大气电场资料时频分析及在短时临近雷电预警中的应用

摘要

电场的活动与太阳活动、雷电活动、沙暴和地震等息息相关,是空间物理、大气物理和空间环境等领域重要的特征参数。研究电场资料在不同天气条件下的时频特征有助于我们分析天气过程,也为我们预报首次地闪打下基础。
　　本研究主要使用公益性行业科研专项“基于遥感的雷暴云大气电场强度分布预测研究”项目组获取的大气电场仪资料,并以江苏省闪电定位仪资料和南京多普勒雷达资料作为辅助,分别讨论和分析了不同天气条件下地面大气电场的时间变化特征和频域变化特征,主要得到以下结论:
　　(1)晴空条件下大气电场的日变化主要分为单峰单谷和双峰双谷两种变化波形,具有单峰单谷波形特征的站点处在非工业城镇或市郊;首次波谷的发生时间均有很好的对应关系(清晨02:00-06:00);各站点的晴天大气电场强度年变化都具有明显的季节特性:冬季各站点晴天大气电场强度值较大。
　　(2)雷暴地面电场的变化过程对应着雷暴的发生发展过程,而雷暴过程都会呈现出生成期、爆发期和消退期的变化特征,只是每次过程所经历的时间间隔和强度不一样。
　　(3)地面大气电场资料在频域下较时域具有更为明显的特征,通过查看在特征谐波处曲线的峰谷特征以及幅值范围或可作为对首次地闪预报的参数进行参考;将以首次地闪为终值的30分钟电场时间序列的频谱曲线作为基准线,计算多个样本曲线各次谐波处的幅度均值,以此作为标准频谱,使用欧式距离判别法进行预报效果检验,TS技术评分随着预报时间的延长从0.8降低到0.5,证明在短时临近的雷暴预报中是有效的。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 大气电场的测量

1.2.2 大气电场的影响因素及电场仪的标定方法

1.2.3 地面大气电场观测资料的使用现状

1.3 本研究的主要内容

第二章 大气电场基础理论

2.1 晴天大气电场

2.1.1 基本概念

2.1.2 晴天大气电场随高度的分布

2.1.3 晴天大气电场的时间变化特征

2.2 雷暴大气电场

2.2.1 雷暴的基本概念

2.2.2 雷暴的分类

2.2.3 雷暴大气电场

第三章 地面大气电场资料的时间变化分析

3.1 概述

3.2 资料和方法介绍

3.3 晴空条件下大气电场的时间变化特征分析

3.3.1 晴天大气电场强度日变化

3.3.2 晴天大气电场强度年变化

3.4 雷暴天气的近地面电场时间变化分析

3.4.1 地面电场和雷电活动的关系

3.4.2 雷暴天气地面电场的变化特征分析

3.5 本章小结

第四章 ：首次地闪前地面电场资料频域分析及雷暴预报初探

4.1 概述

4.2 资料和方法介绍

4.2.1 资料来源

4.2.2 数据选取和预处理

4.3 基于傅立叶变化的电场特征分析及对首次地闪的预报初探

4.3.1 基本方法

4.3.2 对比分析

4.3.3 基于寻找特征谐波方法的首次地闪预报思考

4.3.4 大气电场的FFT频谱分析及雷暴预报

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 主要创新点

5.3 未来研究工作展望

参考文献

作者简介

致谢