不规则起伏地表的雷电电磁场传播特征

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:shengwei05
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随着雷电探测技术的发展,目前以初步建成了全国范围内的雷电的监测和预警系统,尤其是我国气象部门和电力系统已经大范围布设了闪电定位网。但是目前所用的定位方法都是将地表面假定成理想情况下进行的,没有考虑地表粗糙起伏引起的误差。地闪回击在传播过程中,因地表粗糙起伏等因素的影响,给雷电放电参数的反演等带来了很大的不确定性。本文利用分形二维分形的方法模拟了三种粗糙地表,根据Barrick表面阻抗理论和Wait近似算法,研究了不规则起伏地表的雷电电磁场传播特征,及真实地表传播路径延长对闪电定位精度的影响等方面进行了模拟研究与讨论。主要研究成果如下:(1)首先分析了粗糙地表雷电电磁场的传播特征。结果表明,与首次回击相比,粗糙地表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。粗糙地表对水平磁场和垂直电场的影响是类似的。对于继后回击的水平电场,当观测距离较远且粗糙度比较大时,引起的额外衰减对水平电场的影响不能忽视。(2)其次分析了起伏海面对雷电电磁波传播的影响。发现起伏海面对垂直电场的影响主要是引起波形的上升沿时间增大,对峰值的衰减不明显。观测距离越远,起伏度越大,波形上升沿时间的增量越大。对垂直电场频谱的影响主要集中在10MHz以上。超过10MHz,电磁波衰减明显加快,起伏度越大,影响越明显。海面起伏对水平磁场和垂直电场的影响类似。起伏海面对水平电场存在影响,但水平电场太小完全可以忽略。(3)进一步分析了粗糙海-陆混合路径对电磁波传播的影响。发现陆地部分对电磁波的衰减远远大于海面,超过约2MHz以上的电磁波受陆地部分的衰减很明显。粗糙度越大,高频衰减也越大。电磁波穿过海-陆混合区域进入陆地,海浪的影响可忽略不计。但是当我们关注的频段超过10MHz时,就需要考虑浪高的影响;对于水平电场,粗糙度越小,水平电场越大,反之,越小。(4)对深圳市闪电定位系统进行布网误差评估,发现采用四站矩形布网方式的深圳市闪电定位系统,探测精度较高。闪电定位系统中心点的定位误差可达几米。深圳市闪电定位系统的定位误差的平均值在1km左右。(5)分析白云嶂地区真实地表,发现随着方位角的不同,以及传播距离的不同,路径延长增量的差异很大,对应的时间延迟增量的差异也很大。利用抬高模式对此区域内发生的闪电进行修订。发现在此区域内,因地表起伏引起的定位误差可达几公里。利用抬高模式修订后的闪电发生位置更接近于闪击点的真实位置。
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