雷电流幅值概率分布特征及累积概率分段修订

为了研究雷电流幅值概率分布特性及雷电流幅值累积概率曲线拟合效果,以满足防雷工程设计和雷击风险评估工作需要,根据湖北省2007—2013年雷电定位系统(Lightning Location System,LLS)监测的雷电流幅值资料,统计分析了雷电流幅值累积概率和密度分布特征。结果表明:正闪和负闪电雷电流幅值累积概率分布差异较大,负闪电雷电流幅值累积概率分布比正闪电更集中,负闪和总闪电的雷电流幅值累积概率分布曲线基本相同;雷电流幅值强度大部分集中在10~50kA。根据IEEE推荐的雷电流幅值累积概率分布表达式,拟合了不同极性的雷电流幅值累积概率分布公式。雷电流幅值小于110kA时,采用IEEE拟合公式计算的雷电流幅值累积概率与实测值间的相对误差较小;雷电流幅值大于110kA时,计算值与实测值间的相对误差随雷电流幅值的增加而增大。采用该文给出的分段修订公式,计算在110kA以上的雷电流幅值累积概率与实测值间的相对误差在2%以内。由IEEE推荐表达式拟合雷电流幅值累积概率分布和概率密度分布时,负闪和总闪电雷电流幅值累积概率分布拟合效果明显比正闪电好,其原因可能与正闪电分布特性有关。     

基于雷电监测数据的雷电流幅值累积概率分布特征

利用江西省2006—2015年闪电定位系统监测资料,通过数理统计、回归分析等方法,分析江西省雷电流幅值概率以及雷电流幅值累积概率分布特征。结果表明:基于雷电监测数据获得的雷电流幅值累积概率分布拟合公式,一定程度上反映了江西省雷电流幅值累积概率变化特征。正、负极性雷电流幅值平均概率分布特征均表现出明显的堆积效应,且正极性的集中中心小于负极性;同时,正极性闪电相对负极性闪电出现大幅值的概率更高。负闪电实测曲线与拟合曲线完全一致,总闪电实测曲线与拟合曲线基本一致,拟合效果较负闪电稍差,较正闪电好。推导出的江西省正、负闪电和总闪电的雷电流幅值累积概率分布公式,对解决电力系统中由于雷电流幅值造成的雷击输电线路故障并采取有效的解决方案具有一定参考价值。     

海南省雷电流幅值概率分布研究

雷电流幅值概率分布是防雷计算中的重要参数。以海南电网雷电电位系统2009—2013年相关数据为基础,对海南省雷电流幅值进行统计分析,比较海南省雷电流幅值累积概率曲线与规程法、电气电子工程师协会(IEEE,Institute of Electrical and Electronics Engineers)推荐曲线之间的差别。另外,分别依据规程法和IEEE推荐的雷电流幅值累积概率公式对海南省雷电流幅值累积概率曲线进行了拟合并比较其优劣,分析海南各地区的雷电流幅值分布之间的差异,总结海南4个方位代表地区的雷电流幅值累积概率公式,对海南地区防雷计算和防雷装置配置等工作的科学开展具有重要意义。     

河南省雷电流幅值累积概率分布

雷电流幅值是研究区域雷电分布极其重要的一个参数,目前河南省在雷电流幅值方面的研究较少。利用2008—2017年河南省气象部门ADTD闪电定位系统的地闪监测数据,对规程法、IEEE工作组和CIGRE工作组推荐公式的特征函数进行了拟合。结果表明:河南正、负地闪雷电流幅值概率分布存在差异,采用IEEE工作组推荐的公式对河南雷电流幅值累积概率分布进行的拟合效果最佳,同时得出了河南省雷电流幅值累积概率分布函数表达式,为更好地研究河南省雷电特征和开展防雷减灾工作提供了不可或缺的技术参考。     

天津地区雷电流幅值及累积概率分布特征

为研究天津地区雷电流幅值特征,选取2008—2018年ADTD闪电定位数据,研究分析了雷电流幅值时间分布特征和累积概率分布特征。结果表明:天津地区11 a间共计发生闪电106474次,负闪占比89.26%,远高于正闪;雷电流幅值主要集中在2—100 kA,占闪电总数的97.76%,160—200 kA范围内的闪电次数较少,平均正闪电流强度明显大于负闪电流强度;雷电流强度季节特征较为显著,正闪雷电流强度呈双峰分布,负闪雷电流强度分布较为平均,春季正闪活动频繁,秋季次之,夏季负闪频发,冬季雷电活动发生较少,以正闪居多;雷电流高于25 kA时,正闪电流幅值累积概率显著高于负闪,低于25 kA时,负闪电流幅值累积概率高于正闪。负闪电流幅值的累积概率分布与总闪更为接近,与正闪分布差异显著,闪电总数电流累计概率分布主要受负闪影响。通过对比分析发现IEEE工作组(电气与电子工程师协会)推荐的累积概率分布函数更适合于天津地区,特别是雷电流幅值在25—55 kA范围内时,累积概率与推荐公式基本相同。将天津地区雷电流幅值累积概率公式尝试应用于雷电灾害风险评估中,可为精准确定雷电灾害风险评估参数P_(B)取值,精确计算雷击建筑物损失风险提供参考。     

基于ADTD系统的雷电流波头陡度频率分布特征

通过对ADTD闪电定位系统2006 2008年在重庆地区监测的729598次闪电进行统计,重点分析雷电流陡度的频率分布特征。结果表明:雷电流波头陡度及其频率随极性不同而差异较大,正闪陡度明显大于负闪陡度,而同陡度负闪频率却显著大于正闪;雷电流幅值与陡度相关系数为+0.613;采用电力行业标准DL/T620推荐波头时间反推得到的雷电流陡度和采用Ciger推荐公式计算得到的雷电流陡度的概率分布特征与统计特征差异较大。在此基础上分析了ADTD系统获取雷电流陡度资料的局限性,为合理选取雷电流陡度参数提供理论依据。     

2010—2018年辽宁省雷电流幅值特征分析

基于辽宁省2010-2018年闪电定位（ADTD）资料,运用统计学方法分析了雷电流幅值时间变化特征;运用规程计算公式和IEEE推荐公式分别计算了雷电流幅值累积概率密度,并和实际地闪雷电流幅值累积概率密度曲线做了对比分析;运用最小二乘法拟合了IEEE推荐公式。结果表明：2010-2018年辽宁省地闪以负闪为主,占比高达89%,而负地闪雷电流幅值主要集中于-50~-20 kA;地闪频次在2011-2013年逐年升高,而后逐年减少,总地闪和负地闪的平均雷电流幅值自2010-2013年逐年降低,而后逐年升高;地闪主要发生在汛期的7-8月,平均雷电流幅值在冬季最高,且日变化平稳;雷电流幅值为20-50 kA的总地闪和负地闪累积概率密度曲线下降最快,而雷电流幅值在20 kA左右的累积概率密度曲线开始下降,总体下降速度较慢;通过对IEEE推荐公式进行拟合,拟合后的雷电流幅值累积概率密度分布曲线更加接近实际。     

基于GB 50057的侧击雷电流特征分析

侧击雷防护是高层建筑(含超高层)雷电防护的重要内容之一。以第二类防雷建筑为例,结合电气几何模型和雷电流特性,分析了高层建筑侧击雷的雷电流幅值范围及其概率分布特征。结果表明:建筑物越高,雷电侧击概率越大,且与建筑物高度成指数关系增长;建筑物越高,发生雷电侧击的雷电流幅值范围越大。基于此,讨论了防雷工程中常见的侧击雷防护技术问题,为高层建筑的侧击雷防护提供参考。     

延安地区雷电流幅值累积概率分布特征及计算公式

利用陕西省雷电定位系统资料分析了延安地区2009—2012年的雷电流数据,并对多种雷电流幅值累积概率公式进行了比较分析,同时引入雷电流概率密度公式,列举实例,分析了各累积概率公式所拟合的曲线与实测值所绘制曲线的误差,并根据分析结果给出了该地区带有未知系数α、β的雷电流幅值累积概率计算公式,利用Matlab的Cftool工具中的最小二乘曲线拟合方法对地闪进行拟合,求出拟合误差最小和拟合效果最好时的α、β值,得出了该地区更为精确的雷电流幅值累积概率计算公式,并利用该地区2013年的雷电流数据对推导出的公式进行了准确性验证.结果表明：正闪的平均雷电流幅值明显大于负闪,而负闪的雷电流幅值分布比正闪的分布相对更集中;正闪的雷电流幅值累积概率的分布曲线比较平缓,而负闪的相对比较陡峭;利用规程公式拟合的曲线与实测值对应的曲线差异较大,而利用IEEE Std和CIGRE推荐公式分别拟合的曲线与实测值对应曲线的变化趋势一致,相比规程公式IEEE Std的误差明显减小;当α=36.04,β=4.349时,拟合误差最小,拟合效果最好,并且发现雷电流I_c在0~150 kA时,拟合误差在-0.025~0.018,当I_c=35 kA时,拟合误差最大,为0.025,当I_c大于150 kA时,拟合误差趋于0.     

基于ADTD资料的北京地区雷电流幅值特征分析

为研究北京地区雷电流幅值特征,以2009—2016年ADTD资料为样本,统计分析了电流强度的时空分布规律和电流幅值累积概率分布特性。研究结果表明:该期间北京地区共发生155 567次闪电,其中电流幅值为0～200 kA的闪电占全部的99.5%以上,从2012年起,该地区发生大于300 kA的闪电次数明显减少。正闪电流幅值分布范围较分散,平均电流强度为63.5 kA,最大幅值为953.9 kA,而负闪则相对集中,平均电流强度为33.9 kA,最大为992.7 k A。北京地区冬季雷暴以负极性为主,发生频次虽少,但平均强度更大。此外,总闪的电流幅值累积概率表达式主要受负闪影响,且采用IEEE工作组推荐的表达式更能客观反映北京地区雷电流幅值累积概率分布特征。     

跨座式单轨交通沿线雷电活动规律与易闪性分析

采用线路走廊法,利用重庆市2006～2008年ADTD地闪监测资料,通过对重庆市跨座式单轨交通2号线的雷电活动规律(闪电次数、雷电日、地闪密度、雷电流幅值分布和闪电落区分布)统计分析,进行了相应的易闪性分析.结果发现跨座式单轨交通2号线临江门至佛图关车站区间段是发生临界危险雷电流概率、雷击大地年平均密度较大和雷电落区距离各站点及区间平均距离较小的重叠区域,该线易受雷击,是雷电防护重点区域.该区间段处于沿江位置,地形较为陡峭,易导致局地强对流性天气,理论分析与实际情况一致.     

一次多回击闪电过程的物理特性分析

利用西藏那曲无狭缝光栅摄谱仪获得的一次多回击云对地闪电光谱,研究了各放电通道的温度及其变化。结果表明,一次闪电不同回击过程的通道温度有明显差异,闪电前期的温度通常较高,之后呈逐渐降低趋势。将闪电光谱与同步电学观测资料相结合,讨论了光谱特征、通道温度与闪电放电特性、电流热效应的相关性。数据分析显示,光谱总强度与辐射电场的变化幅度成正比;光谱总强度与放电电流的大小成正比;通道温度与回击过程传输的能量为正相关。     

基于LLS的多回击地闪及其雷电流幅值分布特征

为进一步研究多回击地闪参数分布特征, 以便为雷电防护工程设计和雷电物理研究提供参考, 根据湖北省雷电定位系统(LLS)2007年1月—2018年12月监测资料, 采用计算机编程处理和数理统计方法, 对多回击地闪次数、多重回击次数和不同类型多回击地闪雷电流幅值等参数进行了统计分析。结果表明: 多回击正地闪、负地闪和总地闪次数占其地闪总数的百分比分别为2.06%、34.76%和32.64%, 多重回击次数分别占其回击总数的0.01%、0.42%和0.40%, 多回击负地闪回击次数占多回击总地闪回击总数的99.69%。首次回击强度大于后续回击强度的多回击正地闪和负地闪分别占多回击地闪总数的82.52%和57.87%;在多回击地闪后续回击中, 正地闪约有9%的后续回击强度大于首次回击强度, 负地闪约有20%的后续回击强度大于首次回击强度。多回击正地闪和负地闪中值电流分别为59.30 kA和35.10 kA, 首次回击分别为90.90 kA和40.00 kA, 后续回击中分别为43.90 kA和33.00 kA。首次回击中, 多回击正地闪和负地闪雷电流幅值大于100 kA的累积概率分别为44.06%和4.64%, 首次回击强度大于后续回击强度的多回击正地闪和负地闪雷电流幅值大于100 kA的累积概率最大分别为52.21%和7.94%;后续回击中, 多回击正地闪和负地闪雷电流幅值小于等于40 kA的累积概率分别为41.80%和69.92%, 首次回击强度大于后续回击强度的多回击负地闪, 雷电流幅值小于等于40 kA的累积概率最大为77.71%。多回击正地闪和负地闪后续回击与首次回击中值电流的比值分别为0.48和0.83。拟合得出的不同类型的多回击正地闪和负地闪雷电流幅值累积概率公式, 拟合效果显著; 拟合公式中a值附近的雷电流幅值累积概率与b值呈显著正相关关系。      

Some observations and characteristics of lightning ground discharges in southern Ontario

Abstract

Lightning ground flash and stroke observations were made with a single‐station gated, wideband magnetic direction‐finding system with a nominal range of 180 km located in Southern Ontario during the May‐September lightning‐active seasons of 1982 and 1983. Information was recorded on the azimuth of arrival, time, amplitude, stroke multiplicity and order, and polarity. The local climatology and seasonal statistics of lightning are analysed and summarized, and compared with standard observations of thunderstorm days and hours. Regional daily flashing rates and extremes for periods of 5 to 60 min were found to have a good empirical relationship. About 15% of the flashes had multiple strokes, generally less than 10 but with as many as 14 strokes. About 8% of the flashes were positive discharges; 3% of these were multistroke with no more than 2 strokes.

The lightning activity exhibits well defined diurnal peaks in the afternoon and at night 1–3 h before sunrise. The time interval between strokes was found to have a lognormal distribution with modal and median values of 60 and 75 ms, respectively, and no significant dependence on the order of stroke. The stroke‐to‐stroke amplitude changes within the same flash show that subsequent stroke amplitudes are often greater than the first. Subsequent strokes follow many patterns of change, the most common being an amplitude oscillating with ascending stroke order. The multistroke flash duration median values rose from about 80 ms for 2‐stroke flashes to about 650 ms for 8‐stroke flashes.

Under certain assumptions of system detection efficiency and range limits a regional ground flash density of 1.62 and 2.44 km^?2 a^?1 was estimated for the two years.     

Characteristics and simulation of lightning current waveforms during one artificially triggered lightning

In the summer of 2005, one negative lightning flash was artificially triggered in Shandong Province (117°48′ E, 37°42′N), middle latitude region of eastern China. The flash included 10 return strokes, and the geometric mean value of the current peak was 11.9 kA (the average value was 12.6 kA) with a maximum of 21.0 kA and a minimum of 6.6 kA, similar to the subsequent return strokes in natural lightning. The geometric mean value of half peak width was 39 μs (the average value was 40 μs), which was much larger than the usual result. Based on the Diendorfer and Uman (DU) model, the return-stroke current waveforms and charge distribution along the lightning channel are discussed. The simulated current waveforms, being divided into breakdown and corona current components, are in agreement with the optical measurements when the two different discharge time constants are properly chosen.     

广州地区雷暴过程云-地闪特征及其环境条件

应用雷电定位系统和高空观测资料并结合雷达回波资料, 对广州地区雷暴过程云-地闪特征进行分析, 并就有、无云-地闪出现的两组不同对流天气过程的环境条件进行了比较研究。结果表明:广州地区的雷暴过程以负的云-地闪为主, 负云-地闪所占比例在90%以上。云-地闪发生频率与雷暴系统强度演变有直接联系, 对于同一系统来说, 随着系统回波强度的增强, 云-地闪发生的频率也增高。但不同系统中, 云-地闪发生频率有很大不同, 回波强(弱)的对流系统并不意味着云-地闪发生的频率就高(低)。有云-地闪记录的对流天气过程具有更大的垂直切变、更高的相对风暴螺旋度以及更多的对流抑制能量, 云-地闪现象更易于出现在更加有组织和更强的对流系统中。研究还发现广州及周边城市区域对雷暴系统回波强度及云-地闪现象可能有影响, 两个典型个例分析表明, 雷暴系统移经城市区域时回波强度减弱, 云-地闪发生频率减小, 雷暴移过城市区域后, 强度可重新加强, 云-地闪发生频率增大。     

一次多回击自然闪电的高速摄像观测

2006年8月1日在广东省从化市利用成像率为5000幅/s的高速摄像系统观测得到了一次包含有13个回击过程的自然负地闪, 其梯级先导的传播速度为106 m/s的量级; 一次企图先导的传播速度随高度的降低而减小; 一次直窜先导的传播速度随高度的降低而增加。有3次继后回击相对积分亮度的峰值大于首次回击相对积分亮度的峰值。研究发现:此次自然闪电的继后回击及紧跟其后的连续电流过程的发光总量与该次继后回击之前闪电通道的截止时间有关, 较大的发光总量对应于较长的截止时间, 较小的发光总量对应于较短的截止时间, 但两者没有固定的比例关系。     

夏季雷州半岛强降水雨滴谱个例分析及降水与闪电相关性统计分析

利用2007年8月在雷州半岛观测雷暴获得的雨滴谱和地闪资料,重点分析了8月6日遂溪、湛江一次雷暴云降水个例的雨滴谱特征,对闪电特征与降水的相关性进行了统计分析。结果表明,遂溪站的雨滴谱谱型多为双峰或多峰型,而湛江站的雨滴谱谱型多呈单峰型分布;平均雨滴谱符合Gamma分布;雨强I10mm/h时发生地闪的频率较高,且发生地闪频率随着距测站的距离减少而增加;随着雨强的增大发生正地闪的概率明显增加;降水过程中的闪电频率和距离校准后闪电电流强度的相关性表明,地闪发生的距离越近,频率越高对应雨滴谱谱宽越宽和降水强度越大。     

粤港澳闪电定位系统对高建筑物雷电的探测

基于2016—2017年广州高建筑物雷电观测站获取的资料对粤港澳闪电定位系统(简称定位系统)的性能进行评估,并根据2014—2018年定位系统历史资料对广州高建筑物区域的雷电活动特征进行初步分析,结果表明:定位系统对闪电的探测效率为93%(214/229),对回击的探测效率为93%(449/481),对下行闪电首次回击、继后回击及上行闪电回击的定位误差的平均值(中值)分别为361 m(188 m)、252 m(167 m)和294 m(173 m);当接地点高度低于200 m(不低于200 m)时,定位系统对下行负极性闪电首次和继后回击的云闪/地闪识别正确率分别为99%(80%)和93%(35%),有83%的上行负地闪回击被定位系统误判为云闪,广州高建筑物区域内绝大部分负云闪定位记录实际是高建筑物地闪;对定位系统得到的孤立高建筑物闪电密度中心进行分析后发现,广州塔(600 m)闪电密度中心200 m半径范围内年均回击次数约为中信广场(390 m)和广发证券大厦(308 m)的5倍,推测广州塔闪电的主要类型为上行闪电,而中信广场和广发证券大厦则为下行闪电。