雷电监测预警系统的原理及应用

本文讨论了有关雷电的基本知识，列举了目前存在的各种雷电定位方法，分析了雷电定位的几个过程。对近期引进VAISALA公司的SAFIR3000型雷电监测预警系统采用的探测原理做了分析，并总结了这套探测系统采用的VHF干涉测量原理特点及不足之处。     

江西省雷电监测定位系统探测数据分析

利用2004～2007年江西省雷电监测定位系统获取的雷电数据资料,分析了江西省雷电强度、陡度的分布特征、相关关系,结合《建筑物防雷设计规范》（50057—94）中部分雷电参量和安全距离计算公式,对雷电数据进行讨论。分析表明,以地闪实测数据计算的雷击大地的年平均密度与以雷暴日计算雷击大地的年平均密度相差较大。     

一种多站雷电定位系统探 测效率的估算方法

通过分析多站雷电定位系统MDF的特点,提出影响多站雷电定位系统探测效率的因素主要有两个方面:1)波形判据及阈值的设置;2)DF场地环境及其本身的时间分辨率。本文提出了一种估算系统因第二种因素存在时的探测效率的方法。用此方法分别计算和分析了北京DF网络三年来的探测效率。结果表明:1)该系统中各DF站在正常情况下(不考虑第一种因素)探测效率约为70％左右;2)若有大量干扰DF的探测效率会大大降低。     

肇庆市雷电活动的规律

通过肇庆市2013—2017年闪电定位系统数据,分析了肇庆市雷电活动的日变化、月变化、闪电强度和密度等雷电活动特征,结果表明:肇庆市雷暴特征明显,日变化呈单峰状,主要集中在14:00—19:00;月变化呈双峰型分布,峰值分别为5和7月。雷电密度分布呈现两极分布,东南部雷电密度较大,西北山区密度较小;雷电流分布则刚好相反,西北山区雷电流较大,东南部相对偏小。雷电流峰值达到510.8 kA,平均电流达24.59 kA。     

闪电定位系统与人工观测雷电日参数对比分析

雷电日是反映雷电活动规律的重要参数。通过对重庆地区35个区县人工观测雷暴资料(1951—2009年)和闪电定位系统监测资料(1999—2008年)的数理统计,重点分析了人工观测雷暴日、闪电定位系统监测的雷电日和雷击大地密度特征。结果表明:人工观测的雷暴日数远小于闪电定位系统监测获取的数据;人工观测的雷暴日局限于个人差异和地形影响,而闪电定位系统监测的雷电日局限于探测方法和设备的灵敏性,不能完全客观反映各地区雷电活动规律;雷击大地密度客观真实反映各地雷电活动特征,在此基础上获得了有效反映雷电活动规律的雷电日参数,为雷电灾害风险评估与防雷设计提供参考。     

基于实况资料的闪电定位系统定位精度分析

对江西省2013—2014年雷击造成死亡、因雷击造成气象仪器运行中断的个例进行回访和筛选,选取事故发生地点、时间确定的样本。与样本对应,在江西省闪电定位资料中选取同一时间段、同一地点附近的地闪,计算两者的经纬度差,并计算两点间距离。通过直击雷样本对比分析得出闪电定位最小定位误差平均为0.958 6 m。同时,通过对气象仪器电磁脉冲与雷电波侵入故障样本分析得出,4 km范围内的地闪有可能造成因雷电电磁脉冲对仪器设备的损坏。     

基于闪电距离判定、雷达产品阈值控制的雷电预警算法研究

从研发专业雷电临近预警服务产品及提高其时效性的目的出发,以0.01°×0.01°栅格、6min为一个预警单元,在雷达阈值控制的雷电临近预警模型的基础上,对每个预警网格进行前5个时段内所发生闪电与网格的距离计算,按闪电逼近网格的距离和变化趋势确定预警规则,生成当前时刻往后6min栅格、重点区域雷电发生情况的临近预警产品,并对模型的预报成功率进行了定量和定性化的评估,结果表明该模型相比传统依靠雷达阈值控制进行雷电临近预警的方法在栅格、区域的预报准确率都有一定的提高,计算速度快,可以较好地被应用到实际特别是专业雷电临近预警服务中。     

雷达资料在高原东北侧雷电预警中的应用

利用LD II闪电定位仪资料和兰州CINRAD/CC雷达资料,对甘肃中部2011和2012年夏季对流性降水过程中雷达回波单体与雷电活动之间的对应关系进行分析,提取反映较好的雷达产品特征量,建立雷电预警方案。结果表明,35 dBz回波顶高（ET）突破-10℃层高度和40 dBz回波顶突破过-10℃层高度等2个指标的雷电预警效果较好,预警时间可分别平均提前23和16 min;垂直累积液态含水量（VIL）可作为判断雷电发生的充分条件,但其值应小于30 kg·m-3;ET大于10 km预警雷电发生,预警时间可提前平均为7 min。利用建立的雷电预警方案对2013年的个例进行效果检验分析,结果表明该方案在雷暴天气具有较好的预警效果。     

贵州雷电时空分布及强度特征分析

该文用2004、2005、2007年3a的闪电定位资料,结合贵州的天气气候背景,利用曲线模拟和网格插值统计方法初步分析贵州省雷电的时间、空间、强度分布特性。结果表明,贵州雷电主要发生在4—10月,且午后属于多发时段,空间分布呈不均匀状态,西部多,东部少,特别是省的西南部雷电较为频繁。雷电的强度一般正闪比较强,且基本集中在15～45KA这一强度段,负闪强度较弱,分布相对比较均匀。     

修文县两起雷电灾害分析及雷电防护措施

该文就两起雷电灾害案例的调查,本着客观、科学的态度,结合天气雷达回波资料、闪电定位资料及现场调查记录的相关资料,综合分析雷灾原因以及现实状况中存在的防雷技术方面的不足.     

ADTD闪电定位探测仪常见故障分析

简述ADTD闪电定位探测仪的安装、调试的注意事项,对其中出现的问题进行总结,提出日常维护维修的要点及注意事项。     

湖北ADTD闪电定位系统监测数据质量分析

为了提高ADTD闪电监测系统监测数据的业务应用质量和效率,使用湖北省2006—2019年该系统闪电监测数据,采用网格法、雷击案例验证法和定性分析法,对多个高层建筑附近地闪分布规律和全省时空分布规律进行了统计分析,并通过雷灾事故对定位精度进行了验证。结果显示：①选取的湖北地区4个高层建筑周边地闪回击次数高值区与高层建筑实际位置均有偏差,偏差距离在190～1548 m之间,偏差方位角无固定规律;②4个高层建筑参考点和雷灾事故实际雷击点与闪电监测系统对应的定位偏差数据显示,该系统在平原地区定位平均误差为539 m,山区定位平均误差为1384 m,山区定位误差明显大于平原地区;③该系统监测数据的时空分布特征与湖北降水特征以及湖北周边省市同类监测系统监测数据的一致性较好,雷电流累积概率特征与IEEE推荐的分布规律拟合度较高,说明该系统监测到的主要参数具有一定的准确性。     

大气电场资料在雷电预警中应用

通过分析浙江省嵊县地区2007年6-10月12次强雷暴过程的电场观测资料,并结合该省闪电定位资料,发现当雷暴云移近电场仪测站时,在测站的防护区内（距测站10 km半径范围内）,闪电发生前的电场会出现快变抖动现象,并且快变抖动和闪电的发生具有0-1化对应关系,即当有电场的快变抖动出现并且在一定时间内电场值数次达到一定阈值时,电场值会随着时间增加而达到防护区内闪电出现的强度,很少有出现电场快变抖动而没有产生闪电的情况,利用多元回归技术提出雷电预警方法,将12次雷暴过程数据作为预报资料,得出预报方程及电场最佳预警参数。分析结果表明,当闪电集中发生在距电场仪10-15 km范围内,并达到电场仪预警条件时,为最佳预警时间,预警准确率达到73%。     

DDW1闪电定位系统及性能评估

北京华云东方探测技术有限公司于2016—2018年在广东组网建设了DDW1闪电定位系统, 对一次雷暴过程的观测表明，DDW1定位数据与雷达回波强回波区之间在空间分布上具有较好的一致性。进一步利用2018年中国气象科学研究院在广州从化地区获得的触发闪电试验数据和全闪定位数据对DDW1闪电定位系统性能进行了评估，验证了其探测效率、定位精度等指标。结果表明：对于6次包含有回击过程的人工触发闪电事件，DDW1闪电定位系统全部探测到，地闪探测效率为100%；对于这6次触发闪电中的所包含的27次回击过程，该闪电定位系统共探测到17次，回击探测效率约为63%，对这些回击过程的平均定位误差约为464 m，电流反演误差为1149%；对比高精度全闪探测数据，DDW1的全闪探测效率为50%。     

粤港澳闪电定位系统对高建筑物雷电的探测

为了评估不同聚类算法对雷暴系统的识别效果,进一步提高雷电临近预报能力,本文采用地闪定位数据和雷达反射率数据,利用基于密度的空间聚类(Density-Based Spatial Clustering of Application with Noise,DBSCAN)、快速搜索和查找密度峰聚类(Clustering by Fast Search and Find of Density Peaks,CFSFDP)以及改进的快速搜索和查找密度峰聚类(Extended Clustering by Fast Search and Find of Density Peaks,E_CFSFDP)三种聚类算法,对2018年9月21日19∶15—20∶57(北京时)发生在(114°—117°E、27°—30°N)区域的一次雷暴过程进行了聚类识别计算,探讨了三类聚类算法在雷暴系统识别中的差异。结果表明：(1) DBSCAN算法在地闪数据分布清晰且不同数据簇之间有显著距离间隔时,分类识别的准确率较高;当各个闪电数据簇的簇间距离或密度相差很大时,分类识别的准确率较低;(2) 地闪数据“无密度峰值”分布时CFSFDP算法会分裂出错误类,每个闪电数据簇仅具备唯一的密度峰值点是CFSFDP算法识别准确的前提条件;(3) E_CFSFDP算法解决了CFSFDP算法的“无密度峰值”问题,受地闪数据分布影响较小,因此基于E_CFSFDP算法的雷暴系统识别准确率明显高于DBSCAN和CFSFDP算法。

     

浙江省两套闪电定位系统地闪数据对比

针对2009—2013年浙江省气象部门和电力部门闪电定位系统 (lightning location system, LLS) 监测的地闪 (cloud-to-ground lightning, CG lightning) 数据,从时空分布及探测效率等方面对两者进行对比。结果表明:电力部门LLS监测的年平均地闪频次稳定大于气象部门LLS监测的年平均地闪频次。从空间分布看,沿海平原和金衢盆地等平原地带,两者的地闪密度相近;在杭州和衢州交界地区,气象部门LLS监测的地闪密度稳定大于电力的地闪密度;在其他地区 (如浙西北、浙中南部和浙南等大部分地区),电力部门LLS监测的地闪密度稳定大于气象部门LLS监测的地闪密度。利用雷暴日数对两者的探测能力对比可知,气象部门LLS对一些较弱雷暴天气过程中的地闪有漏测可能。利用雷击跳闸记录对比分析,电力部门LLS逐年探测效率稳定高于气象部门LLS的探测效率,两者相差约6%。     

利用低频磁场天线遥感测量人工引雷中的初始连续电流

2014年夏季的山东人工引雷实验中,我们利用高灵敏度宽频段磁场天线在距引雷点78 m的距离上开展了对人工引雷初始连续电流过程的遥感测量。通过分析实验期间5次人工引雷的综合观测数据,发现磁场遥感方法对人工引雷中特有的初始连续电流有很好的反演效果。通过对78 m距离上获得的磁场测量信号进行积分处理,能够有效地抑制测量过程中白噪声的影响,从而反演得到初始连续电流的低噪声时变波形。该方法为获取空中引雷实验中的初始连续电流波形提供了一种解决方案,同时也可用于反演近距离自然闪电中地闪回击中的长连续电流的时变波形。     

星地多源闪电资料在新疆地区的应用分析

根据2019年7月20日新疆大部分区域出现局部强对流天气过程,利用ADTD、LLS、WWLLN、风云四号卫星闪电成像仪组产品LMIG、大气电场多源闪电观测资料,对比分析这5种资料在新疆地区的应用情况。结果表明:LLS地闪探测效率最高,LMIG和WWLLN地闪探测效率较低;ADTD、LLS、WWLLN三者定位结果在时间和空间上对应基本一致,仅探测效率有所差别。新疆地区部分LMIG数据存在时间和空间上的偏差,使用前需要利用相关资料进行数据检验。卫星全天空、实时监测,可以弥补新疆南部(简称南疆)地面观测站覆盖不到的区域,两者可互为补充。