基于雷电定位系统的雷电多回击地闪参数统计及影响因素分析

根据2010—2021年广东省雷电定位系统(lightning location system,LLS)数据,以不同定位站数的筛选方式对多回击地闪参数进行统计,发现随着选取的定位站数增加,多回击地闪的占比、雷电流幅值和时间间隔增加,由此指出:开展多回击地闪次数及占比统计时应选取定位站数S≥2,避免大部分小雷被忽略;开展雷电流幅值统计时应选取定位站数S≥3,确保雷电流幅值精度。对比分析人工引雷时LLS测量的雷电流幅值差异,发现雷电流幅值越大,LLS中能监测到雷电流的定位站数越多,此时LLS测量的雷电流幅值与人工引雷测量结果的偏差越小。选取定位站数S≥3,统计分析多回击地闪中首次回击雷电流幅值与后续回击的关系及其变化趋势,发现首次至后续回击雷电流幅值中值依次递减、回击时间间隔依次递增,但随着回击次数的增加,所有后续回击的雷电流幅值大于首次回击的概率呈现先增大后略减小的趋势,由此提出后续回击雷电流幅值大于首次回击雷电流幅值的概率计算公式。

基于浙江省三维闪电监测系统的多回击闪电参数的特征分析

为深入了解浙江地区地闪和云闪的雷电活动,基于2019—2020年浙江省三维闪电定位探测资料,分析研究了该地区多回击地闪和云闪相关参数特征。结果表明:两年内浙江省共发生地闪回击数和云闪回击数98万和38万余次,多回击地闪和云闪分别占28.1%和8.01%,其中负闪占总闪比重大于正闪;地闪和云闪频数存在明显的月变化和地域分布,夏季和浙南地区更易发生多回击过程;云闪平均回击次数为1.10次,低于地闪的1.59次。地闪和云闪回击平均强度随回击数的增加而下降,其中正闪下降趋势更为剧烈;超一半的多回击地闪和云闪至少有一次继后回击电流强度大于首次回击电流强度,地闪和云闪继后回击与首次回击强度的比值呈对数正态分布,集中在0~2,其中云闪分布更为集中。地闪和云闪回击间隔时间算术平均值相当,约115 ms,几何平均值地闪明显大于云闪;回击间隔时间呈对数正态分布,其云闪分布更为集中,且集中区域对应的回击间隔时间更小。不同回击次数的云闪和地闪平均间隔时间随回击数增加而减少。地闪和云闪间隔距离分布相似,地闪平均间隔距离明显小于云闪,且分布更为集中。

±800 kV宾金线浙江段正负地闪多重回击特征分析

为得到±800 kV宾金线浙江段沿线走廊正、负地闪多重回击特征,对2017年6月至9月监测到的3 032例完整地闪样本的特征参数进行了统计分析,主要包括回击次数、地闪持续时间、回击间隔时间、回击强度四个方面。多重回击参数呈明显的随回击序号系统性变化特征,且正、负地闪特性差异较为明显。统计结果表明:正、负地闪样本数量分别占27.57%和72.43%;负地闪样本中单回击占52.60%,最大回击次数达到13次,平均回击次数为2.47次;正地闪样本中单回击占比更大,达到77.04%,而回击次数相对较少,其最大回击次数为5次,平均回击次数仅为1.26次。正、负地闪多重回击持续时间随回击次数增加呈递增趋势,且负地闪持续时间的增长速度更快,其整体的算术平均分别为250.20 ms和343.02 ms。负地闪回击间隔时间随回击次序变化不明显,而正地闪回击间隔时间随回击次序呈递减趋势。总体上正、负地闪后续回击强度比值均随后续回击次序增加呈递减趋势;负地闪首次回击电流强度随回击次数增加呈递增趋势,而正地闪变化趋势不明显。

通道宽度对线路通道雷电多重回击特性统计的影响

为解决线路通道雷电多重回击参数统计时的走廊宽度选择问题,以±800kV宾金线浙江段为对象,在2.5km,5km,7.5km和10km走廊半径下开展多重雷回击参数统计分析,分析走廊宽度对多重雷后续回击次数、各次后续回击电流幅值、后续回击间隔、回击整体持续时间等参数的影响,并对多重雷回击参数统计时的线路走廊宽度选择进行了讨论。统计结果表明,线路走廊半径对多重雷持续时间、后续回击时间间隔统计结果影响较小;走廊半径为2.5km和5km时统计得到的平均后续回击次数、多重雷占比大于半径为7.5km和10km的情况;半径为2.5km时,统计所得8~10次后续回击中回击强度大于1的比例偏少;综合考虑半径对回击次数和回击强度统计结果的影响,建议采用5km走廊半径开展多重雷参数统计。

利用SAFIR资料对北京及其周边地区地闪参数的特征分析

利用2005—2007年北京及其周边地区SAFIR3000闪电定位资料，分析了该地区地闪相关参数特征。结果表明，该地区正地闪平均电流为33．43kA，负地闪为-29．57kA；正、负地闪电场变化波形平均上升时间分别为8．70肛s和5．11fIS，下降时间分别为23．52μs和28．37μs，两者上升、下降时间的月变化均呈反相关关系；地闪平均回击次数为1．57次，其中正、负地闪的平均回击次数分别为1．19次和1．64次，观测到的地闪最大回击数为13次。在正、负地闪中，单次回击闪电比例分别为87．24％和65．22％；地闪回击间隔时间呈准正态分布，集中在40～60ms之间的次数最多，占总次数的23．43％，平均间隔时间为65．03ms，最大为426．8ms。最小为1.7ms；地闪总回击持续时间为0．03～948．4ms；归一化到100km后的正地闪首次回击辐射场场强为5．29V·m-1，负地闪为6．09V·m，正地闪继后回击场强为4．48V·m，负地闪为6．24V·m。

合肥地区地闪特征

根据观测资料 ,分析了利用闪电辐射场信号大容量采集系统观测到的合肥地区地闪回击特征。结果表明 ,每次地闪回击数频率分布并不表现为简单的指数衰减特征 ,回击数在 5次以下的各回击数出现频率几乎相当 ,单次回击地闪的比重只有约 1 5 %。平均地闪回击数为 4 .2次 ,观测到的最大回击数为 1 6次。地闪回击归一化电场强度近似服从对数正态分布。 1 69例首次回击平均电场强度为 9.3V·m- 1 (归一化到 1 0 0km ,下同 ) ,485例继后回击的平均电场强度只有 4 .5V·m- 1 。 480例继后回击与首次回击场强之比平均为 0 .6 ,有 1 8%地闪过程至少有一次比首次回击强的继后回击。相邻两次回击间隔时间呈现对数正态分布特征。观测到的最短回击间隔为 1 .6ms ,约 30 %的回击间隔 >1 0 0ms,在40～ 1 0 0ms之间的回击间隔比重约为 50 %。回击间隔时间与间隔前后回击相对强弱之间存在系统性的变化趋势 ,当两次回击间隔在 40ms以下时总是以‘前强后弱’的回击组合占主导地位 ,相反 ,当回击间隔时间增加到 >1 0 0ms时 ,约 55 %的回击间隔表现为‘前弱后强’的回击组合。

北京地区的雷电物理特征

为加深对北京地区雷电特征的认识,并为北京地区的防雷设计提供依据,利用2008-2009年快、慢天线雷电电场变化仪得到的资料对北京地区的雷电物理特征进行了统计分析。结果表明,每次地闪回击数频率分布和回击间的时间间隔都呈现出明显的正态分布特征。单次回击地闪的比例高达45%,平均地闪回击为3次,观测到的最大回击数为15次。相邻两次回击间隔时间在40 ms和110 ms出现峰值,观测到的最短回击间隔为2.2 ms,回击间隔分布在40～100 ms之间的高达60%以上。373例继后回击与首次回击强度之比平均为0.65,13%的地闪过程中至少有1次比首次回击强的继后回击。继后回击幅度较强,通常会伴随较短的先导持续时间和较长的回击间隔。

基于不间断闪电波形采集的一次皖北雷暴负地闪特征观测

利用具有不间断信号记录能力系统记录的闪电波形资料,借助人工识别判定各次地闪的回击过程,研究了2012年7月9日发生在安徽淮北地区一次夏季雷暴过程的连续负地闪活动特征。该次雷暴3141次负地闪中,单回击地闪占15.5%,最大回击次数为18次,每次地闪平均回击次数为4.2次;在整个雷暴期间,单回击地闪比例和每次地闪平均回击次数存在显著的大小变化。负地闪过程平均持续时间为363.7 ms,相邻回击间隔时间的几何平均为75.3 ms,雷暴成熟期的回击间隔明显小于其它阶段。总体上后继回击强度远弱于首次回击,10031例后继回击与首次回击峰值强度之比几何平均为0.49,但是强于首次回击的后继回击过程并不罕见,34.8%的多回击地闪至少有一次后继回击强度大于首次回击,全部后继回击中有19.7%的强度超过首次回击。后继回击强度和回击间隔呈明显的随回击序号的系统性变化特征。约有38.6%的负地闪伴随可辨的双极性脉冲活动,该脉冲活动与首次回击之间的时间间隔几何平均为23.2 ms。

±800kV宾金线浙江段线路走廊雷电活动参数分析

为掌握±800kV宾金线浙江段线路走廊的雷电活动参数以作为线路防雷计算等工作的基础,利用雷电监测系统,对其进行网格划分,并对2010~2016年雷电参数进行了统计分析。结果表明,±800kV宾金线浙江段线路走廊靠近浙赣边界和金华换流站两段的雷电日数、地闪密度较大,属于雷电活跃区域;雷电流幅值累积概率分布可用IEEE推荐公式取得良好的拟合效果;沿线正地闪的主放电回击次数小于负地闪的主放电回击次数;不同年份雷电日、地闪密度差异较大,正地闪比例、雷击主放电回击次数均值保持稳定。

±800 kV宾金线浙江段线路走廊雷电地闪多重回击特征分析

为得到±800 k V宾金线浙江段线路走廊雷电地闪多重回击参数,对2017年6月至9月部分时间的雷电监测数据进行统计分析,结果表明:统计样本中44.78%的主放电含有后续回击,最大后续回击次数、平均后续回击次数分别为17次、1.68次,含多次后续回击的主放电数量不可忽视;90.7%的正极性主放电不含后续回击,而61.94%的负极性主放电含有后续回击;地闪持续时间主要分布于0~500 ms,回击间隔主要分布于20 ms^100 ms;后续回击与主放电的雷电流幅值比值几何均值为0.51,20%的后续回击电流幅值大于主放电电流,比值随后续回击次序增加呈递减趋势、随主放电的雷电流幅值增加呈递减趋势。

海拔高度对云南某地雷电参数的影响

针对云南省某地雷电定位系统所统计的地面落雷信息缺乏海拔高度属性,无法分析海拔高度对雷电参数影响的情况,结合雷电定位系统和Global Mapper分析软件,分析了该地区雷电流参数与海拔高度的关系。利用先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型(ASTER GDEM)获取了地面落雷点的海拔高度属性,分析了地面落雷点的雷电流幅值、雷电回击次数、地闪密度、正极性雷在总落雷次数中所占比例等因素随海拔高度的变化关系,得出了该地区雷电参数随海拔高度变化的规律,为该地区电网设计和防雷改造提供了参考。