基于分形的大气电场资料特征分析及其误差控制

摘要

研究了大气电场数据原始资料的质量状况和误差来源,试图从大气电场资料的接收仪器、数据来源分布、误差影响消除等方面,结合闪电定位资料和雷达回波资料来研究其数据质量。指出大气电场仪本身存在电子线路误差、标定误差、安装高度产生的误差。同时环境影响会产生的误差。分析并给出了消除或者减小这种误差的方法。通过模拟理论计算和实际观测数据进行的统计对比分析,计算了不同高度上的电场测量值与地表处电场值的关系。在晴天和雷暴两种天气情况下,由于产生地面电场的电荷源不同,提出了分别利用统计和线性拟合对这两类测量数据进行修正的方法。使用不同方法分析了大气电场资料在时域内、频域内的特征。并创新性的使用分形理论分析大气电场数据,得到大气电场分形参数。
　　利用南京周边地面大气电场观测网野外观测数据,使用多重分形去除趋势涨落方法(detrended fluctuation analysis, DFA)分析了有闪电发生时和无闪电发生时大气电场不同的分形特征。给出了这两种条件下不同的的大气电场分形参数,并进行对比。结果表明,有闪电发生时,大气电场的Hurst指数均大于0.6,奇异谱函数谱宽度为0.8左右,同时在某些条件下,质量指数τ(q)呈现出良好的线性关系。而无闪电发生时,不存在此分形特征。故可把大气电场数据的Hurst指数、奇异谱函数谱宽度作为利用大气电场数据对雷暴监测预警的一类预报因子。

目录

摘要

Abstract

1. 引言

1.1. 研究目的及意义

1.2. 国内外研究进展

1.2.1. 大气电场及其变化研究

1.2.2. 大气电场资料的应用

1.2.3.雷暴云电荷结构模拟

1.3. 本研究的主要内容

2. 大气电场资料获取

2.1. 大气电场探测的理论基础

2.2. 大气电场仪原理

2.3. 站点设置

2.3.1. 站点分布

2.3.2. 站点分布的分形分析

2.4. 站点周围雷电活动规律

3. 大气电场资料误差控制

3.1. 标定误差

3.2. 安装高度产生的误差

3.3. 安装环境产生的误差

3.4. 数据存储和统计

3.4.1. 数据形式

3.4.2. 数据质量统计

4. 大气电场仪资料分析

4.1. 大气电场时域特征分析

4.1.1. 晴天大气电场时间变化特征

4.1.2. 江苏地区晴天大气电场空间分布特征

4.1.3. 雷暴时近地面大气电场

4.2. 大气电场频域特征分析

4.2.1. 基于傅里叶变换的大气电场特征

4.2.2. 基于HHT的大气电场频域特征分析

5. 基于分形的大气电场资料分析

5.1. 分形理论

5.2. DFA方法及数据

5.2.1. DFA算法及其参数

5.2.2. 数据及其修正

5.2.3. 有闪电数据的分形计算

5.2.4. 无闪电数据的分形计算

5.3. 结果验证

5.4. 本章小结

6. 总结与展望

6.1. 总结

6.2. 主要创新点

6.3. 论文中存在的不足

作者简介

在学期间公开发表的学术论文目录和参加会议

致谢

参考文献