基于SAFIR资料的北京及周边地区闪电特征分析

摘要

闪电是自然界中一种剧烈的放电现象,闪电引发的灾害正引起人们越来越多的重视。通过闪电定位资料的分析,可以掌握闪电活动规律,增加对闪电的认识,为防雷减灾工作提供依据。本文首先介绍了闪电定位系统SAFIR3000(Surveillance et Alerte Foudre parInterferometrie Radiometrique)的工作原理和系统构成,然后选取2005年1月到2007年12月北京及周边地区(天津、唐山、廊坊等)的SAFIR3000闪电定位资料,对其进行了质量控制处理；接着运用数理统计、归一化、对比分析等方法,利用该资料分析了云闪和地闪时空分布特征以及闪电相关参数特征。最后,对比分析了2008年该地区SAFIR3000和ADTD两套闪电定位系统的资料。本文主要结果如下:
　　 云闪高发时段在15:00到次日0:00,峰值在19:00,高发月份在6-8月,峰值在7月；云闪空间密度高值区在北京中东部、天津北部、承德西南部一带,约为30次／km2·a；云闪平均高度(海拔高度)日变化差异不大,季节变化夏季最高,冬季最低:发生在9～10km的云闪最多,占云闪总数的10.97％,各个地区高度分布差异较小。地闪高发时段、月份、地闪高密度区(约为5次／km2·a)与云闪相似,不同之处在于云闪日分布为单峰地闪为双峰,前者高值时段开始与结束时间均比后者早；前者闪电密度数值约为后者6倍。正地闪电流平均值为32.62kA,负地闪为-30.35kA,正地闪电流强度月变化较大,负地闪不明显。正地闪占地闪总数三年平均百分比为16.44％,正地闪占总地闪的百分比夏季较低,春秋季较高。
　　 闪电电流波形上升时间平均值为6.07μs,下降时间为26.61μs,上升时间和下降时间日变化、月变化呈反相关；地闪闪击平均次数为1.57,其中正地闪平均次数为1.19,负地闪平均次数为1.64,正地闪单次回击比例为87.24％,负地闪为65.22％;回击间隔时间平均值为65.03ms,地闪的持续时间约为0.03ms～948.4ms:归一化到100km后的正地闪首次回击辐射场场强为5.28V／m,负地闪为6.09V／m:云闪通道发展的平均速度为1.81×104km／s。
　　 通过对比2008年该地区SAFIR3000和ADTD两套系统观测资料可以看到,SAFIR系统观测的闪电次数和电流强度小于ADTD系统的观测值,但二者观测的闪电次数、闪电强度变化特征基本一致。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 研究意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 闪电时空分布

1.2.2 闪电参数分析

1.2.3 SAFIR资料分析与应用

1 3本文研究内容

第二章 SAFIR系统介绍和资料质量控制

2.1 闪电定位技术

2.1.1 甚低频(VLF/LF)定位技术

2.1.2 甚高频(VHF)定位技术

2.2 SAFIR3000介绍

2.2.1 功能特点

2.2.2 工作原理和系统构成

2.2.3 全国布站情况

2.3 资料质量控制

2.3.1 数据格式意义

2.3.2 质量控制方法

2.4 本章小结

第三章 闪电时空特征分析

3.1 闪电特征概述

3.2 云闪次数分布特征

3.2.1 云闪次数时间分布

3.2.2 云闪次数空间分布

3.3 云闪高度分布特征

3.3.1 云闪高度时间分布

3.3.2 云闪高度空间分布

3.4 地闪次数分布特征

3.4.1 地闪时间分布

3.4.2 地闪空间分布

3.5 地闪电流分布特征

3.5.1 电流强度分布

3.5.2 电流强度和闪电次数

3.5.3 电流空间分布

3.6 总闪、云闪和地闪分布特征

3.7 本章小结

第四章 闪电相关参数特征分析

4.1 地闪上升时间和下降时间

4.2 地闪闪击数分布

4.3 回击间隔时间和地闪持续时间

4.4 辐射场场强

4.5 云闪放电三维轨迹

4.6 小结与讨论

第五章 SAFIR和ADTD观测资料的对比分析

5.1 两系统探测结果概述

5.2 闪电次数对比

5.3 电流分布对比

5.3.1 电流时间分布对比

5.3.2 电流强度分布对比

5.4 本章小结

第六章 总结及展望

6.1 总结

6.2 创新点

6.3 不足与展望

参考文献

作者简介

致谢