风云四号闪电数据和湖南地区ADTD数据对比分析

为了比较LMI和ADTD闪电资料之间的相关性和差异,文章基于湖南省2022年ADTD数据和LMI湖南地区2022年闪电数据,对卫星和地基两套探测系统的闪电数据进行对应分析。结果表明:两者数据的匹配比例在月变化曲线上呈现双峰值特征,两者监测到的高频率闪电活动月份基本一致,匹配比例较为稳定的是春季,夏季的匹配度普遍高于春季;两者数据在日变化特征上保持了较好的一致性,呈现出单峰值分布的规律;湖南省云地闪比率值随纬度的变化不明显,平均值为1.96,星地探测数据得出的云地闪比率值与ADTD实测数据计算出的云地闪比率值基本吻合。

2013年江苏省ADTD闪电定位系统资料的评估分析

江苏省于2012年7月对ADTD(active divectory topology diagrammer)-1型闪电定位系统进行升级,投入使用ADTD-2型VLF/LF三维全闪电(包括云闪、地闪)定位系统,这两套探测系统的探测效率有待评估。采用江苏省63站人工观测雷暴日资料与ADTD-1、ADTD-2型闪电定位系统资料分别进行对比分析,结果表明:在气象观测站半径r=8 km的范围内,雷暴日资料与ADTD-2闪电定位系统资料的相关性最好;同时,ADTD-2型VLF/LF三维全闪电新系统由于具备探测云闪的功能,其资料的可信度优于ADTD-1。对比8 km范围内2种不同类型观测站(全天候观测站、非全天候观测站)资料,全天候观测站资料相较于非全天候观测站出现较少偏差,使用全天候观测站资料评估ADTD-2闪电定位系统的探测效率,得出23站的平均探测效率为61.4%,雷暴日做为评估资料有一定的局限性。

基于ADTD系统监测的雷电流幅值累积概率特征分析

雷电流幅值累积概率分布是雷电活动规律的重要指标。通过对ADTD闪电定位系统监测的雷电资料的数理统计分析,采用IEEE工作组和《DL/T620-1997》推荐的公式对比分析了重庆地区的雷电流幅值累积概率的拟合效果。结果表明:雷电流幅值累积概率分布特征随极性存在显著差异,雷击大地密度随雷电流幅值不同而差异较大;同时,采用IEEE工作组推荐的公式拟合ADTD系统监测的雷电流幅值累积概率分布效果最佳,与IEEE推荐的雷电流幅值概率分布特征吻合;而采用《DL/T620-1997》中累积概率分布公式拟合,其结果与之采用概率分布特征差异较大;在此基础上获得了重庆地区的雷电流幅值累积概率分布公式,为防雷减灾活动提供了理论依据。

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。

ADTD雷电定位监测系统异常情况分析

针对ADTD雷电定位监测系统在运行过程中出现的异常情况,从雷电定位仪器异常、网络通信模块异常、中心站接收机异常、中心站软件异常几个方面来分析系统故障的成因。归纳指明了在出现异常情况时,系统维护人员解决故障的相关方法和措施。排查分析系统异常的主要依据是ADTD雷电定位监测系统的数据处理流程和基本运行原理。

ADTD雷电探测系统典型故障分析

介绍ADTD雷电探测系统的探测原理,分析子站故障对探测网络和探测数据的影响。通过分析ADTD雷电探测系统组成结构和基本设备状态,提炼出了ADTD雷电探测系统的故障分析思路和方法。结合湖北省ADTD雷电探测系统在2006—2010年业务运行中的主要故障,总结了ADTD雷电探测系统运行中的典型故障及其现象、可能原因与排除方法,提出了一些改进措施,并指出影响ADTD雷电探测系统稳定性的主要因素。实践表明,基于ADTD雷电探测系统组成结构和设备状态表征的故障分析思路清晰,方法可操作性强,对故障的快速定位十分有效。

WWLLN与江苏省ADTD闪电定位系统数据的对比分析

利用WWLLN(World-Wide Lightning Location Network,全球闪电定位网)与江苏省ADTD(Active Divectory Topology Diagrammer,活动目录拓扑图)闪电定位系统数据,对2006—2009年江苏省闪电活动年际变化、月际变化、日变化和空间分布、以及探测效率和探测精度等展开研究讨论。结果表明,WWLLN探测的闪电时空分布趋势与ADTD保持较好的一致性:江苏省白天发生的闪电次数略高于晚上;闪电主要集中发生在6—8月,仲夏闪电最为活跃;一天中闪电频次峰值时间段出现在16时(北京时间)左右;江苏省闪电分布呈现明显的地域性,闪电密度高值区位于省内偏西和偏南地区,大致与江苏省经济发达地区的地域分布相吻合。总体上,WWLLN探测到的闪电频次和闪电密度值比ADTD小一个数量级。随着WWLLN全球测站数目的逐年增加以及WWLLN定位技术的升级完善,WWLLN探测效率和探测精度逐步提高。WWLLN探测效率与回击电流极性和强度大小有关联。

基于ADTD资料的雷电活动规律及其成因分析

台州地处浙江东南沿海,海陆地理环境复杂,雷电活动频繁。运用浙江省雷电监测定位系统ADTD获取的台州2009-2018年雷电资料进行分析。经验正交函数分解(EOF)分析结果,全市多发同步变化和沿海与内陆地区反相变化两个主要类型。台州各年雷电强度均值30~50 k A居多,雷电强度值呈正态指数分布,主要分布范围10~50 k A,表现出明显的堆积。雷电活动覆盖全年,四季变化分明,夏季活动最频繁,秋季高于春季,近90%的雷电频数集中在6~9月。雷电活动日变化呈单峰分布状态,白天高于夜间,14~18 h为雷电高发时段。分析表明温暖潮湿的下垫面热效应有利于雷电活动。

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;(2)4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。

广西ADTD和VLF/LF闪电定位系统地闪数据对比分析

为了比较ADTD和VLF/LF闪电定位资料的准确性,文章基于广西2016~2018年ADTD和VLF/LF的地闪数据和高程数据,研究两套闪电定位系统的地闪分布特征差异。结果表明:两套系统的地闪频次月变化、日变化以及正负地闪频次比的月变化具有相似的分布趋势,而两套系统在地闪频次、地闪闪电日数、负地闪占总地闪的比例、地闪密度、地闪强度等方面存在较大的差异。两套系统的地闪密度差随海拔高度增加而减小;VLF/LF系统单位面积上0~50 kA地闪频次占地闪总频次比值与海拔高度具有良好相关性,但ADTD系统监测结果显示两者相关性不显著。

ADTD闪电定位系统异常故障分析

结合江西省ADTD闪电定位系统多年业务运行中的各类故障,介绍了设备运行中遇到的异常现象,重点探讨了通信网络故障、搜星不正常、CPU板死机、自检失败等故障现象,并给出了相应的故障排查方法,为闪电定位仪的维护、维修提供参考依据。

基于ADTD的城市与平原不同下垫面状况对闪电特征影响的分析

利用湖北省ADTD闪电定位系统记录的江汉平原天门市、仙桃市、潜江市城市下垫面与3个城市外围平原下垫面的地闪数据,通过对地闪数据中闪电频次、闪电极性、闪电幅值、累积概率等闪电特征进行归纳分析对比,从而揭示湖北省内在同一大气环流背景下城市与平原2种不同下垫面状况对闪电具体特征的影响。结果表明,在同一大气环流背景下,城市与平原下垫面之间同时发生闪电的相关系数较高,因为下垫面特征产生的局部闪电比例较低;城市下垫面对应的正闪电比例高于平原下垫面,但是其正闪平均幅值较低,呈负相关;城市下垫面的闪电幅值分布更加集中,主要在20~35 kA;城市下垫面与平原下垫面相比,雷电流平均幅值大0.91 kA,雷电流累积概率中值电流大0.90 kA,60.0 kA以上的雷电流也表现为城市下垫面更多。

ADTD闪电定位仪故障分析诊断方法

本文主要通过ADTD闪电定位仪系统结构介绍,讲述各组成部分工作原理、有何作用、正常工作状态等内容,当故障现象出现时,查找对应系统组成部件,分析是否存在故障,从而从系统硬件层面排查系统常见故障。

北京及其周边地区SAFIR和ADTD闪电定位资料对比分析

通过对比分析2008年北京及其周边地区SAFIR(Surveillance et Alerte Foudre par Interferometrie Radiometrique)和ADTD(Advanced TOA and Direction system)两套闪电定位系统观测的地闪资料,结果显示:SAFIR系统探测的正地闪次数、负地闪次数均比ADTD系统偏少,但二者探测到正地闪和负地闪的日变化、月变化特征基本一致。SAFIR系统探测的正地闪百分比ADTD高。SAFIR系统的地闪高值区主要在偏南部,而ADTD系统的正地闪电流强度高值区流高值区主要在偏北部,地闪低值区分布基本一致。SAFIR系统探测的正地闪、负地闪电流强度小于ADTD系统的观测值,前者探测的正地闪电流强度日分布中整体比后者小约25 k A,负地闪电流强度日分布则小约10 k A。二者观测的电流强度日变化、月变化变化特征基本一致。ADTD负地闪电流累积概率分布整体和IEEE工作组给出范围较为接近。SAFIR系统探测的正地闪电流强度高值区空间分布较集中,而ADTD系统的空间分布相对较均匀分散。整体而言,两者探测的闪电时间分布特征较为接近,而闪电次数和强度分布特征有差别,对于出现差别的原因有待进一步研究。

ADTD闪电定位网在北京地区定位效率的自评估

利用中国气象局ADTD闪电定位网2012—2016年京津冀地区13个闪电定位仪探测到的134余万次地闪资料,对北京站闪电定位仪的探测效率和全网在北京地区的闪电定位效率进行统计分析。结果表明:北京站闪电定位仪探测效率随着探测距离和方位角的变化而变化,有效探测范围为260km;北京站闪电定位仪在20km内探测效率仅为19.5%,随着距离的增加,探测效率逐渐增高,在60~80km范围内探测效率达到最大值86.9%,在80km以外探测效率逐渐减小,在100km范围内,北京站闪电定位仪在东北偏北的方向上定位效率较低,仅为24.3%,可能与正交磁天线本身缺陷因素影响有关。整个探测网络在北京地区自评估的探测效率为85%~95%,全网对弱电流回击的定位能力有待于提高。

基于一次机场雷击事件评估ADTD地闪定位性能

地闪定位系统性能评估可通过理论模拟,也可以基于人工触发闪电或者自然闪电直接观测事实。自然闪电由于发生的随机性和瞬时性,其直接观测事实很少,因此至今基于真实自然闪电回击的地闪定位系统性能评估还很欠缺。本研究基于2016年5月30日发生在广东潮汕机场的雷击事件展开调查,通过本次位置明确的机场雷击事件评估了该区域的ADTD地闪定位性能,并计算了不同站数定位时的定位误差情况。结果表明,ADTD闪电定位系统实时准确地记录了潮汕机场雷击事件,表明其实用性和准确性。通过重定位计算,发现在多站定位时可去除较大误差的站,保证定位结果的准确性,但定位结果并不一定是最优结果。

基于ADTD型闪电定位数据的江门闪电特征

利用广东省ADTD(active divectory topology diagrammer)闪电定位系统资料,分析2017—2019年江门地区地闪回击的时空分布特征。结果表明:地闪密度大值分布在江门北部及西部,中部地闪回击密度最低。正地闪回击频次占总回击频次的3.36%,负地闪回击频次占总回击频次的96.64%;月分布主要集中在5—9月,以6—8月为地闪活动最为活跃月份,12:00—17:00为高发时段。正地闪回击强度主要集中在20~60 kA,年平均值为51.3 kA,负地闪和总地闪主要集中在10~50 kA,负地闪年平均值为37.0 kA,总地闪为37.4 kA,且地闪平均强度夜间大于白天。正地闪和负地闪强度的月变化比较平稳,日分布最大值均出现在清晨,最小值出现在午后至傍晚时段。

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。

基于ADTD数据的江西省雷电活动特征分析

利用雷电探测定位系统观测的2008—2014年ADTD资料,分析了江西省雷电活动时空分布特征。结果表明:1)江西省雷电频数平均为6.12×105次/a,逐年变化趋势不明显;正地闪电流强度平均为22.22 k A,负地闪平均为-7.99 k A,正地闪电流强度是负地闪电流强度绝对值的2.78倍。2)6—8月为雷电活动频发时段,正地闪活动比例冬季却最高,秋季次之;午后雷电活动最频繁,其中12—21时为雷电活动最频繁时段,约占总地闪数的79.4%;正地闪电流强度中值为17.46 k A,负地闪电流强度中值为-7.01 k A。3)雷电活动频数和强度空间分布年际变化较大,其中九江市辖区、南昌东南部—抚州中北部一带局部正地闪比例为9%—15%。

广西VLF/LF和ADTD闪电定位系统对比分析

利用广西2016-2019年VLF/LF和ADTD两套闪电定位系统的地闪资料进行对比分析,并利用典型雷灾事故数据进行评估。结果表明,两套系统的监测结果均以负地闪为主,VLF/LF探测效率约是ADTD的2.6倍,尤其是正地闪以及弱地闪探测效率明显提高,VLF/LF地闪平均雷电流幅值较ADTD偏小且两者差异较大;在地闪频次及雷电流幅值的年变化和日变化上,两套系统的监测结果较为一致,月变化差异较大;在空间分布上,两套系统的地闪密度分布较为一致,雷电流幅值分布差异较大;雷灾事故评估表明VLF/LF定位的准确性和可靠性优于ADTD。