高矮建筑物多上行先導連接過程的數(shù)值模擬

雷藝楠 譚涌波 余駿皓 鄭天雪

1)(南京信息工程大學氣象災(zāi)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(zāi)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(zāi)害天氣國家重點實驗室/雷電物理和防護工程實驗室， 北京 100081)

引 言

在地閃過程中，隨著下行先導傳播至地面以上幾十米至上百米距離時，其分叉的通道頭部產(chǎn)生的局部強電場對地面凸起物體影響增加，使其表面一點或多點處的電場增加到超過空氣擊穿閾值，產(chǎn)生一個或多個上行先導(upward leader，UL)，此時直至下行先導(downward leader，DL)與其中某一UL連接形成回擊，這個階段稱為連接過程[1]。與DL連接的UL為上行連接先導(upward connecting leader，UCL)，未連接的為上行未連接先導(unconnected upward leader，UUL)[2]。近地面閃電連接過程的機理是雷電物理研究中重要問題之一，大量光學研究表明：在地閃連接過程中，隨DL傳播，通常不只有一個UL，而是始發(fā)多個UL[3-12]，這些UL始發(fā)時間以及位置不盡相同[6]，DL會與其中一個或多個連接，形成回擊過程。隨著高大建筑物群的出現(xiàn)，不同建筑物先后始發(fā)UL的觀測事實日益增多[6-14]。當不同建筑物始發(fā)多個UL時，應(yīng)存在某些決定性因子影響DL的選擇連接，從而決定地閃擊地位置。

觀測是研究閃電連接過程的有效手段，且隨著科技進步不斷發(fā)展。早在20世紀30年代，McEachron[3]使用條紋攝像機首次拍攝到發(fā)生在美國紐約帝國大廈的多先導連接過程，證實多上行先導的存在。此后許多研究者參與閃電連接過程觀測，分析閃電多先導連接過程中UL的傳播速度、長度及起始位置[4,7-16]、落雷點分布[17]、連接方式[18]、先導發(fā)展特征[19-20]、電流和磁場特征[5-6,21-24]，如Warner[4]使用高速攝像機拍攝到發(fā)生在美國的一次閃電連接過程的照片，詳細分析UL的二維速度、長度等特征。2009年中國氣象科學院與廣州熱帶海洋氣象研究所共建廣州高建筑物雷電觀測站，近年針對高建筑物閃電連接過程在先導起始、發(fā)展特征等方面取得了許多成果[8-14,17-19]。盡管已觀測到DL與后始發(fā)的UL進行連接的個例[9-12]，但由于樣本量少，以及UL初始時間難以確認，并未針對建筑物群多先導連接情況的多樣化進行深入探討，需要在觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上輔以模式分析下墊面為建筑物群時DL選擇UL連接的影響因素。

目前有關(guān)閃電連接過程模型大多為單先導模型，基于單先導模型的模式研究已取得一些進展[25-30]。譚涌波等[29]運用近地面二維隨機模型研究發(fā)現(xiàn)高建筑物對矮建筑物有屏蔽作用，且存在臨界保護距離。但多先導連接過程的存在表明單先導模型對于新問題探討存在局限：單先導模型中無法再現(xiàn)多先導情況，UL一旦觸發(fā)意味著落雷點基本確定。Arevalo等[31]運用物理模型簡要分析兩個UL存在時，會引起背景電場變化進而影響閃電連接過程。Jiang等[32]采用二維多先導隨機模型定量探討單一建筑物高度、DL初始位置與建筑物間水平距離對落雷點分布特征的影響。也有研究學者運用多先導模型模擬出DL與先后始發(fā)UL連接的不同現(xiàn)象[32-33]，但對于多個UL觸發(fā)后，DL如何選擇與之連接還缺乏深入研究。本文在余駿皓等[33]工作基礎(chǔ)上，優(yōu)化建筑物群多先導模型，使建筑物能夠始發(fā)多個UL，利用電場并行計算技術(shù)提高模擬效率使其更好地滿足三維計算需求，在改進的三維多先導模型基礎(chǔ)上，進行多次地閃模擬，探討多先導情況中連接過程的多樣性以及影響因素。

1 模式簡介

余駿皓等[33]建立三維近地面建筑物群多上行先導模型，但其多個UL通過各高建筑物分別只始發(fā)一個UL實現(xiàn)，這與觀測事實[3-12]存在差距。本研究在上述工作基礎(chǔ)上進行改進，允許單個建筑物始發(fā)多個UL，實現(xiàn)對多個UL起始、傳播和發(fā)展的模擬。此外，據(jù)觀測統(tǒng)計，下行負地閃占全部地閃數(shù)量的90%以上[34-35]，本次模擬的是下行負地閃的近地面連接過程，相關(guān)參數(shù)的設(shè)置參照下行負先導和上行正先導發(fā)展特性[25,33,36-37]。本章主要介紹三維多上行先導模型改進部分，有關(guān)DL發(fā)展可參考文獻[33]。

1.1 多上行先導的始發(fā)、發(fā)展與連接

觀測表明：隨著DL的接近，地面建筑物群通常始發(fā)多個UL[3-12]，這些UL可能來自同一建筑物，也可能來自不同建筑物，本文改進的模型能夠?qū)崿F(xiàn)單一建筑物始發(fā)多個UL。本文考慮地面及建筑物各格點始發(fā)UL 的可能性，滿足始發(fā)條件的建筑物格點均可始發(fā)UL，當同一建筑物有多個格點同時滿足先導始發(fā)條件時，選取最大電場值處始發(fā)UL，當不同建筑物的格點同時滿足先導始發(fā)條件，則可同時發(fā)展，每次始發(fā)新的UL后重新求解全域電位，DL每發(fā)展一步也重新求解空間電位分布并搜尋建筑物群及地面是否存在UL始發(fā)點，滿足先導始發(fā)條件則始發(fā)新的UL。

上述搜尋完成后若存在已經(jīng)始發(fā)的UL，則UL開始發(fā)展，UL發(fā)展通常不分叉[8-12]，因此，在模型中設(shè)置UL只有頭部可發(fā)展，判斷頭部點與周圍環(huán)境點的電位梯度，若達到傳播閾值，則將該環(huán)境點視為可能的發(fā)展點，UL的每步發(fā)展在可能的發(fā)展點中隨機選擇[38]，傳播閾值與先導起始閾值相同，為200 kV·m-1，通道內(nèi)部壓降為500 V·m-1[25, 33,36-37]。DL和UL循環(huán)發(fā)展，存在多個UL時，多先導同步發(fā)展。

DL和UL循環(huán)發(fā)展，每次循環(huán)發(fā)展后，計算DL頭部與UL所有通道點之間的電場值，連接閾值為500 kV·m-1[25,33]，若有達到連接閾值的情況，則完成連接，結(jié)束本次地閃模擬。

1.2 模擬設(shè)置

本文選取地面上方600 m×600 m×750 m范圍為研究區(qū)域，分辨率為5 m×5 m×5 m。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。圖1為模型示意圖，模擬域頂部存在一段位置隨機、長度為25 m，參考電位為-20 MV的初始下行先導段，由于真實環(huán)境中建筑物高度存在差異，為了貼近真實環(huán)境，探討高矮建筑物的存在對DL選擇連接的影響，在模擬域地面中間設(shè)置高、矮建筑物各1座，P1～P8分別為矮、高建筑物的頂角，高、矮建筑物水平距離為50 m，其中矮建筑物尺寸為50 m×50 m×200 m固定不變，高建筑物底面與矮建筑物相同，高度為210～300 m，間隔10 m遞增，每個高度下，在模擬域頂部中心300 m×300 m的區(qū)域隨機選取100個不同的下行先導段初始位置進行地閃模擬，共計1000個模擬個例。

圖1 模型示意圖Fig.1 Model diagram

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬結(jié)果

模擬試驗中，將所有個例分為單UL(圖2a)和多UL兩類?？紤]到單一建筑物允許始發(fā)多UL，也可將多先導個例分為兩類：只有高建筑物或矮建筑物始發(fā)多UL的單建筑多先導個例(圖2b)，高建筑物和矮建筑物均始發(fā)UL的多建筑多先導個例(圖2c)。除此之外，存在少數(shù)先導發(fā)展到邊界的個例，這些個例不在統(tǒng)計范圍內(nèi)。由于建筑物高度差的存在以及已始發(fā)UL對后繼UL的抑制作用，單UL個例最多，共計613次，且集中始發(fā)于高建筑物；單建筑多先導個例為217次，其中始發(fā)于矮建筑物的6次，均發(fā)生于建筑物高度差小于40 m時，且DL明顯偏向矮建筑物一側(cè)；多建筑多先導為141次。UL的始發(fā)決定地閃擊地點，而單UL個例以及單建筑多先導個例中，建筑物雷擊情況基本確定，只有在多建筑多先導情況下，才存在地閃擊中建筑物不確定情況，因此本文主要探討多建筑多先導情況。單先導、單建筑多先導的連接過程以及先導發(fā)展到邊界的個例不在本文討論范圍，以下研究所用數(shù)據(jù)均來自于多建筑物多先導的141次個例。

圖2 模擬試驗結(jié)果閃電通道圖(a)單先導連接過程(高、矮建筑物的高度分別為300 m，200 m)，(b)單建筑多先導連接過程(高、矮建筑物的高度分別為250 m，200 m)，(c)多建筑多先導連接過程(高、矮建筑物的高度分別為210 m，200 m)Fig.2 Simulation of lightning channel(a)single upward leader attachment process(the heights of high and low buildings are 300 m and 200 m,respectively)，(b)multiple upward leaders attachment process which from the same building(the heights of high and low buildings are 250 m and 200 m,respectively)，(c)multiple upward leaders attachment process which from different building (the heights of high and low buildings are 210 m and 200 m,respectively)

考慮到多個UL始發(fā)的時間和位置均不同，對于本次模擬的個例，按照高、矮建筑物始發(fā)UL的先后順序，分為矮建筑物先始發(fā)UL和高建筑物先始發(fā)UL兩類。按照高、矮建筑物是否被擊中，分為矮建筑物被擊中和高建筑物被擊中兩類。表1給出上述情況的具體統(tǒng)計結(jié)果。

本研究規(guī)定，若某種情況的概率小于5%，則將其視為極小概率事件?？梢钥吹?，多建筑多先導情況在1000次個例中僅占14.1%，后續(xù)描述的所有類型的連接過程在這141次個例中。由表1可以看到，矮建筑物先始發(fā)UL情況與矮建筑物被擊中的次數(shù)不相等，高建筑物先始發(fā)UL與高建筑物被擊中的次數(shù)也不相等，這說明一座建筑物先始發(fā)UL并非一定會被擊中，即模擬可再現(xiàn)DL與后始發(fā)的UL連接現(xiàn)象[9-12]。隨著高建筑物高度的增加，其優(yōu)先始發(fā)UL情況增加，矮建筑物優(yōu)先始發(fā)UL情況快速減小，當高建筑物高于240 m時，矮建筑物基本不再優(yōu)先始發(fā)UL，這是由于高建筑物對附近矮建筑物的屏蔽效應(yīng)[29]，隨著高度增加，其頂角的電場畸變效應(yīng)增強[39]，UL更易始發(fā)。在多建筑多先導事件中，矮建筑物被擊中的次數(shù)大于高建筑物被擊中的次數(shù)(1000次模擬試驗中，高建筑物被擊中的次數(shù)大于矮建筑物被擊中的次數(shù))，說明矮建筑物始發(fā)UL后，被擊中的概率將增加。

表1 多建筑多先導分類統(tǒng)計Table 1 Statistics of multiple buildings with multiple leaders

為了更好地展現(xiàn)矮建筑物上發(fā)生連接過程的多樣化，從矮建筑物是否先始發(fā)UL和矮建筑物是否被擊中的角度，將其分為4類：矮建筑物優(yōu)先始發(fā)UL且被擊中,矮建筑物優(yōu)先始發(fā)UL但未被擊中,矮建筑物后始發(fā)UL但被擊中,矮建筑物后始發(fā)UL且未被擊中。圖3給出這4類連接過程在不同高建筑物高度下的數(shù)量統(tǒng)計。

由圖3可以看到，4類連接過程發(fā)生數(shù)量隨高建筑物高度增加而減小。矮建筑物優(yōu)先始發(fā)UL且被擊中的次數(shù)隨高建筑物高度增加快速下降，矮建筑物優(yōu)先始發(fā)UL但未被擊中的次數(shù)隨高建筑物高度增加緩慢減小，且次數(shù)不超過2，可忽略不計，這說明矮建筑物只要能先始發(fā)UL便會被擊中，這兩類連接過程在高建筑物高于250 m時不再發(fā)生。矮建筑物后始發(fā)UL但被擊中的次數(shù)整體略大于矮建筑物后始發(fā)UL且未被擊中的次數(shù)，前者共計53次，后者共計50次。由此可知，矮建筑物后始發(fā)UL時，被擊中概率約為50%，且隨高度差變化有所波動。這兩類連接過程數(shù)量隨高建筑物高度增加整體呈減小趨勢，當高建筑物高于250 m時，幾乎不再發(fā)生矮建筑物后始發(fā)UL但被擊中的情況，當高建筑物高于260 m時，不再發(fā)生矮建筑物后始發(fā)UL且未被擊中的情況。即當高矮建筑物高度差不大時，矮建筑物能夠優(yōu)先始發(fā)UL并大概率被擊中，隨著高度差的增大，矮建筑物難以優(yōu)先始發(fā)UL，但也存在被擊中的情況，而后始發(fā)UL但被擊中的概率隨建筑物間高度差的增加而減小，當高度差超過某個閾值時，矮建筑物后始發(fā)UL也不會被擊中。模擬結(jié)果顯示：高建筑物對矮建筑物的影響，一方面是矮建筑物能否始發(fā)UL，另一方面是矮建筑物能否被擊中(高建筑物優(yōu)先始發(fā)UL時也存在矮建筑物會被擊中情況)。

圖3 不同類型連接過程數(shù)量統(tǒng)計Fig.3 Statistics of different attachment processes

為了更清晰地展示在高建筑物影響下，矮建筑物上始發(fā)UL和被擊中的情況，分別統(tǒng)計矮建筑物始發(fā)UL、矮建筑物被擊中、矮建筑物優(yōu)先始發(fā)UL且被擊中、矮建筑物后始發(fā)UL但被擊中的概率(此處概率是指某種情況的數(shù)量占100次個例的比例)。由圖4可知，矮建筑物始發(fā)UL和被擊中的概率均小于40%，且隨著高建筑物高度增加，概率快速減小，當高建筑物高于250 m時，矮建筑物被擊中是極小概率事件，當高建筑物高于260 m時，矮建筑物始發(fā)UL為極小概率事件。矮建筑物始發(fā)UL和被擊中的概率并不相等，這說明建筑物始發(fā)UL未必一定被擊中，始發(fā)UL后被擊中的概率整體大于50%(擊中個例與始發(fā)UL個例之比)，由此可見，雖然矮建筑物始發(fā)UL是小概率事件，但一旦始發(fā)UL便存在較大概率被擊中。隨高度差增大，矮建筑物優(yōu)先始發(fā)UL且被擊中的概率減小得最快，當高建筑物高于250 m時，概率為0。當高建筑物高于250 m時，矮建筑物被擊中概率與矮建筑物后始發(fā)UL但被擊中概率一致，矮建筑物不再優(yōu)先始發(fā)UL，矮建筑物上的連接過程均為后始發(fā)UL但被擊中的情況。

圖4 矮建筑物始發(fā)UL以及矮建筑物被擊中的概率隨高建筑物高度變化Fig.4 Probabilities of the low building lightning strike and the upward leaders initiated from the low building

2.2 多建筑多先導連接過程

圖5為矮建筑物優(yōu)先始發(fā)UL且被擊中個例(簡稱個例0214)的閃電通道變化圖，圖6為矮建筑物后始發(fā)UL但被擊中個例(簡稱個例0412)的閃電通道變化圖，圖7為矮建筑物后始發(fā)UL且未被擊中個例(簡稱個例0511)的閃電通道變化圖。紅點為下行先導段的初始位置，藍線為DL，圖5～圖7中紅線分別為UL，UUL和UCL并以箭頭標注。

圖5 個例0214的閃電通道變化Fig.5 Variation diagram of lightning channel in Case 0214

續(xù)圖5

圖6 個例0412的閃電通道變化圖Fig.6 Variation diagram of lightning channel in Case 0412

個例0214(圖5)中，高、矮建筑物高度分別為210 m和200 m，初始下行先導段在x軸方向上與矮建筑物的距離更近，矮建筑物優(yōu)先始發(fā)UL，隨著DL發(fā)展，高建筑物也始發(fā)了UL，但DL的空間形態(tài)偏向矮建筑物，最終DL與矮建筑物始發(fā)的UL連接形成回擊過程。

個例0412(圖6)中，高、矮建筑物高度分別為230 m和200 m，初始下行先導段在x軸方向上與矮建筑物的距離較近，且DL后續(xù)發(fā)展的分支也偏向矮建筑物，高建筑物優(yōu)先始發(fā)UL，隨著DL發(fā)展，矮建筑物也始發(fā)了UL，但DL發(fā)展的大量分支離矮建筑物始發(fā)的UL更近，最終與其連接形成回擊過程。

個例0511(圖7)中，高、矮建筑物高度分別為240 m和200 m，初始下行先導段在x軸方向上與高建筑物的距離更近，高建筑物優(yōu)先始發(fā)兩個UL，隨著DL分支向矮建筑物靠近，矮建筑物也始發(fā)了UL，隨著DL發(fā)展，最終與高建筑物上第2個觸發(fā)的UL連接形成回擊過程。

圖7 個例0511的閃電通道變化圖Fig.7 Variation diagram of lightning channel in Case 0511

圖8為個例0214、個例0412和個例0511連接時的俯視圖。圖9為個例0214、個例0412和個例0511兩座建筑物頂角電場強度隨先導發(fā)展的變化圖。

如圖8a和圖9a所示，初始下行先導段在x軸方向上與矮建筑物的距離較之與高建筑物近50～150 m。高、矮建筑物內(nèi)側(cè)頂角處電場強度較小，這是由于建筑物間存在相互影響[40]。建筑物間高度差僅為10 m，高建筑物對矮建筑物外側(cè)頂角處電場強度抑制作用不明顯，DL向矮建筑物發(fā)展，矮建筑物距DL最近的外側(cè)頂角(P1)處電場強度優(yōu)先達到觸發(fā)閾值，始發(fā)了UL。UL始發(fā)后對同建筑上其他3個頂角的電場強度有一定抑制作用，對P2電場強度抑制作用最強，P1與P7，P8距離最遠，對其屏蔽效應(yīng)可忽略不計。高建筑物外側(cè)頂角距DL較遠，其頂角處電場畸變效應(yīng)較弱，P8在首個UL發(fā)展37步后始發(fā)UL。兩個UL同時傳播，對兩個建筑物其他頂角處電場強度的抑制作用較明顯。DL的空間形態(tài)偏向矮建筑物，UUL僅發(fā)展12步后，DL與UCL連接形成回擊過程。

如圖8b和圖9b所示，初始下行先導段在x軸方向上距矮建筑物更近，且DL后續(xù)發(fā)展的分支也偏向矮建筑物，建筑物間高度差為30 m，高建筑物頂角處存在更強的電場畸變效應(yīng)[39]。高建筑物對矮建筑物內(nèi)側(cè)頂角處電場強度屏蔽作用較強，對矮建筑物外側(cè)頂角也有一定屏蔽作用，P3，P4處電場強度最低。高建筑物外側(cè)頂角處電場強度率先達到觸發(fā)閾值(P7)，優(yōu)先始發(fā)UL，始發(fā)后對P6的電場強度抑制作用最明顯，導致其未能始發(fā)UL，對同建筑物頂角處電場強度也有一定抑制作用，但對矮建筑物外側(cè)頂角(P1，P2)的抑制作用可忽略不計，隨著DL向下延伸，P2處電場強度在首個UL發(fā)展23步后達到觸發(fā)閾值并始發(fā)UL。兩個UL同時傳播，對兩個建筑物的其他頂角處電場強度抑制作用明顯，很難再始發(fā)第3個UL。在隨后發(fā)展中，DL發(fā)展的大量分支離P2始發(fā)的UL更近，最終與其連接。

圖8 個例0214(a)、個例0412(b)和個例0511(c)連接時的俯視圖Fig.8 Top views during connection of Case 0214(a)，Case 0412(b) and Case 0511(c)

如圖8c和圖9c所示，初始下行先導段在x軸方向上距高建筑物更近，建筑物間高度差為40 m，矮建筑物內(nèi)側(cè)頂角的電場強度最弱，矮建筑物對高建筑物內(nèi)側(cè)頂角電場畸變的影響變小，P5處電場強度僅小于P8，高建筑物對矮建筑物屏蔽作用明顯增強，矮建筑物兩個內(nèi)側(cè)頂角處電場強度最小，外側(cè)頂角處電場畸變也小于高建筑物內(nèi)側(cè)頂角。高建筑物靠近DL的1個外側(cè)頂角電場強度優(yōu)先達到觸發(fā)閾值，始發(fā)UL(P8)。首個UL始發(fā)后向遠離高建筑物的方向延伸，除P7外，該UL對兩個建筑物其他頂角處的電場抑制作用不明顯，隨著DL繼續(xù)延伸，P5處在首個UL發(fā)展65步后電場強度達到觸發(fā)閾值，始發(fā)第2個UL。已始發(fā)的兩個UL對建筑物各頂角處的電場均表現(xiàn)出一定抑制作用，但當DL的一分支不斷向矮建筑物靠近后，P1處的電場強度在首個UL發(fā)展112步后達到觸發(fā)閾值，始發(fā)UL。3個UL同時發(fā)展，對空間中其他頂角處電場強度的抑制作用很強。DL最終與發(fā)展較高、距離最近的UL連接并形成回擊過程。

圖9 兩座建筑物頂角電場強度隨先導發(fā)展的變化(a)個例0211，(b)個例0412，(c)個例0511Fig.9 Variation of electric field at buildings top angle with leaders development in Case 0214(a)，Case 0412(b) and Case 0511(c)

DL的空間形態(tài)及其與建筑物的水平距離、建筑物間的高度差以及相對位置均會影響建筑物上的閃電連接過程[29-30,32]。上述3次個例均顯示DL與UCL距離更近。在模式中，DL與UL通道間的電位梯度是判斷連接與否的決定性條件，不論是UL還是DL內(nèi)部電位均相對固定，因此通道格點間的距離基本決定了連接過程。距離是一種外在表現(xiàn)形式，受多種因子影響，如下行先導段的初始位置、后續(xù)分支的空間形態(tài)分布和建筑物間的高度差等。建筑物間的高度差是影響閃電連接過程的主要因子，當建筑物間高度差不大時，高建筑物對矮建筑物的屏蔽效應(yīng)不明顯(尤其是對矮建筑物外側(cè)頂角處的電場強度)，矮建筑物外側(cè)頂角處的電場強度在DL空間形態(tài)偏向矮建筑物時優(yōu)先達到觸發(fā)閾值，始發(fā)UL，被擊中概率大；隨著建筑物間高度差的增加，高建筑物對矮建筑物的屏蔽效應(yīng)逐漸增強，高建筑物的外側(cè)頂角通常優(yōu)先始發(fā)UL(通常是靠近DL一側(cè)的頂角)，若DL通道明顯偏向矮建筑物并不斷向其靠近，矮建筑物有可能后始發(fā)UL，并有一定概率與DL連接形成回擊過程；當建筑物間高度差超過某個閾值后，高建筑物對矮建筑物的屏蔽效應(yīng)較強，此時DL的空間形態(tài)和相對位置對閃電連接過程的影響可忽略不計，矮建筑物既不會始發(fā)UL，也不會被擊中。

UL一旦觸發(fā)，對周圍頂角處的電場強度會產(chǎn)生一定抑制作用，這種抑制作用與UL數(shù)量以及UL與頂角的距離有關(guān)(UL與頂角的距離既可以指始發(fā)UL的頂角與其他頂角的水平距離，也可以指UL與其他頂角的三維距離)。UL數(shù)量越多，抑制作用越大，始發(fā)UL的頂角與其他頂角的水平距離越近，抑制作用越明顯，隨著UL發(fā)展，若UL的空間形態(tài)逐漸偏向某一頂角，這種抑制作用也會加強。

3 結(jié)論與討論

運用改進后的三維多先導模型進行下行先導段初始位置隨機的地閃模擬，模型設(shè)置兩座建筑物并改變其中一座建筑物的高度，著重討論多建筑多先導過程，得到如下結(jié)論：

1) 矮建筑物上始發(fā)UL的概率較小，一旦始發(fā)UL則被擊中的概率較大。在多建筑多先導事件中，隨著建筑物間高度差的變化，可分為4類：矮建筑物優(yōu)先始發(fā)UL且被擊中，矮建筑物優(yōu)先始發(fā)UL但未被擊中，矮建筑物后始發(fā)UL且被擊中，矮建筑物后始發(fā)UL但未被擊中。

2) 建筑物間高度差是影響閃電連接過程的主要因子。當建筑物間高度差不大時，若DL通道偏向矮建筑物，矮建筑物可優(yōu)先始發(fā)UL，被擊中概率大；隨著建筑物間高度差的增加，在DL通道明顯偏向矮建筑物并不斷向其靠近的情況下，矮建筑物有可能后始發(fā)UL，并有一定概率與DL連接形成回擊過程；當建筑物間高度差超過某個閾值后，DL的空間形態(tài)對閃電連接過程幾乎沒有影響，矮建筑物既不會始發(fā)UL，也不會被擊中。

3) 在多先導過程中，UL始發(fā)有先后順序，也會影響連接過程。UL始發(fā)后對周圍頂角的電場強度會產(chǎn)生一定抑制作用，這種抑制作用與UL的數(shù)量以及始發(fā)UL的頂角與其他頂角的水平距離有關(guān)，UL數(shù)量越多，抑制作用越大，水平距離越小，抑制作用越明顯，除此之外，隨著UL發(fā)展，若UL與某一頂角的三維距離逐漸減小，這種抑制作用也會加強。

本文結(jié)論僅限于所設(shè)置的空間配置，其他空間配置有待深入研究。在今后工作中，提高分辨率以更加精細化地模擬閃電的連接過程，并設(shè)置形狀更為復雜的建筑物，或設(shè)置多座建筑物(不同高度、不同水平距離、不同頂部形狀)討論下墊面為建筑物群時閃電連接過程；擴大模擬區(qū)域，減少邊界對模擬地閃連接過程的影響。另外，可基于目前工作，定量探討影響建筑物始發(fā)單先導、多先導的決定性因子，以及多先導過程中影響落雷點位置分布的決定性因子，為建筑物防雷提供參考。