雷電監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)

第1章 概述 1
1.1 古人對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)與探索 1
1.2 近代雷電研究與探索 4
1.3 近代雷電探測(cè) 6
第2章 雷暴與閃電 10
2.1 中尺度對(duì)流系統(tǒng) 10
2.1.1 孤立對(duì)流系統(tǒng) 11
2.1.2 帶狀對(duì)流系統(tǒng) 15
2.1.3 中尺度對(duì)流復(fù)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(dòng) 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(chǎng)變化 24
2.4.3 地閃的電學(xué)參量 25
2.5 云閃 27
2.5.1 云閃的結(jié)構(gòu) 27
2.5.2 云閃的電場(chǎng) 27
第3章 閃電的物理特征 29
3.1 閃電的光學(xué)特征 29
3.2 雷電的聲學(xué)特征 30
3.2.1 雷的產(chǎn)生 30
3.2.2 雷的特點(diǎn) 30
3.3 閃電的電場(chǎng)特征 31
3.3.1 電荷結(jié)構(gòu) 31
3.3.2 電場(chǎng)結(jié)構(gòu) 32
3.3.3 閃電時(shí)地面大氣電場(chǎng) 32
3.3.4 閃電通道的電場(chǎng) 33
3.4 閃電的磁場(chǎng)特征 35
3.4.1 閃電的磁場(chǎng)變化 35
3.4.2 閃電通道的靜磁場(chǎng) 36
3.4.3 閃電磁場(chǎng)的時(shí)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(cè)技術(shù) 48
4.1 閃電定位系統(tǒng) 48
4.2 地閃回?fù)糇R(shí)別技術(shù) 49
4.1.1 地閃回?fù)舨ㄐ?49
4.1.2 地閃回?fù)舨ㄐ巫R(shí)別 51
4.3 閃電定位技術(shù) 52
4.4 VLF-LF閃電定位系統(tǒng) 63
4.4.1 美國(guó)國(guó)家閃電監(jiān)測(cè)網(wǎng)（NLDN） 64
4.4.2 NLDN局地雷暴探測(cè)實(shí)例 67
4.4.3 我國(guó)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(shù) 78
4.5.1 VHF/ITF（干涉定位技術(shù)） 80
4.5.2 VHF/TOA 83
4.5.3 VHF定位技術(shù)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(cè)系統(tǒng) 87
4.6.2 相位干涉儀測(cè)向原理及誤差分析 89
4.6.3 二元干涉儀測(cè)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(cè)系統(tǒng) 96
第5章 大氣電場(chǎng)的測(cè)量 97
5.1 靜電電場(chǎng)測(cè)量 97
5.1.1 大氣電場(chǎng)儀的傳感器原理 99
5.1.2 大氣電場(chǎng)儀的電路原理 99
5.2 場(chǎng)磨式大氣電場(chǎng)儀 100
5.3 大氣電場(chǎng)探空儀 103
5.4 閃電過(guò)程中大氣電場(chǎng)在時(shí)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(shí)序差分法處理電場(chǎng)數(shù)據(jù) 108
5.6 閃電過(guò)程中大氣電場(chǎng)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(dá)探測(cè)雷暴 111
6.1 多普勒天氣雷達(dá)介紹 111
6.2 雷暴的雷達(dá)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(dá)回波特征 117
6.3.2 超級(jí)單體雷暴的雷達(dá)回波特征 117
6.4 多普勒天氣雷達(dá)資料的閃電特征 119
6.4.1 回波強(qiáng)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(fēng)暴體跟蹤——STI算法 122
第7章 閃電的其它探測(cè)方式 125
7.1 衛(wèi)星閃電探測(cè)系統(tǒng) 125
7.1.1 美國(guó)衛(wèi)星閃電探測(cè)系統(tǒng) 125
7.1.2 星載VHF定位技術(shù) 127
7.1.3 OSO光度計(jì) 128
7.1.4 硅光電管陣列探測(cè)器 128
7.1.5 全天候光學(xué)閃電監(jiān)測(cè)器 128
7.1.6 閃電圖像儀 129
7.2 雷電電流的監(jiān)測(cè) 129
7.2.1 雷電電流峰值的測(cè)量 129
7.2.2 雷電電流的測(cè)量 130
7.2.3 雷電計(jì)數(shù)器 131
第8章 雷電監(jiān)測(cè)資料的綜合應(yīng)用 132
8.1 雷電監(jiān)測(cè)資料的分析應(yīng)用 132
8.2 雷電監(jiān)測(cè)資料在臨近預(yù)警中的應(yīng)用 133
8.3 氣象雷達(dá)資料格點(diǎn)化 135
8.3.1 天氣雷達(dá)的體掃模式 135
8.3.2 雷達(dá)資料的三維格點(diǎn)化 137
8.3.3 插值方法的選取 139
8.4 三維空間雷暴體的識(shí)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(yù)測(cè) 143
8.6 計(jì)算雷暴預(yù)警等級(jí) 143
8.7 預(yù)警產(chǎn)品的發(fā)布 144
8.8 基于大氣電場(chǎng)儀的雷電臨近預(yù)警 145
8.8.1 基于大氣電場(chǎng)和閃電定位資料的雷電預(yù)警 146
8.8.2 基于聚類算法的雷電臨近預(yù)警應(yīng)用 151
第9章 雷電預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng) 159
9.1 雷電預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程 159
9.1.1 需求分析階段 159
9.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段 160
9.1.3 系統(tǒng)實(shí)施階段 165
9.1.4 系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)階段 166
9.2 湖南省雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 166
9.2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 166
9.2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 167
9.3 CAMS_LDWS的業(yè)務(wù)應(yīng)用 169
9.3.1 雷達(dá)資料應(yīng)用模塊 171
9.3.2 閃電資料應(yīng)用模塊 172
9.3.3 決策樹(shù)算法和探空資料應(yīng)用模塊 173
9.3.4 多種資料綜合預(yù)報(bào)方法 174