雷電物理和防護(hù)工程實驗室
實驗室概況
中國氣象科學(xué)研究院雷電物理與防護(hù)工程實驗室成立于2003年7月 。
雷電物理和防護(hù)工程實驗室圍繞我國經(jīng)濟建設(shè)中與防雷減災(zāi)有關(guān)的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、前瞻性、應(yīng)用性重大課題，開展雷電監(jiān)測、預(yù)警和防護(hù)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究，為雷電業(yè)務(wù)需求提供科技支撐和技術(shù)培訓(xùn)服務(wù)。該實驗室是我國大氣電學(xué)研究的重要基地，具有科學(xué)理論與業(yè)務(wù)應(yīng)用相結(jié)合的研究特色。
主要研究方向
（1）雷電物理、雷擊機理和防護(hù)技術(shù)研究
利用先進(jìn)的雷電探測手段對雷電聲、光、電、磁等參量進(jìn)行綜合同步測量，分析研究雷電的發(fā)生發(fā)展物理過程；對雷電接地過程進(jìn)行觀測和研究，分析雷電與接地物及其周邊設(shè)施（特別是電子設(shè)備）的相互作用，研究雷擊機理，發(fā)展防雷新方法和新技術(shù)；開展電磁兼容試驗研究，獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為雷電電磁干擾防護(hù)技術(shù)的開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。
（2）雷電探測新技術(shù)研究
以現(xiàn)有的雷電探測手段為基礎(chǔ)，圍繞雷電探測中的重要應(yīng)用基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究；開展雷電探測新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，以提升探測效率和探測精度；發(fā)展雷電探測網(wǎng)的探測性能評估方法，為雷電探測資料的合理應(yīng)用提供指導(dǎo)；開展雷電探測資料應(yīng)用研究，揭示雷電放電特征和雷電活動規(guī)律。
（3）雷暴閃電活動特征和雷電預(yù)警預(yù)報方法研究
利用雷電和雷暴云的綜合觀測資料，研究雷電放電的時空演變規(guī)律及其與動力和微物理過程的耦合機制，認(rèn)識雷電活動與其它氣象要素和天氣過程的相關(guān)關(guān)系，發(fā)展雷暴云起電、放電模式與中尺度數(shù)值預(yù)報模式的耦合技術(shù)，開發(fā)雷電預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)，提高我國雷電預(yù)警預(yù)報的水平，并拓展雷電資料在災(zāi)害性天氣監(jiān)測、預(yù)警和預(yù)報中的應(yīng)用。
（4）雷電災(zāi)害特征及其機理研究
建立我國雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，較為全面地涵蓋雷電災(zāi)害事件的各項特征；對我國的雷電災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計，研究我國雷電災(zāi)情的分布特征；分析雷電致災(zāi)機理，針對不同類型的災(zāi)害提出合理建議，為防雷減災(zāi)提供科學(xué)服務(wù)。
目前開展的主要研究工作
i，開發(fā)和研制高精度新型全閃電監(jiān)測系統(tǒng)
發(fā)展高精度GPS授時、高速數(shù)據(jù)采集、基于波形特征的閃電放電類型識別、閃電電場變化輻射脈沖到達(dá)時間差快速定位以及信號時域相關(guān)性和頻譜特征分析等集成新技術(shù)，對云閃、地閃和窄偶極性脈沖放電事件的進(jìn)行高效率探測和高精度定位，描繪雷電三維發(fā)展傳輸特征。
ii，開發(fā)和研制雷電聲、光、電、磁探測設(shè)備
發(fā)展和完善基于不同技術(shù)手段的雷電聲、光、電、磁探測手段，以單站或組網(wǎng)形式獲取雷電放電過程在不同頻段產(chǎn)生的信號，并基于GPS同步技術(shù)或同步觸發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)不同探測系統(tǒng)的同步觀測，為開展雷電物理過程雷電防護(hù)理論研究提供基礎(chǔ)技術(shù)手段。
iii，雷暴閃電活動規(guī)律和機理研究
研究中尺度熱動力場、雷暴動力過程和微物理過程與雷暴電荷結(jié)構(gòu)形成、閃電特征（頻次、類型、極性等）等相互關(guān)系，揭示不同類型雷暴過程閃電活動的規(guī)律和內(nèi)在機制；建立雷電活動與多種雷暴參量之間的參數(shù)化關(guān)系，發(fā)展閃電資料的同化方法和技術(shù)；完善起放電參數(shù)化方案，發(fā)展基于中尺度數(shù)值模式的雷電模式。上述研究為雷電預(yù)警、預(yù)報研究提供了基礎(chǔ)理論支撐。
iv，開發(fā)1-2小時雷電臨近預(yù)警技術(shù)和2-6小數(shù)雷電活動預(yù)報技術(shù)
研究融合多種時空分辨率氣象觀測資料（天氣類型、探空、衛(wèi)星、雷達(dá)、閃電定位、電場、雷暴模式數(shù)據(jù)等）逐步預(yù)警雷電活動發(fā)生的新思路，發(fā)展多源數(shù)據(jù)資料綜合分析新技術(shù)，探索雷電臨近預(yù)警的產(chǎn)品形式，開發(fā)1-2小時雷電臨近預(yù)警業(yè)務(wù)平臺。在中尺度WRF和GRAPES模式中寫入起、放電參數(shù)化方案，開發(fā)中尺度雷電模式，開展預(yù)報試驗，建設(shè)測試預(yù)報平臺，實現(xiàn)2-6小時雷電活動預(yù)報。上述兩個系統(tǒng)為基礎(chǔ)，研究雷電活動無縫隙預(yù)報的融合技術(shù)。
v，開展雷電物理過程精細(xì)化綜合觀測研究和真實雷電電磁環(huán)境下的防護(hù)新技術(shù)測試試驗
以廣州雷電野外試驗基地為依托，以雷電野外試驗和測試平臺為基礎(chǔ)，完善人工觸發(fā)雷電技術(shù)，進(jìn)一步提高閃電通道電流、閃電通道不同距離聲、光、電、磁的同步高精度測量技術(shù)，發(fā)展野外環(huán)境下多參量閃電數(shù)據(jù)和雷電防護(hù)測試數(shù)據(jù)的同步采集技術(shù)，獲取雷電過程及其耦合過程的綜合觀測資料，細(xì)化和深化對閃電放電物理過程的認(rèn)識，揭示自然閃電源引致電子和電氣設(shè)施損毀的機制，為雷電防護(hù)理論和標(biāo)準(zhǔn)研究提供科技支撐。
科研團(tuán)隊情況
雷電物理和防護(hù)工程實驗室現(xiàn)有固定人員14人，其中研究員3人，副研究員和高級工程師7人。另有流動人員（含博士和碩士研究生、訪問學(xué)者等）15人。實驗室人員以中青年科技骨干為主，40歲以下的固定工作人員11人，其中5獲評為中國氣象科學(xué)研究院優(yōu)秀青年，2人入選中國氣象科學(xué)研究院高層次人才培養(yǎng)計劃。
代表性成果
i，自主開發(fā)了高精度新型閃電探測系統(tǒng)，具有對云閃、地閃和窄偶極性脈沖放電事件的三維時空探測能力，該系統(tǒng)在技術(shù)創(chuàng)新、探測能力和應(yīng)用前景方面具有顯著的優(yōu)勢和潛力。
ii，在WRF模式中初步實現(xiàn)起電、放電參數(shù)化的寫入，這在國內(nèi)屬于領(lǐng)先的工作，不僅為我們在中尺度背景條件下研究閃電活動的機理提供了重要手段，也為未來閃電預(yù)報試驗研究奠定了基礎(chǔ)。
iii，閃電和降水、云內(nèi)粒子含量、臺風(fēng)發(fā)展強度及路徑等關(guān)系的建立，為閃電資料的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
iv，雷電臨近預(yù)警系統(tǒng)填補國內(nèi)在該平臺方面的空白，其中集成運用了多項創(chuàng)新方法，并率先提出了雷電臨近預(yù)警的產(chǎn)品形式。該系統(tǒng)在全國24個省市氣象部門得到推廣，在諸如世博會、大運會等重大活動的雷電預(yù)警中發(fā)揮了重要作用，并在比如人工影響天氣、森林防火等部門得到應(yīng)用。
v，雷電野外試驗和測試平臺是我國當(dāng)前較為完善的集雷電觀測和防護(hù)試驗為一體的平臺，創(chuàng)新性的解決了大空間尺度內(nèi)、多參量閃電及防護(hù)試驗數(shù)據(jù)的同步高精度采集，獲取了大量的第一手資料?；谠撈脚_開展了自動氣象站、無線通訊基站、高電壓輸電線路、埋地電纜、風(fēng)力發(fā)電機和電涌保護(hù)器等設(shè)備雷電防護(hù)試驗，試驗結(jié)果有力推動了防雷器件測試裝置及方法的革新。
vi，高建筑雷電放電過程的觀測試驗和研究在國際上首次發(fā)現(xiàn)了自然地閃下行梯級先導(dǎo)擊中上行連接先導(dǎo)頭部以下（非頭部-頭部連接）的現(xiàn)象。同時，以該試驗為基礎(chǔ)發(fā)展的基于雙站光學(xué)觀測重建三維閃電通道的技術(shù)有利于克服原有二維觀測的局限性，為更加客觀的認(rèn)識閃電發(fā)展、傳播和連接特征提供了一種途徑。
vii，自主建立的全國雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)庫是我國第一個以雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)為主要搜集對象的數(shù)據(jù)庫。以全國雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開展的雷電災(zāi)害特征研究系統(tǒng)揭示了我國雷電災(zāi)害的時空分布、行業(yè)分布、環(huán)境分布、人員分布等特征。
實驗室內(nèi)景
雷電臨近預(yù)警系統(tǒng)平臺
一次地面觸發(fā)閃電
一次空中觸發(fā)閃電
來源：中國氣象科學(xué)研究院官方網(wǎng)站
