闪电云内起始过程的发展传输及辐射特征研究

This project will apply short-baseline two-dimensional very-high frequency (VHF) Lightning Mapping Interferometers (LMI), combining with a long-baseline three-dimensional(3D) lightning location network to realize 3D location of lightning initiation inside the cloud. Simultaneous observations of electric field changes and low-frequency (LF) magnetic field and VHF measurements will be carried out. The progression characteristics and the temporal and spatial evolution for the initiation of different types of lightning during different stages of thunderstorms in North China will be studied. The characteristics and mechanisms of emission of the positive/negative fast breakdown, initial E-change and initial breakdown pulses, and correlation of these three types of discharge processes will be clarified. Furthermore, impact factors and their mechanism on lightning initiation will be revealed. The prospective results will be conducive to the scientific contribution on the understanding of progression and mechanism of the lightning initiation, and will provide a useful guideline on the lightning forecast.

本项目拟利用高分辨率闪电VHF干涉仪二维图示系统(LMI)，结合自主研发的长基线闪电辐射源三维定位网络，针对闪电起始放电过程开展长、短基线结合的闪电辐射源三维定位，以及包括快慢电场变化、低频磁场和甚高频电磁场的综合探测，研究华北地区雷暴不同阶段、不同类型闪电云内起始过程的发展传输特征和时空演变规律，明确正负极性快速击穿、初始电场慢变化以及初始击穿脉冲的辐射特征、辐射机制及相互联系，揭示闪电云内起始过程的影响因素和影响机理。预期结果不仅对深入认识闪电起始过程的发生发展规律及物理机制具有重要的科学意义，也将为雷电灾害的预警预报提供参考。

闪电起始于击穿空气的先导放电，先导起始和发展传输特征研究，对深入认识闪电发生发展规律具有重要的科 学意义，也是科学开展雷电灾害预警预报的必要基础。本项目研发到达时间差（Time difference of arrival，TDOA）技术和电磁 时间反转（Electromagnetic time reversal，EMTR）技术相结合的闪电甚高频干涉仪定位混合算法（TDOA-EMTR）。发展和完善甚高频-低频频段的高分辨率闪电三维定位技术，实现对闪电通道和放电过程可分辨的高精度动态定位成像；依托中国科学院大气物理研究所在山东滨州沾化建立的实验基地，开展人工引雷实验和自然闪电观测，获得了闪电通道底部放电电流、高速光学、电磁场及具有微秒量级时间分辨率的闪电先导射频成像等综合同步探测资料；研究揭示云内不同电荷分布对闪电起始和发展过程的影响，相反极性电荷区的水平配置可导致双极性闪电，正先导分支截断之后反冲过程激发的负极性先导主导了先导极性的反转；阐明了正、负先导头部流光区的相似和差异，发现了正先导间歇性梯级发展传输主要与头部电晕刷发展有关，而负先导与空间茎结构有关。已发表论文9篇，获授权专利1项。项目获得宝贵的高分辨闪电三维动态定位和高速摄像等资料。研究结果不仅对深入认识闪电发展规律和物理机制具有重要的科学意义，也对提升闪电监测预警能力具有重要的实际应用价值。