余駿皓 譚涌波 鄭天雪 王藝儒 師 正

1)(南京信息工程大學氣象災害教育部重點實驗室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實驗室/氣象災害預報預警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心/中國氣象局氣溶膠與云降水重點開放實驗室，南京 210044) 2)(中國氣象科學研究院災害天氣國家重點實驗室/雷電物理與防護工程實驗室，北京 100081)

引 言

地閃過程中，下行梯級先導傳播至近地面區(qū)域可使地面尖端物體表面一點或幾點處的電場增加至周圍空氣的擊穿閾值，始發(fā)一個或多個向上發(fā)展的先導[1]，后者被稱為多上行先導。根據(jù)是否與下行先導相連接可將其分為上行連接先導(upward connecting leader,UCL)與上行未連接先導(unconnected upward leader,UUL)[2]。早在20世紀30年代，McEachron[3]通過條紋攝像機拍攝到美國紐約帝國大廈附近建筑物始發(fā)未連接的上行流光，證實多上行先導的存在。受限于觀測手段，當時未能記錄下先導發(fā)展全過程數(shù)據(jù)[3-6]。高速攝像的應用推動這一領(lǐng)域的發(fā)展，大量光學研究表明，不同地面條件，地閃連接過程中出現(xiàn)多上行先導并非個例[7-14]，密集的高建筑物對其影響尤為顯著。Lu等[12]整理中國廣州珠江新城19次地閃數(shù)據(jù)，得出建筑物越高，該建筑物越易受較遠下行先導影響而始發(fā)UUL。Gao等[13]利用雙站攝像數(shù)據(jù)重建三維閃電通道，統(tǒng)計6次UCL長度范圍為180～818 m，平均值為 426 m。吳姍姍等[14]通過分析廣州塔附近地閃分布得出廣州塔能夠吸引附近1 km內(nèi)的地閃分支，UUL大多始發(fā)于較高建筑物的結(jié)論。

觀測工作能夠直觀展現(xiàn)多上行先導發(fā)展特征，模式研究則從仿真模擬的角度給出分析。目前已有相關(guān)工作[15-20]使用單連接先導模型從正、負先導間連接方式、側(cè)擊雷的產(chǎn)生機制及高建筑對附近低矮建筑的臨界保護距離等方面開展研究。吳珊珊[19]利用二維隨機模式模擬廣州珠江新城各高建筑對附近建筑物的保護效果，分析得出最高的廣州塔對周圍地閃吸引作用最大。此類基于單連接先導模型的模式工作對地閃連接過程已取得一些成果，然而受限于對多先導過程認知不足與高精度模擬效率過低，涉及多上行先導的模式研究較為欠缺。Arevalo等[21]利用三維物理模型，模擬下行先導垂直且無分叉的發(fā)展并從先導發(fā)展速度和時間的角度分析同一建筑物上UCL和UUL間的競爭關(guān)系。考慮多上行先導的三維隨機模式工作處于空白狀態(tài)，相較于物理模型，隨機模型能夠在空間形態(tài)上模擬出與實際相近的先導通道，且三維模擬能更精準還原地面建筑物群的分布與幾何特征，也是模擬研究多先導的有效方法。

綜上所述，高速攝像技術(shù)未普遍用于地閃觀測時，模式研究大多用單連接先導模型處理下行先導到達近地面區(qū)域時誘發(fā)上行先導的情形。隨著觀測能力提高，更多始發(fā)UUL的案例被完整記錄，與之對應的多上行先導模擬研究仍較欠缺，三維物理模型探討同一建筑物上多先導間的競爭關(guān)系，三維隨機模型下的先導形態(tài)更接近實際閃電通道，適用于建筑物群中多連接先導研究。因此，本文擬建立一個始發(fā)于高建筑物群的多上行先導三維隨機模型并結(jié)合廣東省高建筑物閃電觀測站(Tall-Object Lightning Observatory in Guangzhou，TOLOG)光學觀測數(shù)據(jù)，對模型中UUL起始及發(fā)展部分進行合理性驗證，為探討多上行先導始發(fā)的有利條件及UUL，UCL間的競爭關(guān)系提供基礎(chǔ)模型。

1 模型建立

本工作在譚涌波等[16]建立的三維近地面隨機模式的基礎(chǔ)上，建立高建筑物群多上行先導模型，實現(xiàn)對多個先導起始、發(fā)展及最后一跳的模擬。本章著重介紹新建立的模型并將其應用于廣州珠江新城的地閃模擬。

1.1 多上行先導模型

多上行先導模型的建立需要考慮先導的始發(fā)、傳播、終止及電場計算，作為近地面區(qū)域的地閃模擬，各主要參數(shù)及處理方法均參考隨機放電參數(shù)化方案，與單連接先導模型的主要區(qū)別在于多先導的啟動以及優(yōu)化電場算法等。本模型選取近地面上方1000 m×1000 m×1000 m空間范圍為模擬區(qū)域，分辨率為5 m×5 m×5 m。在地面中心放置9座50 m×50 m×300 m的建筑物，間隔統(tǒng)一為50 m。除分辨率外的其他參數(shù)均可根據(jù)不同模擬需求進行調(diào)整，在此設置下建模。

1.1.1 下行先導發(fā)展

由于地閃中90%以上為負地閃[22]，本模型在模擬域的頂部正中設置長25 m，初始電位為-30 MV的下行負先導以模擬負地閃到達近地面區(qū)域的情況，這與Mazur等[23]、譚涌波等[17]、任曉毓等[20]的假設相似。根據(jù)已有觀測結(jié)果[3-14]，下行先導到達近地面區(qū)域時具有傾斜、分叉、總體向下發(fā)展的形態(tài)特征，因此本模型中的下行先導第1步發(fā)展僅能在先導頭部周圍格點中選擇，此后每步都可從通道周圍選擇符合發(fā)展條件的格點，即滿足下行先導傳播閾值為220 kV·m-1[16-19,24-26]。若發(fā)展過程中有多個符合條件的候選點，則根據(jù)電場值的權(quán)重隨機發(fā)展下一步通道。與Tan等[18]工作類似，認為先導通道是有電阻的導體，通道內(nèi)部電壓降為500 V·m-1。本模型除最后一跳外，下行先導不可向上發(fā)展。

1.1.2 多上行先導的起始

實現(xiàn)多上行先導起始的關(guān)鍵是合理搜尋建筑物并始發(fā)先導。根據(jù)多上行先導觀測數(shù)據(jù)，UUL與UCL多始發(fā)于不同的建筑物上[3-14]，因此本模型僅允許多先導在建筑物群中的不同建筑物啟動，始發(fā)位置包括天線、建筑物頂部、側(cè)面等，即只要滿足始發(fā)條件的建筑物表面格點均可始發(fā)。下行先導每發(fā)展一步則重解空間電位分布并搜尋建筑物群是否存在上行先導起始點。模擬域的網(wǎng)格化使得建筑物上電場離散變化，即便提高模型分辨率，每步下行先導發(fā)展長度僅5～10 m，也存在下行先導發(fā)展至某步時，同一建筑物上多個格點同時達到始發(fā)上行先導條件的可能，本文選擇其中最大電場值處啟動先導，認為該點為該建筑上首個滿足條件的點。對多個建筑物，從頂部向下同時進行搜尋，不同建筑物上的上行先導起始點可在同一次搜尋中同時始發(fā)先導，也可在下行先導發(fā)展至不同位置時分別始發(fā)，均以始發(fā)點電場值達到始發(fā)閾值作為上行先導始發(fā)標準，以此實現(xiàn)多先導同時或是先后始發(fā)，每次始發(fā)新的上行先導后重解全域電位。由于不可預測多先導中哪一支成為UCL，且研究表明[21,27]，UCL與UUL的電流脈沖的峰間間隔與電流大小都非常相似，設置多連接先導的起始閾值同為220 kV·m-1[16-19,24-26]。

1.1.3 多先導發(fā)展與連接

不同于下行先導的多分叉現(xiàn)象，UCL和UUL在傳播過程中，幾乎沒有分支存在[3-14]。因此，設置多上行先導的每一步發(fā)展只可在其先導頭部周圍環(huán)境點隨機選擇，傳播閾值與先導起始閾值相同。正、負先導循環(huán)發(fā)展，存在多上行先導時，多先導同時發(fā)展。本模型中，正、負先導的發(fā)展都采用步進式(step-by-step)隨機參數(shù)化方案，即每次正、負先導通道的擴展只選取1個后繼通道點，各符合條件的候選點根據(jù)其電場值大小分配其在概率函數(shù)中相應權(quán)重以實現(xiàn)先導隨機發(fā)展[28]。與下行先導設置相似，上行先導除了最后一跳外，不得向下發(fā)展。

觀測工作中僅有正、負先導頭部對頭部，下行先導頭部對上行先導側(cè)面兩種連接方式[29]的記錄，本模型也在最后一跳模擬這兩種連接形態(tài)：每次循環(huán)發(fā)展完正、負先導，計算下行先導頭部與上行先導所有通道點之間的電場值，若達到連接閾值500 kV·m-1[24-26]，則完成連接，結(jié)束本次地閃模擬。

1.1.4 并行算法下的電場求解

泊松方程求解是閃電數(shù)值模擬過程中最耗時的部分，尤其是三維高精度的模擬工作，若沿用CPU(central processing unit，中央處理器)串行的超松弛迭代計算方法，本模型模擬1次地閃的時間長達72 h，用于大規(guī)模敏感性試驗顯然效率過低。若是為提升速度而降低計算精度或模式分辨率，這種犧牲模擬效果的做法也不可取。為同時滿足高計算精度和低計算耗時的需求，本模型基于GPU(graphics processing unit，圖形處理器)并行計算技術(shù)，通過雙數(shù)組交替法去除原先超松弛迭代計算中的數(shù)據(jù)相互依賴性，使之適應GPU并行計算要求，選取pgFortran作為計算平臺[30]求解泊松方程。本模型中，地面、建筑物群、先導通道以及模擬域上邊界均滿足 Dirichlet 邊界條件，模擬域的側(cè)邊界滿足Neumann邊界條件，將電場強度達到相應閾值作為先導始發(fā)、發(fā)展以及連接的依據(jù)，閃電先導通道每發(fā)展一步，則使用上述GPU并行計算方法重解全模擬域的電位。由于模擬域網(wǎng)格的離散化，采用七點中心差分法計算每一格點在各方向上的電場強度[16-17]，根據(jù)概率函數(shù)在候選點中選擇發(fā)展的下一步通道[16-20]。

圖1為建模后進行的一次模擬，圖中下行先導大體形態(tài)垂直向下，有3個主要分支，共始發(fā)6個上行先導，包括1個UCL與5個UUL，多先導出現(xiàn)位置在建筑物群的四角或邊緣，發(fā)展高度從15～135 m 不等，連接方式為正、負先導頭部與頭部相連接。

圖1 一次地閃過程的模擬

1.2 模擬設置

為驗證所建模型的合理性，將其應用于廣州珠江新城區(qū)域的實際地閃模擬。根據(jù)TOLOG的觀測視野[14]，調(diào)整近地面上方1000 m×2500 m×1500 m空間范圍作為模擬區(qū)域。該水平范圍的選取既包括模擬測站視野范圍內(nèi)的8座最高建筑物，又保持建筑物與模擬域邊界之間的合理距離，消除地閃模擬中邊界帶來的影響，設置的模擬域高度足以展現(xiàn)下行先導發(fā)展至近地面時彎曲與分叉的形態(tài)特性。

模擬的8座建筑物分別為廣州塔(600 m)、廣州周大福金融中心(又稱廣州東塔(530 m))、廣州國際金融中心(又稱廣州西塔(440 m))、廣晟國際大廈(360 m)、環(huán)球都會廣場(318 m)、珠江城大廈(310 m)、越秀金融大廈(310 m)和利通廣場(303 m)[31]。其中，廣州塔塔身為橢圓形柱體，頂部有145 m長的天線，東塔的塔頂設計為一斜坡與一小平臺；西塔是正三角柱體；廣晟國際大廈頂部由3個小平臺和50 m長的天線組成，4座較矮建筑物均為長方體。廣州塔與其余7座高建筑物距離較遠，高建筑物群的相對位置與形狀嚴格根據(jù)上述調(diào)研情況[14]設置。由于模擬域的網(wǎng)格化，廣州塔的塔身用相應尺寸長方體模擬，西塔用直角三角形柱體模擬，使得建筑物各面盡可能處于格點上，利于上行先導起始點的搜尋。鑒于建筑物的頂部形狀與天線對于大氣電場的畸變效果明顯[32]，模型中精細模擬各建筑物頂部形狀，包括東塔頂部的斜坡、廣晟國際大廈的各層小平臺與天線, 其外形與分布情況如圖2所示，該視角的選取對應吳珊珊等[14]在拍攝到的實際建筑圖像。

圖2 建筑物群模型

2 結(jié)果與分析

通過對比實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)驗證多先導模型具有一定合理性，展示本模型下多先導形態(tài)特征及統(tǒng)計規(guī)律。

2.1 模擬結(jié)果檢驗

將模式輸出結(jié)果與Lu等[12]整理歸納的19次下行負地閃過程中始發(fā)的45次UUL各項參數(shù)進行對比。選擇UUL進行對比，一方面，新模型中UCL部分與單先導模型相似，已應用于模式研究且合理，驗證新加入的UUL合理即驗證本模型的合理性；另一方面，所選的觀測數(shù)據(jù)積累了足夠UUL案例并進行較全面統(tǒng)計，適用于對比驗證工作。在上文的模擬設置下，使下行負先導初始位置從模擬域x軸正中位置沿y軸正方向以100 m步長等間距地進行18次模擬對比試驗，統(tǒng)計不同下行先導初始位置下，包括UUL的起始高度、二維長度、距連接點的水平距離、起始點距下行先導最近分支的二維距離4個參數(shù)范圍，前兩者為UUL的基本參數(shù)，后兩者是影響UUL始發(fā)的參數(shù)，共同代表UUL的特征。由于三維通道相較于二維通道更加曲折復雜，Gao等[13]對6次負地閃進行三維重建工作并給出三維/二維的通道長度比值范圍為1.1～1.7，本工作參考該比值范圍。

觀測與模式的參數(shù)統(tǒng)計如表1所示。由于UUL起始高度即為建筑物高度，因此不需要乘以比例系數(shù)。具體數(shù)據(jù)對比分析如下：

表1 觀測數(shù)據(jù)與模式結(jié)果對比

①觀測數(shù)據(jù)中UUL起始高度范圍為40～503 m，模式中統(tǒng)計結(jié)果為360～600 m。起始高度下限不同主要由于模式中暫未模擬低矮建筑物群，這是出于以下考慮：一方面，本模型對于近地面先導起始的搜尋方式為對建筑物逐個從頂面到側(cè)面搜尋，不同于存在電荷背景情況下虛擬設置300 m高建筑物時的搜索方法[34]，更注重多先導始發(fā)的具體位置，搜尋過程也更復雜，三維高精度的模擬已使計算量與耗時大幅增加，加入低矮建筑物群會更大幅度地增加模擬時間而降低模擬效率；另一方面，雷暴天氣過境時，相對于地面或低矮物體，高建筑物更易始發(fā)上行的連接先導而被下行地閃擊中[2],該區(qū)域高建筑物密集，幾座高建筑更易吸引下行先導[11,14,17]，根據(jù)該地區(qū)地閃觀測統(tǒng)計，高度低于300 m 的建筑物大多僅受600 m范圍內(nèi)的閃擊影響而始發(fā)UUL[12]，超過這一距離則不易啟動，且本文探討的是高建筑物群上多先導的始發(fā)，因而未加入低矮建筑物群的模擬，在未來的工作中可嘗試加入低矮建筑物群。統(tǒng)計結(jié)果上限的差異，是由于19次負地閃的觀測中未計入廣州塔始發(fā)UUL類似的個例，但如個例對比部分所選取的F1215觀測個例所示，廣州塔也可始發(fā)UUL。在地閃模擬中，各建筑物都存在始發(fā)UUL的情況，與觀測相符。

②觀測得到先導二維長度范圍為0.48～399 m，模式模擬得到的三維范圍為12～709 m，乘以比例系數(shù)后的觀測數(shù)據(jù)范圍與模擬結(jié)果范圍幾乎完全重合，上、下限相差均約為10 m。一方面，模擬域的網(wǎng)格化且5 m的精度使得模擬數(shù)值與現(xiàn)實情況仍有出入；另一方面，三維與二維的參數(shù)比值由對6次不同地閃重建得出，僅提供參考的范圍。綜合以上因素，對于長度上百米的先導而言，10 m左右的誤差在合理區(qū)間范圍內(nèi)。

③觀測得到的UUL距連接點水平距離范圍是20 m～1.3 km，模式中統(tǒng)計為255～1026 m；觀測得到UUL起始點距下行先導分支最小距離范圍是99～578 m，模式中統(tǒng)計為326～589 m。將以上兩組二維觀測數(shù)據(jù)乘以比例系數(shù)后，模式得到的相應范圍完全在三維觀測數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，即從UUL，UCL始發(fā)角度增加了模式的合理性。

盡管該驗證工作中仍存在模擬次數(shù)不足的缺點，模擬精度和電場計算準確度影響模擬統(tǒng)計結(jié)果，但根據(jù)以上對比，認為該多先導模型存在一定合理性。

2.2 地閃個例模擬

目前大多數(shù)觀測資料僅是二維圖像，無法準確描述先導實際發(fā)展特征，Lu等[33]通過雙測站觀測以及三維通道重建再現(xiàn)觀測個例F1215的三維形態(tài)。本模型能夠模擬出與F1215個例先導特征相似的地閃，以下是分析。

F1215個例為2012年5月6日拍攝于廣州的地閃個例[32]，共始發(fā)3個上行先導，其中UCL起始于440 m高的西塔，三維與二維的通道長度分別為818 m和610 m，比值為1.34，兩個UUL起始于高度為600 m的廣州塔和360 m的廣晟國際大廈，二維長度分別為接近2000 m和322 m。該個例中，廣州塔優(yōu)先于西塔與廣晟國際大廈始發(fā)上行先導，最終卻并未與下行負先導連接，其整體發(fā)展趨勢垂直向上，呈現(xiàn)出UUL始發(fā)時間早、通道垂直的特點，這些特性僅從二維圖像難以獲得。對應的模擬結(jié)果同樣始發(fā)3個上行先導(如圖3所示)。UCL起始于530 m高的東塔，長度為315.1 m，兩支UUL始發(fā)于600 m高的廣州塔和440 m高的西塔，長度分別為895.2 m與147.5 m，閃電發(fā)展高度和形態(tài)與F1215相似，該視角的選取對應文獻[32]中F1215個例的觀測圖像。

圖3 模擬F1215閃電通道

在本次模擬中，下行先導初始位置處于3座建筑物之間，發(fā)展3個主要分支。當負先導傳播至近地面時，廣州塔作為最高建筑物，其尖端電場值變化最明顯，且下行先導的某一分支試圖發(fā)展至廣州塔，二者綜合影響下使其過早始發(fā)UUL，但正、負先導實際相隔距離較遠，該UUL受整體雷暴云電場的吸引作用更強，因而首先始發(fā)的UUL較筆直地向上延伸，最終卻未發(fā)展成為UCL，負先導其余分支同步發(fā)展接近并擊中地面其余高建筑物。本文模擬真實地閃特征，在今后工作中將從UUL和UCL的競爭與促進關(guān)系進行研究。

2.3 先導形態(tài)展示與統(tǒng)計

新建多上行先導模型并非否定單先導模型，而是提供多先導始發(fā)的可能，該模型同樣能夠模擬單連接先導的情形。圖4為廣州珠江新城地閃模擬中出現(xiàn)的4種不同連接情況，其中圖4a與圖4b為始發(fā)單連接先導，圖4c與圖4d為始發(fā)多連接先導的情況；就連接方式而言，圖4a與圖4c為上、下行先導間“頭部-頭部”的連接，圖4b與圖4d分別為下行先導頭部與上行先導側(cè)面相連接，如每張圖中局部放大區(qū)域所示。本模型能夠合理地對這4種已有觀測記錄且具代表性的先導通道進行模擬。

圖4 高建筑物群中上行先導連接情況的模擬(a)始發(fā)單連接先導, “頭部-頭部”連接方式，(b)始發(fā)單連接先導, “頭部-側(cè)面”連接方式，(c)始發(fā)多連接先導, “頭部-頭部”連接方式，(d)始發(fā)多連接先導, “頭部-側(cè)面”連接方式

先導模擬統(tǒng)計如圖5所示，x軸為模擬試驗中初始下行先導距模擬域邊界的距離，該距離的增加表示每次地閃模擬從圖2中的廣州塔正上方向建筑物群靠近的過程，直至廣晟國際大廈正上方；柱狀圖代表每次模擬中始發(fā)的上行先導數(shù)量；圖5中虛線為每次模擬中連接點的高度統(tǒng)計，實線為每次模擬中被擊中的建筑物高度統(tǒng)計。

圖5 地閃模擬中先導參數(shù)統(tǒng)計

本模擬試驗中的8座建筑物根據(jù)其相對位置可視為單一高建筑物(廣州塔)與高建筑物群的組合。初始的下行先導從單一高建筑物上方向建筑物群移動的過程中，當其位于廣州塔300 m范圍內(nèi)時，僅有廣州塔始發(fā)上行先導，而距其600 m處，廣州塔始發(fā)的上行先導仍能發(fā)展成為UCL。當下行先導位于建筑物群上方1200 m范圍內(nèi)，幾乎每次模擬都觸發(fā)多上行先導，與下行先導位于廣州塔上方只有單一連接先導的情況形成反差。不僅如此，通過折線圖可以發(fā)現(xiàn)，隨著模擬中多上行先導的出現(xiàn)，連接點高度略有降低，這是由于建筑物群高度低于廣州塔，下行先導需要在更低的高度才可誘發(fā)UCL和UUL且多上行先導為下行先導提供更多選擇，一定程度使最后一跳更易發(fā)生。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)下行先導能夠誘發(fā)較低建筑物上的UUL，但從實線可以看出，下行先導更傾向于擊中較高建筑物上的上行先導。多上行先導發(fā)生規(guī)律如下：地閃發(fā)生于最高的廣州塔附近時，高建筑能始發(fā)連接先導而對一定范圍的建筑物起保護作用，也能夠吸引較遠處的下行先導分支；多先導始發(fā)較大程度受地面高建筑物群的分布、高度以及下行先導的位置影響；越高的建筑物始發(fā)的上行先導越易與下行先導相連接。本文旨在建立新模型并進行合理性分析，后續(xù)會開展更明確的結(jié)果統(tǒng)計與分析。

3 結(jié)論與討論

本文在隨機放電參數(shù)化方案中加入新建立的建筑物群多上行先導模型，在該模型中增加建筑物數(shù)量，調(diào)整建筑物上始發(fā)點的搜尋方式與發(fā)展順序，使用GPU并行計算技術(shù)求解泊松方程，實現(xiàn)地閃過程中多上行先導的三維高精度模擬，并將新建立的模型應用于廣州珠江新城的地閃模擬，主要得到以下結(jié)論：

1)統(tǒng)計的4個模式輸出參數(shù)包括：UUL始發(fā)高度范圍為360～600 m，UUL三維長度范圍為12～709 m，UUL始發(fā)時距下行先導水平距離為254～1026 m，UUL距連接點的距離范圍是325～589 m，與觀測數(shù)據(jù)的范圍有很好的一致性。

2)對實際閃電F1215個例進行模擬，始發(fā)3個上行先導，且最高的廣州塔率先始發(fā)，但并非最后被擊中的建筑物，其上的UUL具有通道筆直、發(fā)展距離長的特點，推斷是地面建筑物群分布、高度及下行先導位置共同影響的結(jié)果。不僅如此，本模型能夠?qū)崿F(xiàn)對觀測中下行先導與單上行先導頭部、單上行先導側(cè)面、多上行先導中連接先導頭部、多上行先導中連接先導側(cè)面4種連接情況的模擬。

3)通過對模擬的先導數(shù)量、起始高度以及連接點高度的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，最高的廣州塔能夠?qū)Ω浇欢ǚ秶慕ㄖ锲鸨Ｗo作用，也能夠吸引較遠處的下行先導分支；多先導的始發(fā)較大程度受地面高建筑物群的分布、高度以及下行先導的位置綜合影響，越高的建筑越易被下行先導擊中。

本文主要是建立筑物群多先導模型并進行合理性驗證，為后續(xù)研究工作提供基礎(chǔ)模型。該模型可研究建筑物群的幾何特征、分布情況，下行先導的強度與形態(tài)等對多先導全過程的影響，也能夠探討UCL與UUL間競爭關(guān)系以及下行先導選擇UCL的機理分析等科學問題。這不僅可加深對多上行先導的認識，也能夠為實際建筑物群的雷電防護提供設計思路。由于可參考的多先導模式工作不多，設計該模型時仍存在不足，需要今后完善。首先，大量多先導光學觀測資料表明，UUL和UCL能夠始發(fā)于不同的建筑物[3-14]，也存在單一建筑物上的多個尖端同時始發(fā)上行先導的案例[12]，下一步工作需豐富該模型并實現(xiàn)多先導始發(fā)于同一建筑物的模擬，并深入分析；其次，由于三維高精度的電場計算耗時長，限制模擬域的范圍不能過大，致使本研究未加入云中固定背景電荷而始發(fā)下行先導，也未模擬低矮建筑物群，與實際情況存在差異；最后，從觀測的角度，下行先導到達近地面區(qū)域時有垂直向下發(fā)展、傾斜向下發(fā)展、多分支同時向下發(fā)展3種形態(tài)，而本模型設置的下行先導初始形態(tài)為垂直向下，在未來工作中可加入多種常見的背景電荷層、始發(fā)不同形態(tài)的下行先導，進一步探討該問題。此外，希望本模型能夠為多上行閃電的模型提供思路，在今后工作中實現(xiàn)多上行閃電的模擬。

致 謝:感謝中國氣象科學研究院提供的觀測對比數(shù)據(jù)。