优秀成果展示——雷电多尺度观测及雷击防御关键技术研发和应用
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发布时间：2025/4/20 0:00:00
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| 成果评价编号： |
中气科成评[2024]042 |
| 评价结果： |
良好 |
| 成果名称： |
雷电多尺度观测及雷击防御关键技术研发和应用 |
| 完成单位： |
中国气象科学研究院、中国气象局广州热带海洋气象研究所、中国科学技术大学、中国科学院大气物理研究所、北京交通大学、上海交通大学、南京信息工程大学 |
| 成果形式： |
应用研究和技术开发类-系统 |
| 研究领域： |
综合气象观测 |
| 评价年份： |
2024 |
| 完成人： |
吕伟涛、郑栋、张 阳、姚雯、陈绍东、祝宝友、蒋如斌、李清勇、刘亚坤、孟青、谭涌波、陈绿文、张文娟、王飞、马颖、刘恒毅、徐良韬、樊艳峰、武斌、颜旭、齐奇 |
| 成果简介： |
项目组在国家重点研发计划项目“雷暴云起放电过程和雷击效应研究”支持下，针对雷电探测数据信息不足、雷电预警预报效果欠佳、雷击测试源无法模拟雷电全过程放电的科学技术难题，组织联合攻关，创新研发了涵盖广域雷电活动探测、区域雷电通道三维定位和通道内部雷电物理过程测量的多尺度雷电观测体系，形成对雷电全过程、多要素综合感知及数据获取能力，创立了数据和机理协同驱动的雷电临近预警和短时预报一体化系统，将雷电预报ETS评分提升3-5倍，建成雷击机理与全过程损伤效应试验平台，发现雷电放电物理过程新现象，揭示航空、航天、新能源等行业雷电敏感器件的雷击损伤机理和特性，取得集论文、专利、软著、系统、平台、应用等成果。
创新一：建立了多尺度、多要素雷电综合观测体系，为科研和业务提供先进技术支撑
传统雷电探测数据信息有限，对科研和业务需求支撑不足。项目组发展了基于GPU并行查表的混合长基线广域天电定位技术，实现了对千公里外雷电活动的实时探测，提升了我国远洋雷电的监测能力；发展了基于AI的脉冲特征识别等技术，实现了百公里范围内三维雷电通道快速定位和精细描绘；发展了近距离大动态范围电磁场测量、雷电通道结构和放电参量联合反演技术，将雷电通道解析的时空分辨率提升到亚微秒和米量级。
创新二：创立数据和机理协同驱动的雷电预警预报方法和系统，预报效果提升显著
雷电活动规律和机理认识不足，以及传统雷电预警预报技术对观测和模式信息的挖掘不足，是制约雷电预警预报能力提升的突出难题。项目组将雷电通道形态信息引入雷暴电学，提出基于公里尺度网格的雷电活动诊断方法，发展了应用传统雷电数据模拟真实放电区域的空间扩散技术；研发了雷电预警预报人工智能模型，创立了数据和机理协同驱动的雷电预警和预报一体化系统，雷电预报ETS评分相比数值模式诊断预报提升3-5倍，科技查新表明技术和系统具有首创性。
创新三：建成雷击机理与全过程损伤效应试验平台，有力推动雷电物理过程研究和雷击防护科学测试技术进步
传统雷击测试手段欠缺对雷电复杂全过程放电的模拟和测试能力。项目组研发了数字式光纤链路点火系统，显著提升人工引雷作业的安全性和系统稳定性；研制了4800kV级高电压、200kA级多波形、多脉冲全电流输出装置，解决了实验室对雷电复杂放电过程的模拟难题；建成雷击机理与全过程损伤效应试验平台，实现多种雷击承载体的嵌入及测试。平台支撑发展了复杂下垫面雷击概率评估和机理分析技术，建立了国际领先的高建筑物群雷击数据集，首次发现正地闪中的针状放电结构。成果直接推动了对航空、航天、新能源等行业关键器件雷击损伤特性和机理的新认识。
1）混合长基线广域天电阵列被欧空局列为大气-空间相互作用监测器（ASIM）观测计划在亚太地区唯一地基验证网。基于该阵列数据，首次揭示云顶蓝色放电的精细化光电特征，成果发表在顶级期刊《Nature Communications》。
2）通道级别三维全闪定位技术支撑了广州、海南、西藏那曲三维闪电定位网的建设，数据已被用于DDW1型国家业务雷电定位系统性能评估，并提供当地气象部门支撑雷电监测预警业务。
3）建设了京津冀和广东两个雷电临近预警和短时预报一体化系统示范平台，成为强对流天气预报的重要参考；广东平台为石化、旅游等行业用户提供了专业化服务。
4）雷击机理与全过程损伤效应试验平台吸引航空、航天、新能源等行业开展雷电防护技术测试，包括：国产C919飞机结构件/燃油箱/电子电气系统关键器件雷电防护试验、风机叶片接闪装置和叶片的损伤试验，某型试验弹雷击试验、浪涌保护器破坏试验等，为揭示雷击损伤机理，改进防雷设计提供了数据基础和技术支撑。
5）以试验平台和系列科技成果为依托，利用多媒体、自媒体开展科普视频宣传，接受电视和杂志等媒体采访，积极向公众普及防雷知识。
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