雷電監(jiān)測與預警技術

第1章 概述 1
1.1 古人對雷電的認識與探索 1
1.2 近代雷電研究與探索 4
1.3 近代雷電探測 6
第2章 雷暴與閃電 10
2.1 中尺度對流系統(tǒng) 10
2.1.1 孤立對流系統(tǒng) 11
2.1.2 帶狀對流系統(tǒng) 15
2.1.3 中尺度對流復合體 16
2.2 雷暴和雷暴云 16
2.2.1 雷暴的分類 17
2.2.2 雷暴云的移動 18
2.3 閃電及其分類 18
2.3.1 根據(jù)閃電部位分類 18
2.3.2 根據(jù)閃電形狀分類 20
2.4 地閃 22
2.4.1 地閃概述 22
2.4.2 地閃的大氣電場變化 24
2.4.3 地閃的電學參量 25
2.5 云閃 27
2.5.1 云閃的結構 27
2.5.2 云閃的電場 27
第3章 閃電的物理特征 29
3.1 閃電的光學特征 29
3.2 雷電的聲學特征 30
3.2.1 雷的產(chǎn)生 30
3.2.2 雷的特點 30
3.3 閃電的電場特征 31
3.3.1 電荷結構 31
3.3.2 電場結構 32
3.3.3 閃電時地面大氣電場 32
3.3.4 閃電通道的電場 33
3.4 閃電的磁場特征 35
3.4.1 閃電的磁場變化 35
3.4.2 閃電通道的靜磁場 36
3.4.3 閃電磁場的時間變化 37
3.4.4 閃電通道的電磁輻射 39
3.5 地閃的電流特征與電路模型 41
3.5.1 雷電流波形 41
3.5.2 傳輸線（TL）模型 43
3.5.3 傳輸電流源（TCS）模型 44
3.6 雷電通道底部的電流模型 45
3.6.1 雙指數(shù)函數(shù)模型 45
3.6.2 霍得勒（Heidler）函數(shù)模型 46
3.6.3 脈沖函數(shù)模型 46
第4章 雷電探測技術 48
4.1 閃電定位系統(tǒng) 48
4.2 地閃回擊識別技術 49
4.1.1 地閃回擊波形 49
4.1.2 地閃回擊波形識別 51
4.3 閃電定位技術 52
4.4 VLF-LF閃電定位系統(tǒng) 63
4.4.1 美國國家閃電監(jiān)測網(wǎng)（NLDN） 64
4.4.2 NLDN局地雷暴探測實例 67
4.4.3 我國的雷電定位系統(tǒng) 68
4.4.4 VLF-LF閃電定位系統(tǒng)布站方案分析 72
4.5 VHF甚高頻定位技術 78
4.5.1 VHF/ITF（干涉定位技術） 80
4.5.2 VHF/TOA 83
4.5.3 VHF定位技術誤差分析 84
4.6 VHF閃電定位系統(tǒng) 87
4.6.1 SAFIR雷電監(jiān)測系統(tǒng) 87
4.6.2 相位干涉儀測向原理及誤差分析 89
4.6.3 二元干涉儀測向原理及去模糊處理 90
4.6.4 五元圓形天線陣干涉儀模型 91
4.7 第二代Vaisala閃電探測系統(tǒng) 96
第5章 大氣電場的測量 97
5.1 靜電電場測量 97
5.1.1 大氣電場儀的傳感器原理 99
5.1.2 大氣電場儀的電路原理 99
5.2 場磨式大氣電場儀 100
5.3 大氣電場探空儀 103
5.4 閃電過程中大氣電場在時域的變化特征 105
5.4.1 平穩(wěn)型 105
5.4.2 上升型 105
5.4.3 下降型 106
5.4.4 先上升后下降型 106
5.4.5 先下降后上升型 107
5.5 時序差分法處理電場數(shù)據(jù) 108
5.6 閃電過程中大氣電場在頻域的變化特征 109
5.6.1 平均幅度譜分析 109
5.6.2 能量譜密度分析 110
第6章 多普勒天氣雷達探測雷暴 111
6.1 多普勒天氣雷達介紹 111
6.2 雷暴的雷達回波特征 114
6.3 雷暴生命史的回波演變 116
6.3.1 多單體雷暴的雷達回波特征 117
6.3.2 超級單體雷暴的雷達回波特征 117
6.4 多普勒天氣雷達資料的閃電特征 119
6.4.1 回波強度特征 119
6.4.2 回波高度特征 119
6.4.3 組合反射率因子（CR）特征 120
6.4.4 垂直液態(tài)水含量（VIL）特征 120
6.4.5 CAPPI特征 121
6.4.6 風暴體跟蹤——STI算法 122
第7章 閃電的其它探測方式 125
7.1 衛(wèi)星閃電探測系統(tǒng) 125
7.1.1 美國衛(wèi)星閃電探測系統(tǒng) 125
7.1.2 星載VHF定位技術 127
7.1.3 OSO光度計 128
7.1.4 硅光電管陣列探測器 128
7.1.5 全天候光學閃電監(jiān)測器 128
7.1.6 閃電圖像儀 129
7.2 雷電電流的監(jiān)測 129
7.2.1 雷電電流峰值的測量 129
7.2.2 雷電電流的測量 130
7.2.3 雷電計數(shù)器 131
第8章 雷電監(jiān)測資料的綜合應用 132
8.1 雷電監(jiān)測資料的分析應用 132
8.2 雷電監(jiān)測資料在臨近預警中的應用 133
8.3 氣象雷達資料格點化 135
8.3.1 天氣雷達的體掃模式 135
8.3.2 雷達資料的三維格點化 137
8.3.3 插值方法的選取 139
8.4 三維空間雷暴體的識別 140
8.4.1 搜索雷暴串 140
8.4.2 合成雷暴分量 140
8.4.3 組成雷暴體 141
8.5 雷暴體的跟蹤 142
8.5.1 雷暴體的跟蹤 142
8.5.2 雷暴的預測 143
8.6 計算雷暴預警等級 143
8.7 預警產(chǎn)品的發(fā)布 144
8.8 基于大氣電場儀的雷電臨近預警 145
8.8.1 基于大氣電場和閃電定位資料的雷電預警 146
8.8.2 基于聚類算法的雷電臨近預警應用 151
第9章 雷電預警預報系統(tǒng) 159
9.1 雷電預警預報系統(tǒng)開發(fā)過程 159
9.1.1 需求分析階段 159
9.1.2 系統(tǒng)設計階段 160
9.1.3 系統(tǒng)實施階段 165
9.1.4 系統(tǒng)運行與維護階段 166
9.2 湖南省雷電監(jiān)測預警系統(tǒng) 166
9.2.1 系統(tǒng)簡介 166
9.2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)功能 167
9.3 CAMS_LDWS的業(yè)務應用 169
9.3.1 雷達資料應用模塊 171
9.3.2 閃電資料應用模塊 172
9.3.3 決策樹算法和探空資料應用模塊 173
9.3.4 多種資料綜合預報方法 174