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将雷电水平电场Cooray-Rubinstein(C-R)算法推广应用于地表电导率垂直分层的情况,并利用时域有限差分(FDTD)方法对不同地表情况下C-R算法的精度进行检验。结果表明,C-R算法的适用条件为:距离回击通道为100~1 000 m、地表电导率介于0.001~0.01 S/m,最大误差小于10%。当土壤电导率均匀分布时,C-R算法的精度最好;对电导率水平分层的情况,当上层电导率小于下层电导率时,C-R算法的精度较优;当电导率垂直分层时,若观测点处的土壤电导率小于闪击点处的电导率时,C-R算法的计算精度较高,反之,精度较低;对任何光滑有耗地表而言,利用C-R算法计算的首次回击水平电场的精度优于继后回击。 相似文献
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为深入研究土壤类型和土壤湿度对雷电电磁场传播效应的影响, 首次将工程勘察领域研究得出的土壤湿度和电导率计算关系应用到雷电电磁场模拟计算中。基于Heidler雷电通道基电流函数模型和MTLL回击模型, 在Mur一阶边界条件下, 利用2D-FDTD计算粘土、粉土和砂土这三种具有代表性土壤在不同土壤湿度和观测距离下的雷电电磁场。研究结果表明: 相比于粉土和砂土, 雷电电磁场沿粘土地表传播过程中产生的水平电场更容易受土壤湿度的影响, 特别是土壤湿度较低时, 即土壤湿度从5%到6%变化过程中, 水平电场峰值的波动幅度达39.86%;当土壤类型为粘土时, 水平电场Er、垂直电场Ez和磁场Hφ受土壤湿度影响等级为Ez > Hφ; 随着闪电电磁辐射传播距离和土壤湿度的增大, 场幅值减小, 波形的波头上升沿时间变慢。研究结果为准确评估和量化不同土壤类型和土壤湿度对雷电电磁场传播的影响以及优化闪电站网定位提供了重要的科学依据。 相似文献
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地形地表的不规则起伏对雷电电磁场传输的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
为了研究地形地表的不规则起伏(简称粗糙地表)对雷电电磁场传播的影响,首先利用二维分形方法模拟了粗糙地表,然后利用Barrick表面阻抗理论和Wait近似算法研究了粗糙地表对雷电电磁场传播的影响。结果表明,粗糙地表对地闪首次回击垂直电场的影响较小,但对继后回击存在明显的影响。随着粗糙度的增加,继后回击垂直电场峰值的衰减程度明显增加,且时域脉冲波形上升沿时间增大。如继后回击电磁场传播100 km,均方高为30 m的粗糙地表(电导率σ=0.1 S/m)引起时域电磁场波形上升沿时间额外增约1.5μs,电场峰值额外减小约12%,且其影响随着地面电导率的减小而增大。因此,在实际工作中应考虑复杂地形地表对闪电定位系统探测精度和效率的可能影响。 相似文献
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研究了土壤水平分层条件下雷电电磁场的传播和衰减,分别利用Wait算法和Cooray算法对上下层土壤电导率存在差异的不同情况进行了计算,并利用FDTD精确算法对二者的计算结果进行了检验。结果表明:当下层土壤电导率小于上层土壤电导率时,Wait算法和Cooray算法的计算结果基本一致,均与FDTD精确算法结果较为吻合。而当下层土壤电导率大于上层时,相应的,其土壤复折射指数亦大于上层土壤,由于干涉效应的影响致使部分较高频段雷电电磁波发生选择性增大,衰减因子的幅值大于1,从而出现振荡现象。对比表明,Wait算法较好地反应了该现象,而Cooray算法则出现一定误差。 相似文献
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本文介绍了在四川省开展的近地面大气电场数据异常与地震发生相关联的研究情况,并对“5.12”汶川地震发生前一个月内,距离震中50km的两个地面电场仪的异常数据进行分析。研究发现,地震发生前近地面电场异常持续时间在8小时以上,且地面电场波形、最大值的变化规律均不同于由雷电或其它天气系统引起的地面电场变化。综上,通过对地震前地面电场异常进行分析,可以为地震监测、短临预报提供一条新的技术路线。 相似文献
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本文利用凉山地区2014~2015年雷电实况观测资料和地面电场资料,采用电场强度阈值预警和电场极性跳变预警两种方法对地面电场预警雷电天气的有效性进行了分析,并综合这两种方法,选取电场强度E和电场变化率△E两个参数,分雨季、非雨季(包括干季和过渡季节)确定了预警阈值,并检验了预警有效性。结果表明:(1)不同季节的雷电天气地面电场预警阈值不同。(2)综合运用E和△E的预警阈值这两个参数进行雷电天气预警,可小幅度提高其预警有效性。 相似文献
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地面电场仪测量数据的误差来源及分析处理 总被引：3，自引：1，他引：2
地面电场仪测量数据准确性和一致性会直接影响到其在研究区域大气电学和进行雷电预警工作的应用准确度。通过模拟理论计算和实际观测数据进行的统计对比分析,指出了电场仪自身高度和周围环境均会产生测量误差,不同高度上的电场测量值与地表处均呈现出一定的正相关性。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。 相似文献
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粗糙表面对雷电水平电场影响的模拟研究 总被引：2，自引：2，他引：0
利用分形方法模拟了粗糙陆地表面和海陆交接复杂表面,并通过Barrick提出的等效表面阻抗法和Cooray-Rubinstein（C-R）近似算法,计算了不同粗糙表面情况下的雷电水平电场。进而分析了粗糙陆地表面和海陆交接复杂表面对水平电场产生的影响。结果表明：当雷电水平电场沿粗糙陆地表面传播时,陆地表面的粗糙程度对电场影响很大,且随着粗糙度的增加,雷电水平电场的初始峰值会逐渐减小;当水平电场沿海陆交接复杂表面传播时,陆地的粗糙度对水平电场影响较大,而海浪起伏程度对电场影响较小。 相似文献
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以Agrawal模型电报方程为理论基础推导其时域形式,利用时域有限差分方法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)实现架空传输线雷电感应过电压计算。通过比对分析证明方法的有效性,进而研究传输线位置、架设高度以及土壤电导率对雷电感应电压的影响。结果表明,当观测点从线路中点向端点移动时,感应电压逐渐减小,电压波形的双极性特征越来越明显。线路中点电压和端点正向电压峰值随传输线高度升高而增大,而随着土壤导电性的减小,线路中点电压增大,端点电压变小。此外,散射电压分量受土壤电导率影响较为显著,而入射电压分量则不受其影响。 相似文献
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《广东气象》2017,(2)
主要利用甘肃平凉地区2013年5月18日—9月1日地面大气电场仪实际测量的大气电场资料,研究了平凉地区闪电放电后地面大气电场恢复波形的变化特征。研究表明:(1)平凉地区闪电放电之后地面电场恢复波形主要分为3个阶段:第1阶段,闪电发生时,地面大气电场强度迅速增大,而在闪电完成放电之后,地面电场强度显著变小;第2阶段,地面大气电场强度减小的过程较为缓慢,电场发生极性的反转,且电场强度呈现出线性的变化趋势;第3阶段,地面电场强度的波动幅度较小,电场幅值处于稳定变化趋势,电荷屏蔽层对每个阶段的影响不同,且在电场恢复阶段还会有很多的小电场突变。(2)当地面大气电场强度达不到一定值时,电荷屏蔽层的影响较小。 相似文献
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利用粤港澳闪电定位以及江门新会电场强度资料，挑选了2017年14次强雷电天气过程，对比分析了闪电发生前的电场强度和差分电场强度分布特征，进一步检验了电场阈值和差分电场阈值下雷电预警效果。结果表明：(1)新会电场站附近闪电密度中心达到18次/km2,西北部闪电密度高，东南部低。(2)闪电距离越近，发生闪电前30 min产生的最大电场、平均电场强度越强，闪电的差分电场值较大，10～20 km闪电产生的电场极性较为稳定。(3)用电场阈值进行预警时，新会电场阈值设定建议不超过6 kV/m;用差分电场阈值进行预警，能提高临界成功指数(CSI)、降低虚警率(FAR),对于中短距离(14 km内)的闪电预警效果更好。(4)对于准确预警的雷电，雷电距离越近，或电场(差分电场)阈值越大，雷电预警的提前量越小；采用差分电场阈值时，较采用电场阈值的预警提前量整体减小，阈值5 kV/m内10～20 km雷电预警提前量下降更为明显。 相似文献
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基于天津市蓟州区大气电场探测数据和闪电定位数据，利用功率谱分析、小波降噪和快速傅里叶变换等信号处理方法，分析了雷电天气过程中地面大气电场变化特征。结果表明，雷电过程中大气电场能量主要集中在低频部分，利用sym5小波函数进行7层或8层分解，提取的低频信号能够反映大气电场的主要变化特征。在首次闪电发生前1小时，大气电场的频谱幅值起伏变化明显，且远高于非雷电天气电场频谱幅值。通过欧氏距离判别法，判断大气电场频谱特征更接近雷电天气还是非雷电天气，可为雷电预报预警提供参考。 相似文献
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利用二维分形布朗运动（fBm）模式来分析分形粗糙地表对雷电产生的电磁场传输的影响。结果表明：（1）粗糙地表对雷电首次回击产生的垂直电场基本没有影响。对后续回击产生的垂直电场的幅值影响很小,但是随着粗糙度的增加波头的上升时间增大;（2）粗糙地表对首次回击产生的水平电场基本没有影响。对于后续回击,当观测距离较远,地表相对粗糙时,粗糙度引起的额外衰减对水平电场的影响很大;（3）无论是首次回击还是后续回击,地表粗糙引起的额外衰减对水平磁场基本没有影响;（4）粗糙度引起的额外衰减对电导率小的地表影响很小。 相似文献
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利用四川省2009~2019年大气电场仪监测资料,分析了省内平原和高原地区雷电活动中地面电场的变化特征。结果表明:平原地区雷电过程持续时间为30~350min,平均持续时间约为158min;根据地面电场变化趋势,分为两类:地面电场值主要为负的偶极性的电荷结构,地面电场值由正到负的三极性电荷结构。高原地区雷暴云电荷累积速度快,击穿空气发生早,雷电过程发展到旺盛阶段的用时短,雷电过程持续时间为30~360min,平均持续时间约为93min,其分类与平原地区一致。 相似文献
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基于三维时域有限差分数值算法（3D-FDTD）建立了雷击高建筑物电磁场传播模型,研究了负地闪击中不同高度建筑物时回击垂直电场、角向磁场以及水平电场沿地表的传播规律。模拟结果表明:建筑物的高度对雷电电场峰值的影响显著,如当建筑物高度从100 m增加至600 m时,在距离d=100 m位置的垂直电场峰值减小了63%,水平电场正极性峰值的增加比例为84%、负极性峰值的绝对值增加比例高达130%;观测位置不变时,角向磁场峰值和水平电场正极性峰值均会随着建筑物高度的增加而增大;对于距离d=100 m,300 m时,垂直电场的峰值随着建筑物高度的增加而减小,而d=500 m时,垂直电场峰值随着建筑物高度的增加呈现出先增大后减小的趋势;此外,建筑物高度会影响垂直电场峰值对距离的敏感程度,建筑物越低（高）,相应的垂直电场峰值随着观测距离增大衰减越快（慢）。该文研究结果能够为现代化城市中高建筑物附近线缆、室外设备等的雷电防护方案设计提供参考。 相似文献
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采用有限电导率下的时域有限差分（FDTD）方法,分析了建筑物对地闪回击电磁环境的影响.结果发现建筑物对回击电场的影响较为明显,对磁场影响较小,建筑物高度hb=50 m时对磁场的影响不大于10%.建筑物顶部电场受自身高度的影响较大,屋顶中部的垂直电场随建筑物高度的增加而增大,水平电场随建筑物高度的增加而减小.建筑物高度为20、50和100 m时,屋顶中部的垂直电场分别约为地面处的1.3、1.7和2倍,水平电场约为地面处的0.9、0.8和0.7.电导率分别取0.001和0.1 s/m时对比发现,地表处的水平电场受电导率的影响较大,电导率越大,地表处水平电场的幅值越小,此时建筑物的存在对其影响不明显.地表以上一定高度处的水平电场则受观测点位置和建筑物的影响更加明显. 相似文献