【導(dǎo)讀】與云中電荷結(jié)構(gòu)反演模擬分析?公益性行業(yè)科研專項和江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目資助。地面測站處的大氣電場值與位置有關(guān)，且大氣電場與雷暴云電荷量成正比；雷暴云電荷分布尺度、擾動量、反演初值等是造。件的廣泛應(yīng)用，雷電災(zāi)害越來越嚴重，受災(zāi)范圍幾乎涉及各行業(yè)。為減少雷電對人民生命、財產(chǎn)造成的損。觀測表明，晴天大氣中始終存在方向垂直向下的大氣電場，即大氣相對于大地負正電荷，而大地為負。變化加以識別和預(yù)警。有雷暴天氣臨近時，大氣電場強度隨著云中電荷量的增加而逐漸增加，大氣電場強度。基本一致的結(jié)論。大氣電場儀在實際工作中主要用于探測大氣中帶電物質(zhì)所引發(fā)的地面電場變化,對局部地區(qū)潛在雷。暴活動發(fā)出警報。但能否利用地面大氣電場資料對雷暴云內(nèi)電荷結(jié)構(gòu)進行反演，至今為止，相關(guān)的研究較少。大氣電場資料在雷電監(jiān)測和預(yù)警中發(fā)揮著重要的作用，

　　

【正文】 可達到反演精度要求； σ x初值的改變對自身的反演結(jié)果有較大的影響； σ x初值 大于（或小于） 真實值越小，則反演效果越好；在 σ x 初值 偏大 或 偏小 的情況下，對反演結(jié)果的影響不同，總體上初值偏小的反演效果會較好 。 ② 改變 σ y的初值時，可以得到當(dāng) σ y初值范圍在 ~（即偏離真實值 ~+）內(nèi)時，反演效果較好，都可達到反演精度要求； σ y初值的改變對 σ x 和 σ y的反演結(jié)果都有較大的影響； σ y初值 大于（或小于）真實值越小，則反演效果越好； σ y 初值 偏大 或 偏小 的情況下，對反演結(jié)果的影響不同， 當(dāng) 初值在 ~的范圍內(nèi) 時 ， 初值偏大 的反演效果 較好 。 ③ 改變 σ z的初值時，可以得到當(dāng) σ z初值范圍在 ~（即偏離真實值 ~+）內(nèi)時，反演效果較好，都可達到反演精度要求 ； σ z初值的改變對 σ x、 σ z和 ρ 0的反演結(jié)果都有較大的影響； σ z初值 大于（或小于） 真實值越小，則反演效果越好；在 σ z 初值偏大或偏小 的情況下，對反演結(jié)果的影響不同， 當(dāng)初值在 ~ 的范圍內(nèi)時，初值偏小的反演效果 較好 。 ④ 改變 ρ 0的初值時，可以得到當(dāng) ρ 0初值范圍在 ~（即偏離真實值 ~+）內(nèi)時，反演效果較好， 大 都可達到反演精度要求； ρ 0初值的改變對 σ x 和 σ y的反演結(jié)果都有較大的影響； ρ 0初值 大于（或小于） 真實值越小，則反演效果越好；在 ρ 0初 值偏大或偏小的情況下，對反演結(jié)果的影響比較相近 。 5. 結(jié)語和展望 本文以 準(zhǔn)正態(tài)分布電荷模型的 單（多）極性雷暴云為例， 依據(jù)靜電場原理和鏡像法， 推導(dǎo)了地面 大氣 電場的觀測方程， 并 通過詳細的正演 、反演 過程，模擬分析了 地面 大氣電場和雷暴云電荷結(jié)構(gòu)的相應(yīng)關(guān)系 。 雷暴云的過境，必會引起地面 大氣 電場發(fā)生相應(yīng)的變化，因此，我們可以根據(jù)地面電場儀測得的大氣電場 變化特征反演雷暴云電荷結(jié)構(gòu)，通過監(jiān)測雷暴云中強電荷的強度、極性、移動動態(tài)及 分布 特征，對雷電發(fā)生方位、19 時間 、強度和短時臨近強降水等作出提前預(yù)警 [23]。 從正演分析中，可以 看出地面電場觀測站離雷暴云越近觀測值就越大，這與觀測方程（ 12） 式相符合；電場觀測點高 于地面時將會產(chǎn)生 x 或 y 方向的電場分量；當(dāng)雷暴云沿同一 軌跡運動時，單極性和多極性雷暴云對同一些地面電場觀測站的大氣電場值的影響 變化規(guī)律大致一樣，但略有 區(qū)別；地面大氣電場與雷暴云 電荷總量 成正比 。 從 單極性雷暴云 對 （σ x ， σ y ， σ z ，ρ 0 ） 的 反演分析中， 通過反演誤差因子的討論可知，雷暴云電荷分布尺度 (Δ x， Δ y， Δ z)取值的不同會造成不同的反演效果 ， (Δ x， Δ y， Δ z)取值應(yīng)盡量在偏離真實值1km 內(nèi) ；不同的擾動量也會有不 同的反演效果， 擾動量取 10%時可以得到較好的反演效果 ；反演初值的設(shè)置對反演結(jié)果的影響較大， （σ x ，σ y ， σ z ，ρ 0 ） 初值偏大或偏小對反演效果的影響 是不同的 ， 為達到較好的反演效果，各被反演參數(shù)初值應(yīng)選取在一定范圍內(nèi) 。 實際中 大氣電場儀在工作時， 會受到很多外在因素的影響及其本身存在的儀器誤差，在使用實際大氣電場資料前， 還 需進行質(zhì)量控制和誤差訂正 。 本文 在電荷模型計算中，忽略了地面尖端放電對電場的影響。尖端放電產(chǎn)生和大氣電場反極性的離子，對地面電場起屏蔽作用。同時在模型計算中忽略了云閃電荷、云邊界“ 屏蔽 ” 電 荷等效應(yīng)，對模擬出來的結(jié)果也會帶來誤差。這些無疑是不足的，這 在 今后 的 模擬計算中 應(yīng) 進一步考慮。 越來越多 研究表明，實際中的雷暴云電荷結(jié)構(gòu)比偶極型或三極性電荷結(jié)構(gòu)復(fù)雜很多，有時還會發(fā)生傾斜，出現(xiàn) 多層正負 極性電荷層相互交替的結(jié)構(gòu)，甚至?xí)?反 極性電荷結(jié)構(gòu) [17]。 而且，不同季節(jié)、地區(qū)的雷暴云也具有不同的雷暴特征； 南方的雷暴云下部以負電荷為主，而 北方的雷暴云下部常存在一個 范圍很大、持續(xù)時間很長 的正電荷區(qū) [24]。 而本文只是對單（三）極性雷暴云進行大氣電場正演和單極性雷暴云云內(nèi)電荷結(jié)構(gòu)反演 模擬分析，并沒有結(jié)合實際大氣電 場資料，因此，還有待結(jié)合具體地區(qū)的實際電場觀測值進行可行性驗證 。 參考文獻 [1] 孟青 , 呂偉濤 , 姚雯 , 等 . 地面電場資料在雷電預(yù)警技術(shù)中的應(yīng)用 [J]. 氣象 , 20xx, 31(9): 3033. 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[24] 盛裴軒 . 大氣物理學(xué) [M]. 北京大學(xué)出版社 , 20xx. 21 致謝 在此論文完成之際，首先要對我 的導(dǎo)師王振會教授表示我最誠摯的感 謝！ 王老師每次細心、耐心的指導(dǎo)都使我受益匪淺，同時 王老師惜才愛才的 品質(zhì)，嚴謹認真的科研作風(fēng) 也 深深 地 感染了我 。 特別是王老師平易近人和誨人不倦的作風(fēng)更是給我留下了深刻的印象，這種做人做事的風(fēng)格， 都是我今后不斷學(xué)習(xí)和實踐的榜樣 。 有時王老師指導(dǎo)我們的論文直到深夜 11 點多，再次真誠的謝謝王老師！沒有王老師的指導(dǎo)，我是沒辦法完成這篇論文的。 同時，非常感謝 曾慶鋒 師兄 、李東帥師姐 、吳迪師兄 對我論文的指導(dǎo)與幫助， 還有 詹奕哲師兄 、王蒙師姐 、 莊一洲 、 陳田萌、 呂敏、 李圣殷 等 同學(xué)的幫助 與鼓勵 ，他們 幫我解決了一個個困難， 每一次的交流 也都使我受益良多 。 感謝我的父母 、 家人 、 親戚 、 朋友一直以來對我的關(guān)心與照顧， 使我的生活變得如此美好！ 蔡阿玲 22 Simulation analysis of inversion between ground atmospheric electric field and charge structure in Thunderstorm? CAI Aling (Major of Atmospheric Sounding， School of Atmospheric Physics， Nanjing University of Information Science and Technology ， Nanjing Jiangsu 210044) ABSTRACT In this article, we assume that the electric charge distribution in the thunderstorm obey the normal school., image method and the principle of electrostatic field are used to deduce observation equation of the ground electric field when thunderstorm charge distribution as the single and multi polarity. We have made forward calculation of ground atmospheric electric field and analyz