云闪探测及放电参量估算方法研究

通过对固定时间窗(80us)内闪电VHF辐射脉冲峰值和精确时间信息的连续捕获，利用到达时间差定位方法，得到闪电VHF辐射源时空演变及闪电放电通道结构特征；同时通过对闪电VLF/LF辐射脉冲波形（电场变化波形）不间断(分段记录，持续1ms)获取，采用波形匹配、时域相关以及脉冲波形特征参数分析等方法，得到同一闪电放电事件到达多个探测站点精确时间，利用到达时间差算法实现闪电放电事件的三维定位及放电类型识别；通过提取闪电放电事件在各站点引起电场变化，基于4参数的单电荷模型，采用维数约化（DR）及超定定矩阵（OFM）变换的方法，估算云内放电事件中和电量及其空间位置。通过对云内闪电放电事件VLF/LF、VHF辐射源定位及中和电量估算结果的综合分析，针对不同云内放电事件的尺度特征，建立云内放电事件特征参量的计算模型，探索研究云闪的定位方法。通过开展试验观测，发展完善全闪电探测技术。

地基总闪电3D定位系统是闪电物理、灾害性强对流天气过程研究的重要手段。通过执行本项目，进一步发展完善了重庆VLF/LF、VHF双频段全闪电定位系统，实现了局地闪电活动的实时监测。改进基于波形互相关提取时间差法和L-M最小二乘法优化算法的三维定位方法，并完成重庆VLF/LF 全闪电定位探测网络的系统标定校准，获取一批高质量的闪电VHF、VLF/LF 辐射源定位观测数据，并针对一些具有代表性闪电事件（如CIDs、CPT等）的放电特征、发生机理等进行了深入研究。利用位于广州从化和重庆两地的VLF/LF多站闪电探测系统观测到的大量CID资料，全面地分析了CID不同于常规地闪和云闪的多方面的性质，并重点比较了+CID和–CID两者之间的差异，证明两者之间在多个方面存在明显的差异，其中–CID表现出了更多的特殊性。综合分析了+CID与–CID之间的差异，认为–CID是一种更为特殊的放电事件； CID产生的低频辐射在地面与电离层之间会发生反射，利用反射脉冲和原脉冲之间的时间差关系，发展了一种对CID实现三维定位的新方法，该方法能够对较大范围内的CID实现较为准确的三维定位，特别是对其放电高度的计算具有很高的准确性。通过对大量正、负CID的放电高度统计，发现+CID主要发生于7-15km，而–CID主要发生于15-18km。首次获得了CIDs放电通道的观测结果，并对其通道尺度、发展速度进行了估算。统计分析结果表明：CIDs放电通道在云内以垂直发展为主，垂直放电尺度在0.4-1.9km之间，通道发展速度在0.44-1.01×108m/s 之间；电流传输速度平均值为1.51×108m/s。CIDs通道内辐射源的时空演变呈现出来回震荡的发展特征，证实了通道内电流脉冲在通道两端被反射的猜测。率先给出了CPT事件的辐射源时空发展特征；对CPT事件、梯级先导和直窜先导功率谱密度进行对比发现，CPT事件的击穿过程为负极性击穿，发展特征与直窜先导或企图先导没有明显区别.