上海地区雷暴活动时空变化特征及雷电预警研究

论文摘要

雷电不仅威胁着人类的生命安全,更常使建筑、电力、电子通信和航空航天等诸多基础系统遭受严重破坏。随着人类社会对现代工业的依赖性日益增长,雷电灾害造成的经济损失也更加严重。因此,对各个地区进行雷电的演变和分布特点进行研究,并在此基础上探索合适的雷电预报方法非常重要,对于防灾减灾、拓宽气象服务领域具有重要意义。雷暴活动的气候特征是雷暴研究的一个重要方面,它反映了雷暴活动在空间和时间上的长期统计结果。统计使用的资料越长,则雷暴活动的气候代表性就越好,通常至少要有30年以上的观测资料。本文利用上海1971年至2009年全市11个气象观测站39年长序列的雷暴日记录,同时结合闪电定位仪资料,采用经验正交分解（EOF）方法,分析了上海地区的雷暴空间分布特征与时间变化特征,用Morlet小波进行了周期分析。EOF在反映气象场空间分布特征与时间变化等方面有其独到之处,其优点是可将气象要素场分解为不随时间变化的空间函数部分（特征向量）及与空间无关的时间函数部分,其空间函数部分是由气象要素场的主要特征所决定的,并且EOF方法的收敛速度很快,故只要取前几个特征值较大的特征向量,即可充分描述出展开要素场的主要特征；小波理论是近十几年发展起来的新的信号处理技术,在数值信号处理领域应用广泛,在气候诊断中,小波变换不仅可以给出气候序列变化的尺度,还可以显示出变化的时间位置。研究结果表明,上海地区雷暴活动最主要的空间变化为全区域趋势相同,具体指某年上海地区雷暴活动普遍较多或普遍较少。上海地区雷暴活动次要的空间变化为西北部至东南部带状区域与东北部、西南部的相反型,即当西北部至东南部带状区域雷暴活动减少,东北部、西南部雷暴活动相对增多,反之亦然,且雷暴日变化存在一定的周期。根据上海市防雷中心2009年和2010年闪电定位系统的探测资料,对雷暴日观测与闪电定位仪探测结果进行了比对,表明了两者的一致性。随后本文探讨了雷电预报的可行性方法,并利用上海市防雷中心雷电监测网的观测资料,对2010年7月14日14：00-17：00所发生的闪电活动情况进行了预报尝试,结果表明预报结果有一定的参考价值。全文共分为六章,第一章介绍了雷电的危害成因、国内外对于雷电研究的现状、研究意义及如何进行防护。第二章介绍了雷电探测的原理及设备。第三章介绍了上海地区雷电监测研究现状。第四章利用经验正交函数法（EOF）和小波分析方法处理上海地区11个气象观测站1971年至2009年39年的雷暴日资料,分析了上海地区雷暴的时间、空间特征。同时对上海市防雷中心的闪电定位资料做了相应的统计分析。第五章采用上海市防雷中心雷电探测资料,尝试给出雷电的短时预报预警方法,并用已有资料进行了验证,有待在实际工作中进一步检验。第六章在总结全文的同时提出了今后工作的研究设

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 雷电及雷电灾害的定义
• 1.2 雷电的危害
• 1.3 雷电的防护
• 1.4 研究意义
• 1.5 国内外关于雷电的研究现状
• 1.5.1 雷电物理的研究进展
• 1.5.2 雷电预警的研究进展
• 第2章 雷电探测及原理
• 2.1 雷电的成因
• 2.1.1 积雨云的起电机制
• 2.1.2 积雨云的放电机制
• 2.2 雷电的特征
• 2.3 雷电的监测方法
• 2.3.1 单站定位法
• 2.3.2 多站定位法
• 2.4 常规雷电探测设备
• 2.4.1 大气电场探空仪
• 2.4.2 闪电探测仪
• 第3章 上海地区的雷电监测
• 3.1 上海地区的气候特征
• 3.2 上海地区的雷电研究
• 3.3 上海当前主要的监测设备及监测活动
• 3.3.1 WSR-88D雷达
• 3.3.2 SAFIR3000闪电定位系统
• 3.3.3 LS7000和LS8000闪电定位系统
• 3.3.4 大气电场监测系统
• 3.3.5 TSS928雷电监测预警系统
• 3.3.6 闪电定位系统分析软件
• 第4章 上海地区雷暴及地闪活动特征分析
• 4.1 上海市雷暴特征的分析
• 4.1.1 研究现状
• 4.1.2 资料来源及分析方法
• 4.1.3 上海市雷暴日特征研究
• 4.2 上海地区闪电定位系统资料的统计分析
• 4.3 闪电定位系统探测结果与雷暴日记录比较
• 第5章 上海地区雷电预警的可能性分析
• 5.1 上海雷电预警的研究进展
• 5.1.1 雷电灾害预警WEBGIS平台
• 5.1.2 全雷电监测网
• 5.2 雷电展望预报方法
• 5.3 典型雷电过程数据分析
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢