深圳地区雷电的定位误差订正及活动特征分析

发布时间：2020-08-22 12:04

【摘要】：在全球的自然灾害中,雷电引起的灾害是世界上十大自然灾害之一,对人类生命以及财产安全造成严重威胁和损失。因此,融合应用多种探测资料,研究闪电活动与雷达参量间的关系,对认识和促进雷电强对流天气过程的精细化分析和预报具有重要意义。本文首先针对闪电定位系统存在误差,影响定位精确度的特点,利用卫星遥感的深圳地区的GIS数据,通过模拟研究深圳地区不同下垫面复杂地形地貌对时差法(TOA)雷电定位精度的影响,从而改善在复杂地表下的闪电资料准确度。然后利用LIS资料、WWLLN数据以及修订后的深圳闪电定位资料对深圳地区的闪电密度分布分别进行分析,对比三种资料的探测效率和差异性。最后利用经过订正的深圳市闪电定位资料、多普勒雷达资料以及常规天气资料对一次强飑线过程的闪电频数与天气雷达回波关系进行了分析和研究。主要研究结果如下：(1)通过模拟的手段,对深圳市闪电定位数据进行质量控制。为了验证优化模式的合理性,本文进行了大量的模拟,模拟次数达到5000次。从模拟结果看出,本文的优化方案是可行的、可靠的,优化后的闪电定位精度明显提高,可以用于对闪电定位数据的校正。同时,本文提出的方法还可以用于闪电定位网测站的选址问题。首先根据经验以及客观条件制定出可能的选址方案,然后在可选择的方案中,通过本文中的模拟方法来评估采用各种布站方案时将会带来的定位误差,从而选出最优的闪电定位系统布站方案。(2)使用LIS资料、WWLLN资料和订正后的闪电定位资料对深圳地区的闪电密度分布进行分析,对比不同闪电资料的优缺点以及差异性,通过对比发现,修订后的深圳市闪电定位系统资料探测效率更高,也更加符合深圳地区的实际情况。因此,闪电定位资料更适合于深圳地区雷暴天气活动的研究。通过对深圳闪电定位资料分析得到,深圳西北部地区的地闪密度值最高,年平均密度为6次/km2,东南部地区的地闪密度比西北部地闪密度高值区的一半还少,地闪密度从西北到东南、北部内陆到南部沿海呈现由高到低的分布。此外,对深圳市雷达回波特征进行统计计算,得到深圳雷达回波的一些特点,便于今后对深圳地区的降水特征进行分析研究。(3)利用深圳多普勒天气雷达资料和订正之后的闪电定位资料,对2012年4月27日发生的一次强飑线过程进行了相关分析,得到如下一些结论：正、负地闪主要分布在30 dBZ的强回波区,少量正地闪出现在飑线系统强回波区的边缘以及弱回波区。但从整个过程来看,地闪分布与强雷达回波区表现出较好的对应关系。此外,最大回波顶高度的变化趋势也对应地闪频数的变化。整个飑线过程中,雷达回波强度在-10℃、-15℃和-20℃层高度上的每一次跳跃变化都对应着地闪频数的跳跃发展,其中,-20℃层高度上回波强度与地闪频数的相关性最好。在-5℃、-10℃、-15℃和-20℃四个温度层高度上,超过35 dBZ的反射率面积与地闪频数相关性更好,其中相关系数最高的是-5℃层高度上超过40 dBZ的强回波面积。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P427.32
【图文】：

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真实地形地貌为例，对该算法的精度进行模拟分析。逡逑２．１时差法阅电定位误差分析逡逑如图２．１（ａ）所示，假设在光滑的平坦地面上有＾个０尸测站Ｓ、＆和Ｓ；，三逡逑个测站系统均时间同步。当在０处发生一次闪电时，达到Ｈ个测站Ｓｉ、＆和Ｓ；逡逑的时间分别为ｆ，、＾２和＇３，则有：逡逑（１）逡逑＝0３－ｒ２）／ｃ逦（２）逡逑其中，／！、／？。和ｒ，分别为闪电距离；个巧脚之间的距离，他们分别是闪电发逡逑生位置的函数（测站坐标）。因此，在二维平面内，通过求解上述方程组便可得逡逑到闪电发生的二维坐标位置，送样就把定位问题转变成了准确测量信号到达不逡逑同测站的时间问题。逡逑然而，在实际工作中，闪电定位系统所覆盖的区域往往有大山或者建筑物逡逑（群）的存化比如广西、贵州和西北等大山纵横的地区。对不同的ＤＦ测站，逡逑从不同方向、不同距离传播过来的ＶＬＦ地波闪电信号

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词—＼逡逑／邋１逦Ｉ逡逑图２．１时差到达法（Ｔ０Ａ）闪电定位原理图逡逑（ａ）平坦地表；（ｂ）电磁波传播路径上地表起伏不平逡逑２．２模型建立及算法介绍逡逑真实的地表是起伏不平的，而闪电定位系统中进行方程求解时都是假定地逡逑面是平坦的，所Ｗ直接利用各个测站收到信号的时间来进行Ｔ０Ａ时差定位会带逡逑来较大的误差。因此，在闪电定位时需要先将各个测站收到信号的时间减掉对逡逑应的时间增量，然后利用修订后的时间来进行定位。在实际的闪电定位系统中，逡逑为了能够实时地对闪电定位结果进行修正并且不影响系统运行的效率，可事逡逑先计算出闪电发生在某个位置时，每个测站收到的信号对应的巧正量，建立订逡逑正因子库，送样，在实时定位中只需查询该库就可得到该次闪电每个测站的修逡逑正量

惠州,均方根,资料,系统研究所

（ａ）尸５ｋｍ邋（ｂ）邋ｒ＝５０ｋｍ逡逑此外，本文中使用的卫星影像图来源于ＥＳＲＩ邋（美国环境系统研究所公司）逡逑提供的Ｗｏｒｌｄ邋Ｉｍａｇｅｒｙ资料，该资料包括了世界各地的卫星图像，在很多地区该逡逑资料提供了１米精度甚至更好的卫星或者航拍影像图，其网址为逡逑

【参考文献】