一种基于VLF/LF闪电数据的多算法融合雷暴系统识别技术

为深入挖掘VLF/LF三维闪电监测网在雷电临近预警中的应用效益,提出一种基于VLF/LF闪电数据的多算法融合雷暴系统识别技术,首先对OPTICS聚类法进行参数自适应改进,即基于VLF/LF闪电数据的空间分布特征,利用双总体t检验法实时计算初始输入参数Min_ρ,使其自适应于待处理的闪电数据;而后与K-Means聚类法融合应用,利用K-Means法通过迭代计算聚类中心的优势,改进仅凭OPTICS法无法准确定位雷暴体的中心点的缺陷。经不同尺度雷暴天气过程检验,该技术有效改善OPTICS法等常规的密度聚类法无法适用于三维闪电数据聚类处理、无法识别区分密度差异不大的相邻雷暴体的缺陷,能实现任意尺度形状雷暴体的识别及中心点的精准计算,可为雷暴追踪及趋势外推工作提供优于传统聚类技术的雷暴系统识别结果,也能为雷暴灾害天气的预报及雷电预警模型的训练提供有效的知识库支撑。

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。

一套双频段三维全闪电定位系统及其初步观测结果

介绍了一套同时工作在甚高频(very high frequency,VHF)和甚低频/低频(very-low/low frequency,VLF/LF)频段的三维闪电定位系统,并给出了初步观测结果。系统使用到达时间差法对2个频段的闪电辐射源进行定位,能连续地给出雷暴过程中闪电活动空间位置,并详细给出单次闪电的发展路径,在使用2个频段辐射波形参数进行定位的同时还可以保存原始波形用于深入研究。VHF、VLF/LF 2个频段闪电定位结果的时间分辨率分别为100?s和1ms,定位精度在站网覆盖范围可优于200m。2个频段的定位结果都能很好地描述雷暴中的闪电活动,但表现出的特征有一定差异。两频段定位结果对单个闪电发生路径进行描绘时,VLF/LF频段的大部分定位结果能与VHF定位结果重叠。

密集雷电引发大兴安岭群发雷击火过程及其影响因素

【目的】分析引发雷击火各因素的数量化特征,明确密集型雷电过程中各影响因素对雷击火发生影响的机制。【方法】基于雷击火感知体系,对监测到的雷电指标、气象因子和雷击火发生指标进行系统分析,分析2022年春防期大兴安岭雷击火发生的基本情况和密集型雷电过程对雷击火发生的影响,引发雷击火的闪电的数量化特征,以及雷电定位精度和雷击火潜伏期。【结果】2022年大兴安岭春防期共发生了22起雷击火,其中18起为密集型雷电过程引发。地闪和云闪在正负电流区间各有1个峰值,地闪的高频峰值在负电流区,云闪的高频峰值在正电流区。负地闪占地闪总数的82.82%,地闪在-8~-50 kA形成高频次区间,引发雷击火的数量最多,占负地闪数量的84.5%,占地闪总数的70%。在10~30 kA形成正地闪高频区间,占正地闪数量的74.2%,占地闪总数的12.7%,数量远低于负地闪区间。春防期引发雷击火的电流强度平均值为-22.72 kA,最强电流为-48.34kA,最弱电流为-8.70kA。引发雷击火的闪电发生时间相对集中,雷击火多由中午前后的地闪引燃。引发雷击火的密集型闪电发生前有快速升温,伴随空气湿度下降、风速增大的过程,日最高气温和引发雷击火的闪电发生时间基本一致,也是相对湿度最低、风速最高的时间段。春防期雷击火潜伏期从0.56 h至17.62 h。雷电探测定位精度为165~884 m,平均精度为394.5 m。有两起雷击火有雷击木定位坐标,定位精度达到165 m和170 m。【结论】密集型雷电过程引发群发雷击火占雷击火数量的多数,群发雷击火的发生由密集雷电过程耦合极端天气条件,在干旱和可燃物易燃的的条件下发生。雷电过程和降水过程不同步或降水偏少,前期有快速升温过程,密集型雷电过程伴随着气温下降,雷击火多发生在此天气转折期间。在雷击火的监测和预警过程中尤其要关注干旱条件下的密集雷电过程。

低频/甚低频电磁脉冲测量系统研究

为了准确地测量电磁脉冲(electromagnetic pulse,EMP)的波形,开展低频/甚低频(low-frequency/very low-frequency,LF/VLF)EMP的形成和传播机理研究,识别不同EMP的特征,并以此为依据来识别、确认雷电及核爆炸等现象,提出了一种高分辨率的EMP原始波形测量系统方案,同时针对LF/VLF这一较低的频段提出了一套有效的系统标校方法,实现了对EMP的连续、准确测量和快速有效判别,并能通过网络实时上传数据.系统采用正交环磁场天线和平板电容电场天线实现信号的接收,设计了低噪声高保真的信道调理电路和高速数据采集电路来实现信号的采集,利用高精度的授时模块为EMP信号标记时间戳,最后结合多点监测波形实现EMP定位估计.实测结果表明:该系统能够给出高分辨率、高精度的LF/VLF EMP波形;利用该系统组网可以实现远距离EMP源的定位,定位精度与目前近距离的定位手段相当.通过长期的运行,验证了该系统具有高可靠、低失真、判别准确、实时性强等特点.

四川三维闪电传输处理流程探析

在详细介绍三维闪电理论知识的基础上,阐述四川三维闪电的建设以及三维闪电数据处理中心的总体架构,在此基础上,深入探讨四川三维闪电数据处理流程,分析三维闪电实时运行模式及数据接收处理过程,即数据处理中心接收探测仪以UDP方式发送来的回击数据、状态数据和检测信息,形成回击数据文件和状态数据文件;将回击数据进行排序、提取同一雷电的数据、定位计算,得到三维定位结果,并将三维定位结果存储形成三维定位结果文件;通过对三维闪电定位资料的收集分析,可以进一步掌握雷电的活动规律,为防雷减灾及雷电研究提供参考。

两种闪电资料的对比分析

基于人工雷暴观测记录和雷达资料,对比分析ADTD闪电定位系统和VLF/LF三维全闪电监测定位系统的探测效率、时空分布特征以及强度特点等,得出:两套系统探测到的闪电都是以负闪为主,但3D系统探测的闪电频数约是2D的3倍多;3D系统的探测效率相对2D和人工观测高,但对弱闪电的探测精度不高;两套系统的闪电月、日变化非常一致,月分布极大值峰相差1个月,日分布极大值相差3h。3D闪电系统因其对云闪的高探测效率使得监测到的闪电日比2D明显多,但各市有不同,两套系统定位的闪电日以徐州差距最明显,扬州差距最小;3D系统测得的总闪密度明显比2D大,两套系统都测得无锡、苏州密度较高,对徐州的闪电定位结果几乎相反;3D系统测得的闪电平均强度小于2D系统,3D系统对正闪强度的探测效果较差。两套系统因其型号、探测技术和自身误差等方面的差异,探测结果存在不一致,需要积累长时间数据进行对比分析,才能更好地利用准确的数据,为防雷减灾服务。