传播效应对远距离雷电电磁场的影响

摘要

雷电电磁波沿着地球表面传播时,受传播效应影响波形会发生畸变,进而影响雷电定位系统的精度。采用Wait解析算法研究了地面有限电导率与地球曲率对1000 km以内雷电电磁场波形的影响,对不同回击电流波形和不同电导率情况下的远场衰减系数进行了拟合,修正了现有的回击电流峰值反演公式,并对传播效应带来的远场波形到达时间延迟量进行了统计分析。结果表明:当观测距离大于200 km时地球曲率对场的衰减不容忽略;和平坦地面相比,弯曲的地表使得200、500、1000 km处的远场峰值分别额外衰减了约9.6%、29.4%和55.5%。考虑传播效应后远场峰值与理想场的峰值之比随着观测距离d的增加以exp(-d/α)的指数函数大幅递减,指数衰减距离常数α的平均值为1000 km。回击电流波形陡度越大,包含的高频分量越多,远场的衰减越大。雷电电磁波沿陆地表面传播时,传播距离每增加100 km波形初始到达时间平均延迟0.36μs,峰值到达时间平均延迟0.96μs。由此可见,远距离雷电定位和参数反演应充分考虑地球曲率带来的传播效应。