雷击锥形山体对近距离电磁场影响的模拟研究

为研究雷击锥形山体对近距离电磁场的影响,提出了一种二维时域有限差分(FDTD)共形网格算法。利用该算法对锥形山体进行精确模拟,并具体讨论了不同山体倾角情况下回击电磁场的传输特性。相比于平坦地表(倾角为0°),雷击锥形山体时水平电场幅值随山体倾角增加而增大,当达到45°后,继续增加倾角对幅值影响较小,如土壤电导率为0. 001 S/m时,45°倾角对应的幅值为0°倾角的2. 30倍,60°倾角对应的幅值为2. 31倍;垂直电场和水平磁场幅值均随倾角增加持续显著地增大,如30°、45°和60°倾角对应的水平磁场幅值分别为0°倾角的1. 39、1. 62和1. 78倍。通过进一步分析雷电回击电磁场的时空演变情况,发现这是由于其在山体和平地之间的过渡处产生反射造成的,且倾角越大,反射越强,相应的幅值也越大。另外,锥形山体附近的垂直电场(主要是静电场分量)因山体的静电屏蔽效应而明显小于周围区域。

起伏地表下建筑物顶端雷电回击电磁场特性模拟研究

采用时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法,分析研究起伏地表下建筑物顶端的雷电回击电磁场特征,给出了锥形山体上的建筑物对雷电回击电磁场的影响,并进一步对真实地形山顶建筑物的雷电回击电磁场的传播特性进行了仿真研究。结果表明:相比于平坦地表,锥形山体的角度和建筑物高度会对雷电回击电磁场产生影响。锥形山体角度越大,垂直电场和水平磁场的峰值越大,且垂直电场峰值呈线性增长,锥形山体引起的电场峰值与平坦地表的电场峰值比为4~8;山顶建筑物的高度越高,垂直电场波形的峰值越大,山顶建筑物高度引起的垂直电场峰值与山顶无建筑物时的垂直电场峰值的比值基本呈对数增长,高度小于100 m时,增幅为100%~150%;随着雷电回击通道与山体之间观测距离的增加,建筑物高度增加引起的垂直电场的峰值先增强再逐渐减弱。以青岛大涧山雷达塔为例的仿真结果表明,建筑物顶端的雷电回击垂直电场的峰值明显大于理想平坦地表的情况,且其峰值增大了3.8倍,但是对水平磁场影响非常小。