許洪澤 周梅

（金華市氣象局，浙江金華 321000）

基于ADTD閃電定位網(wǎng)探測(cè)效率的評(píng)估分析

許洪澤 周梅

（金華市氣象局，浙江金華 321000）

目前，ADAD閃電定位系統(tǒng)在氣象部門得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)其探測(cè)效率的評(píng)估極為重要?；诖?，根據(jù)電磁波在傳播路徑上存在衰減理論，閃電定位系統(tǒng)對(duì)能探測(cè)到的閃電有一個(gè)電流幅值要求，分析2005年8月26日-2006年8月1日江蘇省閃電定位資料，提出“斜率理論”，即當(dāng)斜率大于0時(shí)，斜率越大探測(cè)效率越低；而當(dāng)斜率小于等于0時(shí)，探測(cè)效率最高或者其他因素影響斜率。并利用此理論對(duì)江蘇省氣象部門的閃電定位資料進(jìn)行分析，得出有4個(gè)探測(cè)站4個(gè)不同距離上的斜率都是大于0，有3個(gè)探測(cè)站4個(gè)不同距離上的斜率都是小于等于0，還有2個(gè)探測(cè)站在4個(gè)不同距離上的斜率大于0或者小于等于0。

ADTD；斜率理論；探測(cè)效率；評(píng)估

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，雷電災(zāi)害越來(lái)越受到人們的關(guān)注。目前，閃電定位技術(shù)和設(shè)備在氣象部門雷電觀測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用［1，2］。閃電發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁波，閃電定位探測(cè)設(shè)備通過(guò)接收電磁波進(jìn)行定位。其中，閃電的探測(cè)效率是極其重要的參數(shù)，影響探測(cè)效率的因素有很多，如地閃輻射能量、地閃波傳播距離與輻射能量正比。探測(cè)站能探測(cè)其輻射半徑內(nèi)電磁波，一般通過(guò)統(tǒng)計(jì)雷電流歷史數(shù)據(jù)與TDF（探測(cè)站）實(shí)際探測(cè)半徑，可統(tǒng)計(jì)判斷出地閃輻射能量對(duì)探測(cè)效率的影響。通過(guò)模擬分析計(jì)算表明，當(dāng)探測(cè)站呈正多邊形布置時(shí)，探測(cè)精度較高；而當(dāng)探測(cè)站呈直線布置時(shí)，探測(cè)精度相對(duì)較低，探測(cè)的盲區(qū)也最大。地形地貌對(duì)閃電定位也很重要，當(dāng)?shù)貏?shì)隨距離變化為正斜率（山峰前），相對(duì)于平坦地面幅度變大而二次相延變小，反之則相反。斜坡前波場(chǎng)的幅、相都是波動(dòng)的，而坡后遠(yuǎn)離地形起伏區(qū)一定距離，波場(chǎng)的擾動(dòng)則迅速減小。

本文主要是根據(jù)電磁波在傳播路徑上存在衰減，受到干擾，閃電定位系統(tǒng)對(duì)能探測(cè)到的閃電有一個(gè)電流幅值要求，結(jié)合上面的閃電探測(cè)效率影響因素進(jìn)行研究。

1 理論基礎(chǔ)及斜率理論介紹

因電磁波在其傳播路徑上存在衰減，要使閃電定位系統(tǒng)能探測(cè)到閃電，那么閃電電流幅值必須要達(dá)到一定的數(shù)值要求，這就是一個(gè)閃電探測(cè)的效率問(wèn)題。當(dāng)電磁干擾較強(qiáng)時(shí)，只能探測(cè)到較大電流的閃電，極大地影響閃電的探測(cè)效率；相反，當(dāng)電磁干擾弱時(shí)，能探測(cè)到電流相對(duì)較小的閃電，這時(shí)探測(cè)效率就較高。當(dāng)電場(chǎng)值超過(guò)閃電定位儀預(yù)設(shè)最低門限閾值時(shí)，閃電被探測(cè)到。最低門限閾值對(duì)應(yīng)的最小電流隨閃電發(fā)生位置離定位儀距離的不同而不同，距離越近值越小，距離越遠(yuǎn)值越大，具體計(jì)算公式如下：

式（1）中，E0為某探測(cè)點(diǎn)的設(shè)定最低門限閾值，I為閃電的電流幅值，D為閃電發(fā)生位置到站點(diǎn)的距離，K和m是與地面電導(dǎo)率、地形及閃電波形有關(guān)的常數(shù)。很顯然電流幅值I隨距離D的增大而增大，可認(rèn)為他們是線性關(guān)系。由于各探測(cè)站的最低門限閾值E0及在傳輸路徑上的衰減和受到的干擾不一樣，那么閃電電流幅值I與閃電距探測(cè)站距離D形成的斜率也是不一樣的，但他們的斜率都大于0。

為了與后面的斜率理論相區(qū)分，稱上面講到的斜率為過(guò)濾斜率，原因在于各探測(cè)站I與D形成的斜率，就像過(guò)濾器一樣把閃電定位儀所探測(cè)到的閃電進(jìn)行過(guò)濾，在直線上的將被留下，而在其下的則被去除掉。對(duì)過(guò)濾后的閃電進(jìn)行以下處理，以某探測(cè)站為原點(diǎn)，閃電定位系統(tǒng)單站的有效探測(cè)距離為最大半徑，再將最大半徑分成若干份，一般可選10km，這樣就形成若干同心圓。然后將這若干同心圓環(huán)內(nèi)的閃電的電流幅值I進(jìn)行平均化處理，得-I1、-I2、-I3、……-In，然后將這些電流幅值的平均值所對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行直線擬合。為了能進(jìn)一步分析各個(gè)探測(cè)站的探測(cè)效率，可以選擇不同距離上的點(diǎn)進(jìn)行直線擬合，如探測(cè)單站的最大探測(cè)半徑為200km，可選至50、100、150、200km處，所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)分別為1～5、1～10、1～15、1～20，將這些擬合直線形成的斜率稱為擬合斜率。

2 利用斜率理論對(duì)江蘇閃電定位網(wǎng)各站探測(cè)效率進(jìn)行評(píng)估分析

江蘇省氣象部門的閃電定位網(wǎng)有9個(gè)探測(cè)站組成，如圖1所示。根據(jù)閃電定位儀出廠說(shuō)明，單站的有效探測(cè)距離為200km。現(xiàn)以探測(cè)站為中心點(diǎn)，10km的距離為半徑，將200km分成20個(gè)等距離的同心圓，分別計(jì)算落在每個(gè)距離為10km的圓環(huán)內(nèi)的所有閃電的電流幅值平均值。其余8個(gè)站重復(fù)上面的步驟。江蘇省氣象部門閃電定位網(wǎng)2005年8月26日-2006年8月1日期間共探有閃電699 781個(gè)，所有閃電都是經(jīng)過(guò)歸一化到100km處處理。然后利用表1、圖2～4分別從橫向和縱向上對(duì)江蘇省閃電定位網(wǎng)的9個(gè)探測(cè)單站進(jìn)行分析和評(píng)估。

圖1 江蘇閃電定位網(wǎng)各探測(cè)站的分布

2.1 橫向評(píng)估

從橫向上分析和評(píng)估，圖2中的4幅子圖中所有擬合直線都是隨距離半徑遞增的。結(jié)合表1，在連云港站中，至50km處直線斜率是最大，至100km處斜率出現(xiàn)了較大下降，至150km和200km處斜率又漸漸增長(zhǎng)。說(shuō)明距此測(cè)站50km的半徑內(nèi)探測(cè)效率最低，50～100km處的探測(cè)效率最高，之后探測(cè)效率又漸漸降低?；窗舱镜那闆r和連云港的基本類似。在盱眙站中，至50、100、150km時(shí)直線斜率是不斷增長(zhǎng)的，就是探測(cè)效率在不斷降低；至200km處又出現(xiàn)了下降，說(shuō)明150～200km處探測(cè)效率又提高了。南通站和前面3個(gè)站都不一樣，其直線斜率是不斷降低的，說(shuō)明隨著距離半徑的增大，探測(cè)效率在不斷提高。圖3中3幅子圖中所有擬合直線都是隨距離半徑遞減的。說(shuō)明3個(gè)站的探測(cè)效率最高，電磁波在傳播過(guò)程中的衰減和電磁干擾是最低的。圖4中2幅子圖和圖2、3中的均不太一樣。結(jié)合表1，在建湖站中，至50、100km處，直線斜率都是正的，而至150、200km處都是負(fù)的；在至50、100km處中，前者遠(yuǎn)大于后者，說(shuō)明至50km處的探測(cè)效率是最低的，之后探測(cè)效率在逐漸增高。宜興站和建湖站基本相似，在至50km處直線的斜率是正的，說(shuō)明探測(cè)效率在降低，100、150、200km處都是負(fù)的，說(shuō)明在距離半徑大于50km后探測(cè)效率一直都很高。

2.2 縱向比較

根據(jù)表1、圖2～4縱向比較閃電定位系統(tǒng)各站的探測(cè)效率可以得知，至50km處，有6個(gè)站的斜率大于0，并且斜率從大到小依次為南通、淮安、宜興、連云港、建湖及盱眙站，探測(cè)效率的順序正好相反；3個(gè)站斜率小于等于0，分別為徐州、揚(yáng)州及南京，可以認(rèn)為其探測(cè)效率都是高于斜率為正的6個(gè)站。至100km處，有5個(gè)站的斜率大于0，并且斜率從大到小依次為南通、盱眙、連云港、淮安及建湖站，探測(cè)效率的順序正好相反；4個(gè)站斜率小于等于0，分別為徐州、揚(yáng)州、南京及宜興，可以認(rèn)為其探測(cè)效率都是高于斜率為正的5個(gè)站。至150km處，有4個(gè)站斜率大于0，并且斜率從大到小依次為南通、盱眙、連云港及淮安站，探測(cè)效率的順序正好相反；5個(gè)站斜率小于等于0，分別為徐州、建湖、揚(yáng)州、南京及宜興站，可以認(rèn)為其探測(cè)效率都是高于斜率為正的4個(gè)站。至200km處，有4個(gè)站斜率大于0，并且斜率從大到小依次為南通、連云港、淮安及盱眙站，探測(cè)效率的順序正好相反；5個(gè)站斜率小于等于0，分別為徐州、建湖、揚(yáng)州、南京及宜興站，可以認(rèn)為其探測(cè)效率都是高于斜率為正的4個(gè)站。以上當(dāng)斜率小于等于0時(shí)只考慮第一種情況，另一種需進(jìn)一步研究，本文暫不研究。

表1 各站4個(gè)不同距離處擬合直線的斜率

圖2 4條擬合直線的斜率都是大于0的4個(gè)探測(cè)站

圖3 4條擬合直線的斜率都是小于0的3個(gè)探測(cè)站

圖4 4條擬合直線的斜率大于0或者小于等于0的2個(gè)探測(cè)站

3 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)電磁波在傳播路徑上的衰減和干擾，影響了閃電定位系統(tǒng)對(duì)閃電的接收，提出了斜率理論的觀點(diǎn)，并對(duì)江蘇氣象部門的閃電定位資料進(jìn)行了分析，希望能找出影響閃電定位系統(tǒng)探測(cè)效率的部分原因并進(jìn)行改善，最終能夠進(jìn)一步提高閃電定位系統(tǒng)的探測(cè)效率。

［1］胡新華.人工觀測(cè)與閃電定位探測(cè)雷暴日資料的對(duì)比分析［J］.江西氣象科技，2005（3）：55-56.

［2］龔靜，郭三剛，何生存.天氣雷達(dá)和閃電定位儀在青海東部冰雹云監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.青?？萍?，2005（3）：24-27.

Evaluation and Analysis of Detecting Efficiency Based on ADTD Lightning Location Network

Xu Hongze Zhou Mei
（Jinhua Meteorological Bureau，Jinhua Zhejiang 321000）

At present,ADTD lightning location system in the meteorological department has been widely used,the de?tection efficiency of the evaluation is extremely important.Based on the attenuation theory of electromagnetic wave in the propagation path,the lightning positioning system has a current amplitude requirement for the lightning that can be detected.The lightning location data of Jiangsu Province from August 26,2005 to August 1,2006 were analyzed, the"slope theory"was presented,when the slope was greater than zero,the slope was greater,the detection efficiency was lower;the slope efficiency was higher when the slope was less than or equal to zero,or other factors affect the slope.Based on this theory,the lightning location data of Jiangsu meteorological department were analyzed,the re?sults showed that the slope of four stations with four different distances was more than zero,the slope of three stations with four different distances was less than or equal to zero,the slope of two stations with four different distances was greater than zero or less than or equal to zero.

ADTD；slope theory；detection efficiency；evaluation

P427.3

：A

：1003-5168（2017）01-0126-03

2016-12-02

金華市科技局2014課題“金華灰霾天氣的大氣污染擴(kuò)散特征及監(jiān)測(cè)預(yù)警研究”（2014-3-045）贊助。

許洪澤（1979-），男，碩士，工程師，研究方向：雷電監(jiān)測(cè)與預(yù)警。