅增加,但地中海沿岸的下沉气流能减少北美和欧洲大陆西岸对中国O3的贡献而对欧洲整体影响较弱.此外中国地表的上升气流也会减少北美和欧洲对中国近地层O3的贡献.HYSPLIT模拟的输送路径表明冬季由于下沉气流的影响,北美近地层气团难以传输至我国,而自由对流层有13条轨迹到达我国;此时欧洲在东亚下沉气流作用下不同高度均有较多轨迹到达我国.夏季受地中海下沉气流影响北美没有到达中国的轨迹,欧洲到达我国的轨迹同样为一年中最少.

关键词：臭氧在线源追踪方法季节变化前向轨迹洲际传输

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高矮建筑物多上行先导连接过程的数值模拟

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应用气象学报 2022年第1期33卷 80-91页

作者：雷艺楠谭涌波余骏皓郑天雪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南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室北京100081

运用改进后的三维多先导模型,允许高矮建筑物上均可以始发上行先导,对多次地闪的连接过程进行模拟。结果表明:矮建筑物始发上行先导和被击中的概率较小,高建筑物对矮建筑物上行先导的始发具有较明确影响。建筑物间的高度差是影响上述连... 详细信息

运用改进后的三维多先导模型,允许高矮建筑物上均可以始发上行先导,对多次地闪的连接过程进行模拟。结果表明:矮建筑物始发上行先导和被击中的概率较小,高建筑物对矮建筑物上行先导的始发具有较明确影响。建筑物间的高度差是影响上述连接过程的主要因子,当建筑物间高度差较小时,高建筑物对矮建筑物的屏蔽效应不明显,下行先导通道的相对位置对矮建筑物是否优先始发上行先导存在影响;随着建筑物间高度差的增加,矮建筑物难以优先始发上行先导,只在下行先导通道明显偏向矮建筑物时,矮建筑物才可能始发上行先导,并有一定概率与下行先导连接形成回击;当建筑物间高度差超过某阈值后,矮建筑物既不会始发上行先导,更不会被击中。

关键词：数值模拟连接过程多上行先导建筑物间高度差

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长三角地区一次区域污染过程中细颗粒物的来源解析及其光学特性

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环境科学 2021年第2期42卷 556-563页

作者：夏丽朱彬王红磊康汉青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发实验室南京210044 南京信息工程大学大气与环境实验教学中心国家综合气象观测专项试验外场南京210044

为研究长三角地区细颗粒物污染的分布特征及其光学特性,选择在城市(苏州)、郊区(南京)和区域背景站(临安)同时进行PM_(2.5)采集并进行化学分析.这次污染过程中,苏州、南京和临安的PM_(2.5)平均浓度分别达到(169.8±56.5)、(169.9... 详细信息

为研究长三角地区细颗粒物污染的分布特征及其光学特性,选择在城市(苏州)、郊区(南京)和区域背景站(临安)同时进行PM_(2.5)采集并进行化学分析.这次污染过程中,苏州、南京和临安的PM_(2.5)平均浓度分别达到(169.8±56.5)、(169.9±51.2)和(154.0±54.9)μg·m^(-3).散度系数分析显示3个站点气象要素和PM_(2.5)化学成分的差异较小,PM_(2.5)污染呈现同步性和区域化特征.利用化学成分法估算的消光系数在苏州、南京和临安分别是(561±223)、(655±340)和(679±349) Mm^(-1),与能见度法估算的消光系数之间相关度较高(r为0.73~0.80).利用PMF模型解析PM_(2.5)的污染来源,二次硝酸(32%)和二次硫酸(25%)的占比最大,其次是生物质燃烧(16%)、不完全燃烧源(7%)、燃料燃烧(7%)、土壤地壳源(8%)和海洋源(5%).对PM_(2.5)消光系数的主要贡献源是二次生成的硝酸硫酸源、不完全燃烧和生物质燃烧源.与质量浓度的源贡献相比,二次硝酸硫酸源的占比降低了约4%,不完全燃烧源的贡献增加了5%,说明PM_(2.5)的各类源对其质量浓度和消光系数的贡献效率存在差别.

关键词：长三角细颗粒物气象要素消光系数来源解析

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地闪三维随机模型的改进及多上行先导的数值模拟研究

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气象学报 2022年第6期80卷 999-1008页

作者：林雨荷谭涌波余骏皓樊佳乐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/南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室北京100081

为了探讨地闪连接过程中多上行先导的起始与发展,考虑到光学观测事实及雷暴电场环境,本研究在已有多上行先导三维随机参数化方案的基础上,植入背景电场模块并改进上、下行先导模块。基于新模型开展大量敏感性试验,结果如下:(1)新模型模... 详细信息

为了探讨地闪连接过程中多上行先导的起始与发展,考虑到光学观测事实及雷暴电场环境,本研究在已有多上行先导三维随机参数化方案的基础上,植入背景电场模块并改进上、下行先导模块。基于新模型开展大量敏感性试验,结果如下:(1)新模型模拟的下行先导形态多样、分支数大幅度减少,能更好地再现多样的地闪连接过程。(2)在孤立建筑物情况下,上行先导长度、闪击距离以及触发多上行先导的次数与建筑物高度成正相关。(3)随着建筑物增高,同一次地闪中首个始发的上行先导与后续始发的上行先导间的起始时间差整体呈现上升趋势。初步研究表明:建筑物高度对触发多上行先导的影响显著。此外,受到建筑物高度及正、负先导发展情况的影响,低矮建筑物触发的多上行先导几乎同时起始,而高建筑物上允许首个始发的上行先导优先发展一定长度后再始发后续上行先导。

关键词：数值模拟多上行先导建筑物高度

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时间补偿法在电网雷击事故鉴定中的初步应用

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科学技术与工程 2022年第6期22卷 2201-2208页

作者：宋琳丁锋陈佳雯孟繁辉顾佳颖李杰青岛市气象灾害防御技术中心青岛266003 青岛市气象灾害防御工程技术研究中心青岛266003 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南京210044

以昆明地区的多山地形为例,利用二维时域有限差分算法(two-dimensional finite-difference time-domain,2D FDTD),模拟研究了该地区多山地形对雷电多站时差定位精度的影响,讨论了时间补偿法在云南昆明供电局厂普Ⅰ回线路出现的一次雷击... 详细信息

以昆明地区的多山地形为例,利用二维时域有限差分算法(two-dimensional finite-difference time-domain,2D FDTD),模拟研究了该地区多山地形对雷电多站时差定位精度的影响,讨论了时间补偿法在云南昆明供电局厂普Ⅰ回线路出现的一次雷击断路跳闸事故的初步应用。结果表明:从模拟结果看出,随着传播路径和地形高程的增加,相应的地闪回击电磁脉冲的到达时间明显延长,这种时间延长会造成地闪回击定位的偏差。从这次雷击跳闸事故中的应用效果看,当采用10%峰值法定位时,利用时间补偿法修订之前的定位偏差为113 m,修订之后的偏差为74 m;当采用逐峰法定位时,修订之前的偏差为212 m,修订之后122 m;当采用互相关算法时,修订之前的偏差为233 m,修订之后135 m。可以看出,当考虑时间补偿法后,定位结果都明显提高了。

关键词：时间补偿法雷电电磁场二维时域有限差分法山体地形时差定位

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中国东西部典型本底站黑碳气溶胶时空分布及来源分析

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海洋气象学报 2023年第3期43卷 20-31页

作者：古钰鑫朱彬钱朋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江苏南京210044 气象灾害教育部重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044

基于2007-2018年4个代表性大气本底站(临安、上甸子、龙凤山和瓦里关)的逐小时黑碳(black carbon,BC)观测数据和同期气象资料,开展中国东西部BC时空变化特征分析;利用黑碳仪模型和浓度权重轨迹(concentration weighted trajectory,CWT)... 详细信息

基于2007-2018年4个代表性大气本底站(临安、上甸子、龙凤山和瓦里关)的逐小时黑碳(black carbon,BC)观测数据和同期气象资料,开展中国东西部BC时空变化特征分析;利用黑碳仪模型和浓度权重轨迹(concentration weighted trajectory,CWT)分析法对比分析了各站点BC的来源类型和潜在源区。结果表明:(1)中国BC质量浓度分布呈现“东高西低”的特点,各站点BC多年平均质量浓度依次为临安站[(3553±2336)ng·m^(-3)]、上甸子站[(2045±1918)ng·m^(-3)]、龙凤山站[(1966±2104)ng·m^(-3)]、瓦里关站[(455±380)ng·m^(-3)]。(2)东西部4个典型本底站点BC质量浓度季节变化和日变化特征不同。东部站点为冬季最高、春秋季次之、夏季最低,而西部站点表现为春季最高、夏季次之、冬季再次之、秋季最低;东部站点BC质量浓度日变化以“双峰型”分布为主,西部瓦里关站呈“昼高夜低”的高山站特征。研究期内,各站BC呈逐年显著下降的趋势,体现了中国大气污染治理的成效。(3)BC主要来自液态燃料的燃烧(简记为“BC liquid”);受冬季采暖影响,夏季BC liquid大于冬季。(4)受亚洲季风影响,不同季节近地面风场对东西部站点BC质量浓度的影响不同,BC潜在来源也不同。东部站冬季潜在源区多在周边大城市群,高值区范围较大;夏季多来自各站偏南方向。西部瓦里关站夏季潜在源区为四川北部城市群,冬季为中国兰州附近和印度北部。

关键词：黑碳气溶胶东西部大气本底站来源解析时空演变

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