0 引言

目前，对于上行闪电的研究，主要借助于地面电场观测设备以及云下高速摄影等观测手段[1]，对实际上行闪电的触发、传播过程及上行闪电对空间电环境的影响仍缺乏有效研究手段，受上行闪电触发的随机性以及观测手段的限制，目前要获取上行闪电始发、传播时空中、地面全部电参数难度较大[2]。WANG等[3]通过实际观测手段，研究指出，在雷暴天气情况下，地面建筑自行触发上行闪电较为容易。ZHOU等[4-5]认为，地面建筑物的高度以及地形对上行闪电的触发影响较大。PEREIRA等[6]研究发现，上行闪电绝大数是由周围闪电触发。还有研究发现，许多日本冬季雷暴云下的上行先导同时始发于多个建筑[7]，这意味着同一雷暴云下电场达到上行闪电放电阈值的可能不止一个点。同一次云中放电过程可能激发多个上行闪电，云中放电过程的水平范围很大程度上决定了放电对象的数目和放电对象间的距离[8]。由于观测手段的限制，导致目前国外对上行闪电的数值模拟研究相对较少，大多数研究都是探讨与下行闪电相连接的上行先导[9-13]。

因此，笔者将在二维雷暴云起、放电模式基础上进一步深化上行闪电的模式工作，加深已有对云闪与上行闪电间关系的认知，更清楚地展现上行闪电触发时背景电场的发展情况，为云闪后更易触发上行闪电这一观测结果，提供从模拟角度的验证，同时也将为高大建筑物的雷电防护与设计工作的发展提供一定的科学基础。

1 雷暴云背景下上行闪电计算模型的建立和放电参数化方案

上行闪电是典型始发于地物的闪电，当高层建筑物上方存在由雷暴云带来的强电场，并由于建筑物顶部尖端畸变使建筑物顶部周围电场大大加强，在一定范围内，达到击穿阈值时，产生向上的上行先导并持续向上传播，当传播超过一定距离，称为上行闪电。若只是触发并未持续发展称为未连接上行先导。

本文上行闪电随机放电参数化方案耦合到二维雷暴云起、放电模式中[14]新的变化背景电场下的上行闪电参数化放电模式。以比较大的模拟域（76 km×20 km）为主要研究区，在雷暴云正下方附近区域，加一个没有宽度只有高度的建筑物，通过调整温湿扰动参数以及热湿扰动的大小，进行各项模拟实验。选择20 km为模拟域的宽度是因为笔者模拟的是整个云模式下的闪电放电方案，基本上所有的云中过程，均发生在对流层之中，雷暴云顶部发展最高不会超过20 km。因为只有当建筑物位于雷暴云正下方时，电场最强，达到上行闪电的触发阈值最大。

1.1 模拟模型的建立

在模拟域76 km×20 km的区域内，存在一个高700 m的建筑物，建筑物与地面充分接触形成统一的等势体，且电位都默认为零。建筑物不设定宽度是因为模式默认上行闪电产生于雷暴云正下方的建筑，建筑随着雷云的移动而改变位置。由于选取模拟域较大，采用12.5 m的空间分辨率，将模拟域均匀离散成6 080×1 600个网格点。模式中的背景电场是由雷暴云起、放电模式中的闪电过程自动生成的云微物理粒子所带的电荷产生，会随着雷暴云的发展，热湿泡扰动的上升及云闪的放电不断变化。本模式中放电参数化方案，主要采用TAN等[15]提出的新闪电参数化方案BSLP。模式的时间步长取为2 s，限定在一个时间步长里，闪电频数不得超过4次。

1.2 上行闪电放电参数化方案

1.2.1 上行闪电的启动

由于放电过程中采用的是76 km×20 km的大范围模拟域，因此可忽略建筑物的宽度，只考虑其高度。本文上行闪电启动阈值参照任晓毓等[10]的连接先导模式中上行先导的启动阈值500 kV/m，但由于任晓毓等是在空间分辨率为0.1 m的近地面研究域中把由下行先导触发的上行先导启动阈值设置为500 kV/m。

不同网格间距电场畸变系数Ki拟合得到的关系方程为

闪电通道拓展采用了随机步进方式，即传播过程中上行闪电通道每次只拓展一个后继通道点。计算已有通道点与全部周围环境点间的电场强度，按概率公式随机选取下一个通道后继点。

1.2.2 上行闪电的传播

式中：Ki为尖端顶部电场畸变系数；h为网格间距。

式中：p为概率；F为归一化函数；Ei为通道周围第i个环境点与该通道间的电场强度。

案例2的模拟结果见图2，该次模拟过程共发生了1次云闪和1次上行闪电，上行闪电和云闪的时间间隔在0.5 min左右。当T=33.27 min时刻，第1次云闪发生时，上层电荷分布呈现正偶极结构，下层电荷分布呈反偶极结构，中间层并无明显电荷堆积。该次发生的云闪为正极性云闪，云闪始发于高度在10 km左右的上层正负电荷中心。云闪负先导在正电荷区内先水平发展，伴随许多细小的分叉结构，后向左上方发展到云外，最后水平向左发展。

2 闪电模拟实验结果个例描述

案例3的模拟结果见图3，该次模拟过程一共发生了8次云闪过程和1次上行闪电。图3中选取了其中5次云闪和1次上行闪电作为该次模拟过程的代表，进行对比分析。

随着我国经济社会的不断发展和进步，其对于电力的需求在不断增加，如何安全高效地为社会发展提供充足的电能成为电力系统改革的重点目标。而通过应用计算机信息技术实现电力信息化无疑是一个重要的选项，作为计算机技术的一个重要分支，图像识别相信可以在电力信息化的过程中发挥出重要的支撑作用[1]。

3次云闪均为正极性云闪，发生在主正电荷区和主负电荷区之间，从放电强度来看，第1次云闪最强，接下来2次云闪强度依次减弱，可以从图中观察到图（a）中闪电先导传播距离最远，负先导长达10 km，而图（b）中先导传播距离为数km，图（c）中先导主要在云内传播。

如图1所示，案例1中共计发生了3次云闪过程，3次云闪发生的时间分别为36.43 min，37.93 min，40.23 min，云闪均发生在30 min之后，雷暴云的成熟期。第1次云闪和第2次的时间间隔较短，在1.5 min左右，第2次云闪和第3次云闪间隔时间更长。第1次云闪和第2次云闪发生时的空间电荷结构并没有太大变化，都是较为典型的3极结构。只是由图1（a）到图1（b）过程中，中间负电荷层发生较明显分离，图1（b）中左侧出现分离出的小块负电荷区。对比图1（b）和图1（c）发现，第3次云闪发生时，电荷分布已经发生了很大变化：1）顶部正电荷区分离，原本正电荷区右侧出现一块略小的正电荷区；2）中部负电荷区扩大，并随上部正电荷区向右侧延伸；3）下部正电荷区在原来较小的正电荷区基础上发展增大了数倍。通过数次云闪放电，云中原有电荷区被打乱，上部正电荷区分离，中部负电荷区发展，下部正电荷迅速增大，导致下层正电荷区对雷暴云下方电场影响大大增强，为建筑物上方触发上行先导所需强电场提供条件。对比图1（d）和图1（f）发现，云闪放电后，原有空间电位场完全改变，电位线走势也完全不同。

图1 3次云闪和一次上行闪电的空间电荷分布图和空间电位分布图 Fig.1 Space charge distribution and space potential distribution of three cloud flashes and one upward lightning

笔者共进行了几次模拟实验，虽然模拟过程次数不够多，但从结合已有的观测结果，对比分析模拟结果，发现本文模式模拟出的上行闪电与观测到的上行闪电的种类，形态发展过程，极性，分叉结构等均有较好的一致性，说明模拟的结果具有一定科学性，下文将先分别介绍得到的几个有代表性的个例。

当第3次云闪过后约1.73 min，一次上行闪电触发了，并持续向上传播到达正电势井中心。上行闪电传播过程分为两个阶段：1）入云之前，单向传播，有轻微的弯曲，但基本沿垂直向上方向发展。2）当先导传播入云中之后，上行先导开始出现了明显的分叉结构，越接近云中电荷结构中心，分叉越多。

迟恒只能抛开半信半疑，他一个小记者操不上纪检、也可能是审计部们那分心。迟恒抽烟抽续火，掏烟出来也只剩一根，他递给魏，再掏出5元的“黄果树”搁桌上，二只彰显尊贵的烟盒已空无一物，剩下两盒寒酸地摆在一起，魏昌龙看出点意思。

上行闪电沿着右侧向上传播，进入云中底部正电荷区后在电荷高密度中心约3 km左右处出现一个朝向右侧的小分支。上行闪电通道从1 km左右发展到3.8 km，约发展了2.8 km。上行闪电上方是一个类似正偶极结构加反偶极闪电结构的四极电荷结构，底部次正电荷区离始发点最近只有不到1 km。

上行闪电的空间电荷分布与第3次云闪的电荷分布较为相似，发生时间间隔在1.7 min，对比图（c）和图（e），上行闪电和前1次云闪发生时相比，底部正电荷区大小基本不变，电荷密度增加，上方正、负电荷区发生云闪放电后，部分中和，原有主正电荷区破碎，打散成更小块的正电荷区，电荷密度也大大降低。可以认为是第3次云闪的发生，改变了云中电荷结构，使雷暴云下建筑物上电场强度达到触发阈值，触发了这一次上行闪电。从上行闪电的空间电位图来看，上行先导一直沿着电位梯度最大，即电场最强的方向传播，右侧上方电场更强，上行先导略向右边偏转，但总体保持向上趋势。

图2 1次云闪和1次上行闪电的空间电荷分布图和空间电位分布图 Fig.2 Space charge distribution and spatial potential distribution of a cloud flash and an upward lightning

马克思主义理论具有鲜明的意识形态性。马克思主义从不掩饰自己的意识形态性(阶级性)，自诞生之日起，就旗帜鲜明地指出，是为无产阶级和广大劳动人民服务的，是无产阶级争取自身解放和整个人类解放的科学理论和思想武器。马克思主义理论作为我们党和国家的根本指导思想，是全党全国人民团结奋斗的共同思想基础，是党领导人民进行社会主义建设的指南。高校马克思主义意识形态教育必须坚持马克思主义的意识形态性，坚持马克思主义在意识形态领域的主导地位，这对于培养社会主义、共产主义事业接班人，保证我国社会主义建设坚定正确的政治方向，具有极重要意义。

Risk assessment for single rockfall: a case study on rockfall in Daguan county,Yunnan,China CAI Xiang-yang TIE Yong-bo XU Wei et al.(55)

对比图2（a）和图2（c）发现：上行闪电和上一次云闪发生时相比，底部反偶极结构的负电荷区和正电荷区基本没有变化，顶部正偶极结构在云闪放电后，正电荷区破碎，大量正负电荷中和，电荷区密度大大降低。

以上述探空曲线为初始场，调整相对位温和相对湿度扰动，通过以多组不同的相对位温和相对湿度为初始扰动因子，模拟完整的雷暴过程中的云闪放电和上行闪电放电过程。由于模式还不够完善，不足以模拟地闪回击过程，故本文暂不考虑地闪和上行闪电触发的关系，只研究完整雷暴环境下，云闪过后，云中电荷结构改变对上行闪电触发带来的影响[16]。

从第1次云闪发生到触发上行闪电共经历了13 min左右，这13 min内共发生了8次云闪放电，每1次云闪过程都会使电荷分布变得更加复杂，散乱，云下背景电场也随之不断变化。图3（a）中，第1次云闪放电时，空间电荷结构为明显的偶极结构，上面为主正电荷区，下面为主负电荷区，负电荷区跨度比较大，在6～10 km间均存在负电荷区，首次云闪先导为水平分叉结构。图3（b）中电荷分布与第1次放电已经有了明显的转变，原有伞状的正电荷结构被拉长，水平分布更广，呈细长条状分布，发展到图3（c）中左侧部分正电荷脱离，漂移到原有正电荷区左下方，在局部形成一个正负的4极电荷结构。图3（b）、3（c）、3（d）中，云闪先导都是垂直分叉结构，从正负电荷中心向上发展，主正电荷区离地面越来越近，开始大概在10 km左右，经过多次电荷结构变化后，正电荷区中心高度在3～4 km。图3（e）中最后1次云闪放电强度很大，与前2次模拟的云闪放电相反，正先导发展范围远大于负先导，正先导横向跨度长达15 km，底部正电荷区跨度为1.5～6 km。

图3 5次云闪和1次上行闪电的空间电荷分布图 Fig.3 Space charge distribution of five cloud flashes and one upward lightning

对比最后1次云闪和正地闪的电荷分布图，由于负电荷区中的强正先导发展，原有主负电荷区被打散，主负电荷区中出现许多分散的小块正电荷区，原有顶部正电荷区变化不明显。底部正电荷区进一步发展，电荷密度增大，底部更接近地面。

含电压源换流器的交直流混联电网状态估计快速解耦法//张潼,王毅,翟明玉,黄煜,赵凌骏//(21):70

(2)不同的企业ERP系统没实现互联。不同的企业系统之间没有实现互联，企业之间的系统过于庞大，没有实现信息的流通，导致了信息不对称的形成。阻碍了信息流动，银行获取信息的成本很高，阻碍了后续提供贷款。并且存在造假信息难以留痕，这也是其中的原因。

3 结论

笔者将固定的背景电场下，自行触发的上行闪电随机放电参数化方案耦合到已有二维雷暴云起、放电模式中，调整后得到一个新的变化背景电场下的二维上行闪电参数化方案。在长76 km，宽26 km的研究域内进行了3次时间步长为2 s，空间分辨率为12.5 km的上行闪电放电模拟实验，模拟真实雷暴云背景下上行闪电的发展过程，得到以下几点结论：

从Z方向进行分析，表2和表3中的1阶固有频率对应仿真中的整体第1阶固有频率。Z方向的1阶模态振型如图6所示。该振型为电磁铁梁Z方向的弯曲变形，电磁铁梁在Z方向相当于一个大跨度简支梁，其在Z方向的刚度比较小，所以1阶频率较低。Z方向的2阶固有频率对应仿真中的整体第3阶固有频率，Z方向的3阶固有频率对应仿真中的整体第4阶固有频率。其中,Z方向的1阶和3阶固有频率数值与对应的仿真固有频率数值吻合较好，误差较小。

1）3组模拟实验中有5组成功模拟出了上行闪电和未连接上行先导，上行闪电和未连接上行先导约发生在最后1次云闪后0.5～1.7 min。

2）上行闪电多发生在雷暴云的成熟期，这时候雷暴云中对流最剧烈，雷暴云底距离地面最近，云中电荷分布变化最快；未连接上行先导出现在雷暴云的消散期，雷暴云下方电场减弱，上行闪电先导未能传播入云中。

参考文献：

[1]SMORGONSKIY A，RACHIDI F，RUBINSTEIN M A，et al.On the proportion of upward flashes to lightning research towers[J].Atmospheric Research，2013，129（8）:110-116.

[2]LU Weitao，CHEN Luwen，ZHANG Yang，et al.Character⁃istics of unconnected upward leaders initiated from tall structures observed in Guangzhou[J].Journal of Geophysi⁃cal Research-atmospheres，2012，117（D19）:19211.

[3]WANG D，TAKAGI N，WATANABE T，et al.Observed characteristics of upward leaders that are initiated from a windmill and its lightning protection Tower[J].Geophysi⁃cal Research Letters，2008，35（2）:196-199.

[4]ZHOU H，DIENDORFER G，THOTTAPPILLIL R，et al.Characteristics of upward positive lightning flashes initiat⁃ed from the gaisberg tower[J].Journal of Geophysical Re⁃search Atmospheres，2012，117（D6）:6110.

[5]ZHOU Helin，DIENDORFER G，THOTTAPPILLIL R A，et al.Measured current and close electric field changes as⁃sociated with the initiation of upward lightning from a tall Tower[J].Journal of Geophysical Research-Atmospheres，2012，117:393-407.

[6]GUIMARAES M，ARAUJO L，PEREIRA C，et al.Assess⁃ing currents of upward lightning measured in tropical re⁃gions[J].Atmospheric Research，2014，149（6）:324-332.

[7]MIKI M，RAKOV V A，SHINDO T，et al.Initial stage in lightning initiated from tall objects and in rocket-triggered lightning[J].JournalofGeophysicalResearch-Atmospheres，2005，110（D2）:169-190.

[8]RAKOV V A，UMAN M A.Lightning:physics and effects[M].U.K.:Cambridge Univ.Press，2003.

[9]贺恒鑫，何俊佳，钱冠军，等．棒-板长间隙正极性流注生长概率模型及应用[J]．高电压技术，2008，34（10）：2047-2053．HE Hengxin，HE Junjia，QIAN Guanjun，et al.Long rod plate gap of Positive Streamer growth probability model and its application[J].High Voltage Engineering，2008，34（10）:2047-2053.

[10]任晓毓，张义军，吕伟涛，等.雷击建筑物的先导连接过程模拟[J].应用气象学报，2010，21（4）：450-457．REN Xiaoyu，ZHANG Yijun，LV Weitao，et al.Simula⁃tion of lightning leaders and connection process with struc⁃tures[J].Journal of Applied Meteorological Science，2010，21（4）:450-457.

[11]张迅，曾华荣，李艳玲，等.基于Wagner抵消场法的输电线感应过电压计算[J].电瓷避雷器，2014（5）：105-108．ZHANG Xun，ZENG Huarong，LI Yanling，et al.Calcula⁃tion of induced overvoltages in transmission line based on Wagner offset field method[J].Insulators and Surge Arrest⁃ers，2014（5）:105-108.

[12]BERGER K，VOGELSANGER E.New results of lightning observations[J].Planetary Electrodynamics， 1969（1）:483-489.

[13]黄克俭，王小飞，贺姗，等.用闪电电气-几何模型分析架空线路雷电感应电压数值大小[J].电瓷避雷器，2013（6）：136-140．HUANG Kejian，WANG Xiaofei，HE Shan，et al.Analy⁃sis of lightning-induced voltage numerical value on over⁃head lines by lightning electric-geometry model[J].Insula⁃tors and Surge Arresters，2013（6）:136-140.

[14]谭涌波，陶善昌，祝宝友，等.雷暴云内闪电双层，分枝结构的数值模拟[J].中国科学:地球科学，2006，36（5）：486-496．TAN Chongbo，TAO Shanchang，ZHU Baoyou，et al.Nu⁃merical simulation of the double，the branching structure of thunderstorm lightning[J].Science China Earth Scienc⁃es，2006，36（5）:486-496.

[15]TAN Yongbo，TAO Shanchang，LIANG Zhongwu，et al.Nu⁃merical study on relationship between lightning types and distribution of space charge and electric potential[J].Jour⁃nal of Geophysical Research-Atmospheres，2014，119（2）:1003-1014.

[16]彭向阳，王锐，毛先胤，等.输电线路架空地线电能损耗特性测量及仿真[J].广东电力，2016，29（3）：120-126.PENG Xiangyang，WANG Rui，MAO Xianyin，et al.Mea⁃surement and simulation on electric power loss characteris⁃tic of overhead ground wires of power transmission lines[J].Guangdong Electric Power，2016，29（3）：120-126.