确定雷电定位系统场地误差的参数化方法

本文提出一种根据多站雷电定位资料确定闪电定位系统(LLS)场地误差的方法。该方法假定场地误差具有有限阶三角级数的形式,由雷电方位的多站实测资料,经Orville的本征值技术处理,将问题化为一个非线性无约束极值问题,从而可由对目标函数求极值点来确定场地误差。文中利用1988年夏天在北京地区由三个雷电方位探测器(DF)记录到的4900个实际雷电资料求得了各DF站的场地误差曲线。95％以上的闪电经误差订正后的方位与实测方位的残余偏差在±1°以内,与雷达回波的一致性也有了明显改进。     

基于DDW1全闪三维闪电定位系统的闪电活动探测分析

2020年12月,广东省ADTD(Advanced TOA and Direction)闪电定位系统升级改造为DDW1全闪三维闪电定位系统,于2021年1月业务运行,使得广东省拥有了闪电三维定位业务观测能力。DDW1闪电定位系统不仅在硬件性能、数据处理、探测效率和定位算法等方面有提高,同时还新增了闪电辐射源的三维定位功能。基于DDW1闪电定位系统观测数据和广州S波段双极化天气雷达资料,分别对广东省2021年闪电时空分布以及一次飑线系统云闪三维分布特征进行分析。分析结果表明,闪电活动主要出现在5—9月,占总数92.9%,闪电活动多发时段为13—18时,占总数53.1%;广东省闪电聚集区分布在地势较低的珠三角和粤西地区,地势高的山地地区闪电活动相对较少;云闪辐射源主要出现在强对流区底部,高度主要分布在1~5 km,占总数61.3%,一定程度上刻画了雷暴云中电荷区的分布情况。全闪定位结果与对应时刻雷达回波具有高度一致性。     

COMPARISON OF SINGLE-STATION LIGHTNING LOCATION WITH THREE-STATION MEASUREMENTS AND RADAR DATA

A single-station or monostatic lightning detection and ranging system (M-LDARS),that is based on Wait's wave propagation theory and arrival-time differences between sky- and ground-wave atmospherics,has been developed by the University of Science and Technology of China (USTC).Lightning location by the system was compared with a three-station lightning location (TLL) system during July and August 1991 in Beijing,under the support of Chinese Academy of Meteorological Sciences (CAMS).The experimental results show that M-LDARS system can be used to observe direction,distance,intensity and polarity of cloud-to-ground strokes with good confidence for ranges less than about 250 km.90 percent of M-LDARS location points were within radar echoes,i.e.about 90% of the points were inside of the 0 dB isoline or outside,but within 10 km of the 0 dB isopleth.Average direction deviation and relative average deviation of distance between the single- and three-station measurements are respectively 12.8° and 14.1%.     

SIMULATION ON SITE ERRORS''''ESTIMATION

In this paper, using the same simulated conditions that Lopez and Passi (1989) used, the method of Chen et a1.(1991) (CLG's algorithm) for site error estimation has been performed. The results show that the CLG works well for a four-DF network but still has some shortcomings for a three-DF system. The reason why there is a big difference between a four-DF network and a three-DF network is also discussed and several measures to improve the performance of CLG's algorithm are suggested. For practice, we have also done the simulated experiment for the Beijing local three-DF network. This is helpful for us to use the data obtained in this network.     

一次特大暴雨过程三维和二维系统闪电特征对比分析

利用三维(ADTD-2C)和二维(ADTD)闪电定位系统资料,对比分析了湖北省一次特大暴雨过程中两套系统闪电活动特征,得出以下结论:(1)本次过程中地闪多于云闪,二者均以负极性为主.(2)三维系统正地闪在地闪中的占比低于正云闪在云闪中的占比,高于二维系统正地闪在地闪中的占比.(3)三维系统雷电流幅值集中分布在0～30 ...     

闪电位置图形处理系统

本系统与LLP公司出品的闪电位置分析仪连为一体,可以实现闪电资料实时处理、显示地闪位置和自动整理、记录闪电数据,定时或实时向用户传送闪电数据,并能以不同的地理图为背景及时反映闪电活动演变规律及移动路径,显示雷电图直观形象。也可实现闪电资料的格式化处理及向用户提供接口,为研究、统计、分析雷电资料提供了方便。新研制的系统与原系统一起组成了一个完整的雷电观测网络,扩大了其应用功能,提高了应用效益。     

利用闪电定位和雷达资料进行雷电临近预报方法研究

利用LD- Ⅱ 型闪电定位系统监测到的雷电资料和多普勒天气雷达探测到的风暴信息,研究雷电临近预报方法.叠加分析雷电集中区与风暴,雷电集中区一般对应有风暴,并且雷电集中区中心在风暴中心附近,二者移动方向基本一致,移速接近,因此通过匹配雷电集中区与风暴,采用雷电集中区将随其所匹配的风暴一起移动的思路,利用风暴追踪技术,对雷电集中区进行临近外推,从而实现雷电的临近落区预报.通过对2009年强雷电天气的临近预报结果进行网格点对点评分,雷电半小时预报命中率达到87％,成功率为63％.1小时预报命中率达到76％,成功率为51％.为雷电的临近预报提供了一套可业务运行的新方法.     

MEASUREMENTS OF LIGHTNING RADIATION FIELD AND ESTIMATION OF FIRST RETURN STROKE PARAMETERS

This paper briefs a method of measuring lightning radiation field with a fast antenna and narrow bandwidthreceivers, the first return stroke parameters and the spectrum distribution from 2 kHz to 20 MHz for bothground discharges and cloud discharges are calculated. The peak radiation field of first return stroke, normalized to 50 km, is (15.2±8.4)V/m. Below 1 MHz, thetotal energy radiated by the first return stroke is (0.8±1.6)×10~5J, the peak power is (0.8±1.0)×10~10W, thepeak current is(27.8±17.1)kA, and the peak current derivation is (109.3±91.5) kA/μs. The peak spectral amplitudes appear between 4 kHz to 10 kHz for ground discharges and 20 kHz to 80kHz for cloud discharges. From 10 kHz to 3.0 MHz, the spectral amplitudes of the ground discharges decreasein 1/f, and from 3.0 MHz to 20 MHz, in 1/f~2. Below40 kHz, the ground discharge is the main lightningradiation source; and above 40 kHz, both discharges behave similarly. A few special phenomena were found and explained preliminarily.     

甘肃平凉闪电定位资料误差分析及其优化

利用陈明理等提出的场地误差优化模式,对2001年甘肃省地形起伏较大的平凉地区地闪定位资料进行了优化处理,并选取雷达回波强度大于35 dBz、回波顶高超过7 km的区域作为优化效果验证参考。结果表明,未经场地误差优化的闪电位置远离对应雷达回波数十公里,而优化后对应的闪电位置进入或接近雷达的强回波区,显然更接近于真实情况,优化以后的方位探测器测向角平均偏差可达05°左右。场地误差优化模式能有效地优化闪电定位资料,这对进一步提高雷电临近预警具有积极的意义。     

深圳市闪电定位资料误差分析及其优化

利用场地误差优化模式对深圳地区的地闪定位资料进行优化处理。首先对深圳市闪电定位系统进行简单介绍,然后利用改进的传输线模式对真实地表环境下的闪电辐射电磁场进行计算,以分析深圳市闪电定位系统的场地误差,最后基于定位误差和场地误差模式对闪电定位数据进行定位误差订正。结果表明不同方位角上的不规则地形对继后回击电磁场波形具有不同影响,随着表征地形粗糙程度的高度均方根的增加,电场的峰值下降,波形的上升沿时间增加。同时,电场波形上升沿时间也会随着方位角的变化而变化,这可能会给时间到达法的定位带来一定误差。为了验证该算法的合理性,对该系统覆盖的区域进行了闪电定位数据优化精度的时空分布分析和评估。结果表明这种优化方案是可行的、可靠的,优化后的闪电定位精度明显提高。     

强雷暴天气的闪电和雷达回波特征个例分析

利用粤港澳闪电定位系统、广州多普勒天气雷达和自动气象站等资料,分析了2017年6月2日发生在广州市中北部的一次强雷暴天气过程的地闪变化特征及闪电与雷达回波特征的关系.(1)本次强雷暴天气是华南一起典型的以西南急流和切变线为环流背景的强对流天气过程.在整个雷暴生命史中以负地闪为主,占69.3％;正闪在雷暴发展的初始和结束...     

地闪定向仪（DF）的测站定向误差及应用

由于地闪定向仪(DF)网络已广泛使用,而国内目前又无方便有效的定向误差估计方法,本文试图用气象台站资料寻找一种方便可行的定性判断方法,并给出测站可能的定向误差分布图。同时,我们还用DF网络的资料作了包括其工作范围内的雷暴日和落雷密度在内的统计分析,得到的落雷密度在考虑实际情况后与用其它方法得到的结果相吻合。     

基于ADTD系统的闪电频次分布特征分析

闪电频次是反映雷电活动强弱特征的重要参数。在统计分析重庆市ADTD系统地闪监测资料的基础上,重点分析闪电频次的极性、幅值、雷电流波头陡度和时间分布特征,同时利用GIS软件获取地闪点的高程属性,初步分析了其空间分布特征。结果表明:闪电频次随极性、雷电流幅值和陡度不同而差异显著;闪电雷电流幅值和陡度的频次呈现对数正态分布;闪电频次的月际分布特征表现为正闪集中在4—7月,负闪集中在7—8月;日际分布特征表现为闪电频次主要集中在03:00—07:00和15:00—19:00;在高度空间分布上闪电发生频次最高地区为海拔300~500 m的区域,以后呈现随高度上升而呈递减趋势;在纬度分布中,高频区域分布在28.9~30.3 °N,次高频地区为30.7~31.5 °N之间;经度分布特征来看,呈现双峰双谷（两个峰值区分别为105.9~106.9 °E、108.1~109.1 °E）;高幅值区域正负闪频次比值高于低幅值区域;闪电频次较高地方集中在重庆市东北部、东南部和西部等地。在此基础上获得了重庆地区的雷电流幅值和陡度频次分布表达式,为雷电防护提供了重要的理论基础。      

北京地区雷电定位系统场地误差及其结构分析

本文利用1988,1989两年北京地区雷电定位系统(LLS)探测到的雷电资料,采用作者在文献[10]中提出的参数化方法,分别计算了该系统中各定向仪(DF)的场地误差曲线。结果表明,场地误差曲线不仅是测量方位角的偶周期函数,而且包含着奇周期的成份。同时还表明,同一场地具有相对稳定的误差曲线。 文中还讨论了场地误差产生的原因,并首次提出偶极辐射是产生场地误差的主要原因的观点,推导出了它可能产生的场地误差的函数形式。用此理论可很好地解释实际计算出的各站场地误差曲线的结构特征。     

绵阳地区夏季雷电特征分析及雷电流辐值概率分布算法修正

利用四川省绵阳地区2017—2019年6—8月闪点定位系统资料,对绵阳地区闪电频次、雷电流幅值和闪电密度分布进行研究。利用GIS软件获取地闪点的高程,分析了闪电频次空间分布特征,结果表明:闪电频次随纬度增加呈先增后减趋势,随经度分布呈现双峰特征,多发生于下垫面海拔高度400~600 m区域;绵阳地区地闪密度有三个高值中心分别位于安县西桑枣和雎水、江油东北二郎庙、绵阳市游仙区杨家湾地区,结合高程分析发现地闪多发区位于山地与平原交汇处偏向低海拔一侧。分析比较了目前常用的防雷计算方法规程法和IEEE推荐公式,在此基础上对绵阳雷电流幅值数据拟合分析,提出适用于本地的雷电流累计概率分布函数和概率密度计算公式。      

新型闪电电场变化测量仪的研究与初步应用

闪电电场变化测量系统是目前用于闪电物理研究以及闪电定位的重要手段之一,提高测量系统的探测性能,对于推动闪电物理以及闪电定位的研究具有重要作用.根据电磁感应原理,研制出探测带宽为10 Hz～5 MHz的新型闪电电场变化测量仪.并进行了实验,标定了测量仪输出信号与电场变化信号在频域上的数值关系.利用三套测量仪系统对南京多个...     

EVALUATION OF GROUND STROKE DENSITY DISTRIBUTION AND LIGHTNING DETECTION EFFICIENCY IN BEIJING-TIANJIN-HEBEI AREA

It is possible to understand the lightning activities in a specific region and compare test resultsof different apparatus only when a reliable evaluation of detection efficiency distribution pertainingto a particular lightning location system(LLS)is available.Based on the data in 1992.an approximate evaluation of detection efficiency spatial distribu-tion for single-station lightning location system(M-LDARS)and LLP three-station lightning loca-tion system in Beijing-Tianjin-Hebei area is presented in the paper,showing that the average detec-tion efficiencies are smaller than 48% and 46% respectively.In addition,the article offers an eval-uation of spatial distribution of ground stroke density(D_g)and positive stroke percentage,indicat-ing that six high stroke density zones exist along the southeastern sides of the Taihang and Yan-shan Mountains.The stroke density of mountainous region is higher than that of the plain region,in contrast to the case of positive stroke percentage.Also,it is shown that within a radius of 250km,the average of D_g is 1.2(km~(-2) a~(-1))while the average positive stroke percentage is 10.9%.Finally,the paper proposes a possible test method of accurately evaluating the spatial distributionof detection efficiency(A).     

闪电辐射场的宽带频谱测量及地闪首次回击放电参数的估算

我们用一台自制宽带电场接收机和四台窄带电场接收机对同一闪电的辐射场进行了测量,得到了从2kHz到80MHz频段内云闪和地闪的绝对振幅谱。云闪和地闪的谱峰值分别出现在4kHz到10kHz和20kHz到80kHz频段内。在10kHz到2.8MHz内,地闪的平均谱按1/f衰减,2.8MHz到80MHz内,按1/f~(1·4)衰减。在40kHz以上,云闪的平均谱按1/f~(1·4)衰减。40kHz以下,地闪是主要的辐射源,40kHz以上,云闪和地闪有几乎相等的辐射强度。50km距离上,地闪首次回击辐射电场峰值的平均值为15.16V/m,标准差为8.38V/m。1MHz以下,地闪首次回击辐射总能量为0.84×10~5J,标准差为1.57×10~5J。峰值功率为0.85×10~(10)W,标准差为0.98×10~(10)W。峰值电流为27.80kA,标准差为17.12kA。电流时间变化率峰值为109.30kA/μs,标准差为91.53 kA/μs。我们对观测到的一些特殊的闪电现象也做了初步解释。     

利用监测与人工观测数据计算的雷击大地密度比较

利用2004—2007年江西省雷电监测定位系统探测数据获取的雷电数据资料和江西省抚州市各气象站的雷暴记录,进行了雷暴日数的比较,分析了以实测数据计算的雷击大地的年平均密度与以雷暴日计算的雷击大地的年平均密度的差别及其原因。     

平面标定法在闪电光学观测中的应用

针对闪电光学观测资料定量分析的需求,采用张正友平面标定法结合便携式平面靶标,实现了闪电外场试验中光学观测设备的现场标定,为消除光学系统成像畸变对闪电通道特征分析的影响提供了一种便捷的途径。使用此方法对广州高建筑物雷电观测站(TOLOG)的6套闪电光学观测设备进行了标定,结果表明:光学观测设备搭载同类型镜头时,焦距越短图像的畸变越明显; 图像中视线与光轴的夹角越大,径向畸变的影响越明显,采用鱼眼镜头获得的闪电通道图像在靠近边缘的位置畸变的影响会超过25%;通过对配备焦距为8 mm鱼眼镜头的单反相机以及配备焦距为8 mm广角镜头的高速摄像机同时获取的闪电光学同步资料进行畸变校正后,发现获取的图像畸变校正前后闪电通道总体长度差异分别为12.9%和4.5%;经过畸变校正后不同设备获取的闪电通道图像比原图拥有更好的一致性。