高建筑物上雷电物理过程的研究

在广州市针对发生在高建筑物上的雷电物理过程开展观测与研究，实现对下行闪电和上行闪电事件的光、电、磁自动同步观测，重点获取下行闪电连接过程的高时空分辨率观测资料。由双站光学观测重建闪电主通道的三维空间分布，分析下行闪电的下行梯级先导和上行连接先导以及上行闪电的上行先导的主分支的三维发展方向、速度特征和亮度变化特征。发展和完善下行闪电连接过程的物理模型，建立雷击建筑物连接过程的三维数值模式，分析高建筑物对下行先导发展的影响、下行先导和上行连接先导之间的相互作用以及影响上行连接先导发展的各种因素等。综合分析多参量同步观测资料，结合闪电定位和多普勒雷达资料，探讨高建筑物上产生不同类型上行闪电现象的物理机制。通过本项目的观测和研究，不仅能够得到不同类型闪电先导的特征参量，深化我们对雷电物理过程、特别是连接过程的认识，还能够为雷电防护设计和技术的发展提供科学基础。

高建筑物上相对较高的雷电发生率使其成为观测和研究雷电物理过程的一个重要平台。本项目通过对广州地区高建筑物雷电的综合观测和研究，得到了下行自然地闪过程中下行梯级先导、上行连接先导和上行未连接先导的发展特征，并对高建筑物雷电过程进行了数值模拟分析，研究成果深化了我们对雷电物理过程、特别是对连接过程的认识，为雷电防护设计和技术的发展提供了重要的科学基础。. 在广州建立了高建筑物雷电观测站，实现了雷电声、光、电、磁多参量观测系统的集成和自动化运行；开展了高建筑物雷电的单站多参量同步观测和双站光学观测试验，积累了上百次击中高建筑物的下行自然地闪的观测资料，拥有双站光学观测资料的闪电数量达到十余个。获得的高建筑物雷电观测资料在闪电定位系统性能的评估中已得到了应用。. 利用先进的高速摄像系统（采样率：5万帧/秒），在国际上首次发现了自然地闪下行梯级先导击中上行连接先导头部以下（非头部-头部连接）的现象，并确认此类现象并不少见，相关论文被选为AGU期刊的Highlight；统计得到了高建筑物雷电过程中不同先导的二维发展特征，发现连接过程中上行连接先导的发展速率可能会明显超过下行先导的发展速率，在下行和上行先导发展速率比值的变化范围方面有了新的认识；建立了基于双站光学资料重建闪电三维通道的方法，分析得到了6次高建筑物雷电过程中上行连接先导的三维发展特征。. 建立了闪电先导随机发展模式和三维自持发展模式，模拟了下行先导的分叉及其与上行先导的连接过程，探讨了高建筑物对下行先导的拦截作用，分析了上行先导发展特征的变化规律；构建了高建筑物电场畸变计算模型，研究了尖端几何尺寸对周围电场分布的影响和模式分辨率对模拟结果的影响。. 另外，针对高建筑物雷电的观测需要，继续发展了雷声声源三维定位系统，提出了全视野闪电事件观测的方案和系统设计，为下一步更全面、深入地研究高建筑物雷电物理过程奠定了基础。