一、基本信息

中国气象局雷电野外科学试验基地（以下简称为雷电基地）依托单位为中国气象科学研究院和中国气象局广州热带海洋气象研究所，该基地的前身为广州野外雷电试验基地（始建于2006年），于2018年首批入选中国气象局野外科学试验基地。

雷电基地包含了1个试验场和5个观测站。主体位于广州，目前主要包括广州从化人工引雷试验场、从化气象局雷电观测站和广州高建筑物雷电观测站。另外还包括1个高塔雷电观测站和2个高山雷电观测站：深圳石岩高塔雷电观测站、重庆金佛山雷电观测站、福建九仙山自然闪电观测站。

二、气候背景

雷电基地主体位于广东省广州市，地处亚热带季风区，天气系统多样，雷暴活动频繁。前汛期盛行夏季季风，受环流形势影响，中尺度对流系统常常引起暴雨、短时强降水、冰雹、龙卷等灾害性天气；后汛期，该区域常常受到台风和其它热带天气系统影响。这期间，热力不稳定引起的强对流也是重要的天气过程。上述强对流过程往往伴随着剧烈的闪电活动，而不同类型的天气系统，闪电活动特征存在明显差异。

雷电基地还包含非常有特色的高建筑物/高塔雷电观测站（广州和深圳）和高山雷电观测站（重庆金佛山和福建九仙山），涵盖了我国华南、东南和西南区域。这些区域是我国雷暴高发区，对流系统种类丰富、对流触发和发展条件多样、雷暴季节持续时间长，为开展雷暴闪电活动以及闪电放电物理过程研究、人工触发闪电试验以及雷击防护测试等提供了得天独厚的条件，也为雷电预警、预报以及闪电资料在灾害天气监测、预警和预报中的应用研究提供了重要基础，具有显著的代表性和不可替代性。

三、目标定位

以提升气象灾害预警和防御能力为指导方针，坚持为我国雷电监测、雷电预警预报、雷电防护业务提供科技支撑，建设成为集雷电科学试验、技术研发和测试于一体的基础性、开放型的国际一流大气电学综合试验基地。

雷电基地围绕雷电探测、雷电物理、雷暴电学、雷电预警预报以及雷电防护等方面开展了系列性的研究工作，并持续多年开展了雷电野外观测试验。主要研究方向包括：

1. 雷电探测新技术、装备和系统研发；
2. 雷电物理过程及其机制研究；
3. 雷暴电学及多源气象资料融合应用技术研究；
4. 雷电预警预报技术、方法和系统研发；
5. 雷击机理和雷电防护技术研究。

四、仪器设备情况

目前雷电基地主要仪器设备如表1所示。

五、火箭发射平台

发展了火箭自由触发技术，实现雷电试验场全区域雷击全过程损坏效应试验。建设了可用于试验对象的新型多功能引雷平台，增加了雷电科学试验测试空间，提升了人工触发闪电效率。

新型多功能引雷平台

雷电流测量设备舱

六、主要科技创新

1、创建了国际一流的雷击机理和防护试验平台，为雷电及其防护的科学研究与测试提供了先进手段。

雷击机理和防护试验平台示意图

2、在雷电发展、接地过程及其破坏效应方面获得创新性发现，刷新了对雷击物理过程及其致灾机理的科学认识。

3、平台应用于雷电探测技术研发与性能检验、防护技术测试，推动了雷电探测和防护新技术的发展。

七、主要科研成果

7.1揭示闪电先导连接物理过程以及高建筑物对闪电先导影响特征

1）高速光学观测揭示自然闪电连接过程

利用高速摄像机对高建筑物的地闪连接过程进行了同步观测。统计分析先导的平均梯级间隔，梯级步长和二维速度等特征。相关观测结果加深了人们对闪电连接过程的认识，为该过程的模拟研究提供了数据支撑。

一次近距离下行负地闪的连接过程的高速摄像连续图像

2）不同高度和顶部形状高建筑物雷电连接过程的揭示

统计分析了广州不同高度、不同顶部形状建筑物上的二维闪击距离特征。提出了一种新的闪击距离的估算方法—“UCL L-t Eq.（上行连接先导长度—时间方程）”法。结果表明雷击建筑物的高度和顶部几何形状是影响闪击距离的关键因素。

3）模拟揭示了高建筑物雷击的分布规律

模拟研究发现当建筑物高度确定，闪电回击峰值电流越强，对应的闪击距离越大，并探讨了闪击距离与上行连接先导起始时间的相关性。改进闪电先导随机模式，模拟研究指出600 m高的建筑物被雷击的概率为100 m高的建筑物的3.6倍，高建筑物会使附近击中地面的闪电的接地点向建筑物方向偏移。

模拟分析得到的高建筑物及其附近的雷击概率

4）首次给出广州塔回击电流特征

利用获取的广州塔雷电回击过程多参量综合同步观测资料，分析了广州塔闪电回击电流特征。相比于首次回击，继后回击电流波头时间更短，广州塔对其所产生的“长传输线”影响更为明显，因此观测到的所有继后回击雷电流波形均呈现出明显的双峰特征。

广州塔多回击上行闪电的雷电流直接测量结果

5）模拟揭示高建筑物对地闪回击电磁场影响

采用3D-FDTD电磁场数值算法，探究了多种传播路径对高建筑物雷电电磁场传播规律的影响。高建筑物雷电电磁场一般都会受到海陆混合路径传播路径的影响，并且距离在一些情况下会显著增强海陆传播路径对雷电电磁场的影响。

海陆混合路径下影响下的雷电角向磁场和垂直电场

7.2 雷击机理与防护试验平台的应用推进了雷电防护技术发展

1）阐明触发闪电初始长连续电流过程GPR对SPD的损坏机理

基于人工触发闪电技术，开展了接闪地网地电位抬升冲击电涌保护器（SPD）的观测试验，分析触发闪电初始长连续电流过程对SPD的冲击和损坏效应。分析发现冲击SPD的效应与初始长连续电流过程的不同的波形密切相关，当长连续电流过程叠加上升沿较快幅值较大的初始连续电流脉冲，流经SPD的能量会迅速增加，是长连续电流过程中SPD损坏的最为关键因子。该研究成果的应用推广，可以完善防雷器件测试项目，提高防雷器件的防护能力，有效减少因测试技术片面，使防雷器件防护能力不足而引起的直接和间接损失。

2）揭示“闪电连续电流叠加M分量”过程的致灾特征及机理

回击及之后连续电流叠加多个较大电流的M分量过程的SPD的冲击破坏效应也是相当可观的，不论是击中导线还是通过入地电流的反击都会对电力系统形成严重的破坏。

3）发现真实雷电环境下的地网地电位抬升和暂态效应

开展了真实雷电环境下地网电位抬升和暂态效应的研究。继后回击引起的地电位抬升波形具有双峰型特征，主峰持续时间为亚微秒量级；回击和M分量过程引起的地网地电位升高主要都是由雷电流在土壤中的泄放引起的，感应耦合的作用相对较弱，而后者更为明显；在雷电流的瞬间冲击下，回击过程火花效应更为明显。

4）阐释临近地网相互作用及转移电位特征

雷电流通过接地网向周围土壤的扩散，不仅注入地网产生高电位，在接地网附近与之连接或分离的导线上也会产生较高转移电位。试验发现雷电流注入地网后回击引起的主地网和被动地网电压瞬间都有明显的抬升，邻近地网GPR电压峰值出现较大的衰减。被动地网10-90%上升时间和半峰宽度相对主动地网值变长，被动地网波形变得较为缓和平滑，说明GPR高频分量随着距离有明显的衰减。与主地网相比峰值明显滞后，其滞后时间基本为常数（1.2 μs）。

一次触发闪电6次回击主动和被动地网地电位升高电压波形叠加图（黑色实线为主地网电压波形，红色虚线为被动地网电压波形）