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广州塔雷电回击电流波形的观测和模拟

雷电；广州塔；回击

雷电防护技术与应用 > 雷电防护工程理论和应用

雷电流波形资料对于雷电物理和雷电防护研究非常重要。但至今为止，我国自然闪电雷电流的高分辨率观测资料还十分有限。高建筑物遭受雷击的概率远远高于普通建筑物，是雷电观测的良好平台。600米高的广州塔是华南最高(全国第二高)的建筑，年均遭受雷击次数可达数十次。从2021年开始，中国气象科学研究院和广州热带海洋气象研究所的雷电团队采用大型柔性罗氏线圈，初步建设了广州塔雷电流直接测量系统，对广州塔雷电回击电流波形和相应的回击电磁场、光辐射等参量开展了同步观测试验。

    初步观测结果表明，广州塔下行闪电首次回击电流10 ~ 90%的上升时间和半宽时间分别在6.0 ~ 9.3 μs和68.1 ~ 96.9 μs范围内。广州塔上行闪电回击电流波形具有明显的双峰特征，其初始峰10 ~ 90%的典型上升时间约为0.4 ~ 0.5 μs。广州塔上行闪电回击电流的半宽时间范围为6.1 ~ 39.3 μs,  其算术平均 (几何平均)值为18.1 (15.0) μs。广州塔下行闪电首次回击的峰值电流也明显比广州塔上行闪电继后回击的更大。当利用两段具有不同特征阻抗的无损均匀传输线分别表征广州塔454米的主体结构和146米的天线杆结构，初始注入电流采用10阶海德尔函数表征的理想雷电流波形时，可以较好地模拟出广州塔上行闪电继后回击电流波形中国的初始峰和二次峰等特征。初步模拟结果表明，初始注入广州塔顶部的的回击电流峰值远低于在492 m AGL处测量的峰值。与防雷标准中推荐的典型下行负极性继后回击电流波形相比，广州塔上行闪电继后回击的初始电流也可能具有相似的波前时间，但其衰减时间相对更短。