基于ADTD闪电定位网探测效率的评估分析

许洪泽 周梅

（金华市气象局，浙江金华 321000）

基于ADTD闪电定位网探测效率的评估分析

许洪泽 周梅

（金华市气象局，浙江金华 321000）

目前，ADAD闪电定位系统在气象部门得到了广泛的应用，对其探测效率的评估极为重要。基于此，根据电磁波在传播路径上存在衰减理论，闪电定位系统对能探测到的闪电有一个电流幅值要求，分析2005年8月26日-2006年8月1日江苏省闪电定位资料，提出“斜率理论”，即当斜率大于0时，斜率越大探测效率越低；而当斜率小于等于0时，探测效率最高或者其他因素影响斜率。并利用此理论对江苏省气象部门的闪电定位资料进行分析，得出有4个探测站4个不同距离上的斜率都是大于0，有3个探测站4个不同距离上的斜率都是小于等于0，还有2个探测站在4个不同距离上的斜率大于0或者小于等于0。

ADTD；斜率理论；探测效率；评估

随着经济社会的发展，雷电灾害越来越受到人们的关注。目前，闪电定位技术和设备在气象部门雷电观测中得到了广泛的应用［1，2］。闪电发生时会产生电磁波，闪电定位探测设备通过接收电磁波进行定位。其中，闪电的探测效率是极其重要的参数，影响探测效率的因素有很多，如地闪辐射能量、地闪波传播距离与辐射能量正比。探测站能探测其辐射半径内电磁波，一般通过统计雷电流历史数据与TDF（探测站）实际探测半径，可统计判断出地闪辐射能量对探测效率的影响。通过模拟分析计算表明，当探测站呈正多边形布置时，探测精度较高；而当探测站呈直线布置时，探测精度相对较低，探测的盲区也最大。地形地貌对闪电定位也很重要，当地势随距离变化为正斜率（山峰前），相对于平坦地面幅度变大而二次相延变小，反之则相反。斜坡前波场的幅、相都是波动的，而坡后远离地形起伏区一定距离，波场的扰动则迅速减小。

本文主要是根据电磁波在传播路径上存在衰减，受到干扰，闪电定位系统对能探测到的闪电有一个电流幅值要求，结合上面的闪电探测效率影响因素进行研究。

1 理论基础及斜率理论介绍

因电磁波在其传播路径上存在衰减，要使闪电定位系统能探测到闪电，那么闪电电流幅值必须要达到一定的数值要求，这就是一个闪电探测的效率问题。当电磁干扰较强时，只能探测到较大电流的闪电，极大地影响闪电的探测效率；相反，当电磁干扰弱时，能探测到电流相对较小的闪电，这时探测效率就较高。当电场值超过闪电定位仪预设最低门限阈值时，闪电被探测到。最低门限阈值对应的最小电流随闪电发生位置离定位仪距离的不同而不同，距离越近值越小，距离越远值越大，具体计算公式如下：

式（1）中，E0为某探测点的设定最低门限阈值，I为闪电的电流幅值，D为闪电发生位置到站点的距离，K和m是与地面电导率、地形及闪电波形有关的常数。很显然电流幅值I随距离D的增大而增大，可认为他们是线性关系。由于各探测站的最低门限阈值E0及在传输路径上的衰减和受到的干扰不一样，那么闪电电流幅值I与闪电距探测站距离D形成的斜率也是不一样的，但他们的斜率都大于0。

为了与后面的斜率理论相区分，称上面讲到的斜率为过滤斜率，原因在于各探测站I与D形成的斜率，就像过滤器一样把闪电定位仪所探测到的闪电进行过滤，在直线上的将被留下，而在其下的则被去除掉。对过滤后的闪电进行以下处理，以某探测站为原点，闪电定位系统单站的有效探测距离为最大半径，再将最大半径分成若干份，一般可选10km，这样就形成若干同心圆。然后将这若干同心圆环内的闪电的电流幅值I进行平均化处理，得-I1、-I2、-I3、……-In，然后将这些电流幅值的平均值所对应坐标点进行直线拟合。为了能进一步分析各个探测站的探测效率，可以选择不同距离上的点进行直线拟合，如探测单站的最大探测半径为200km，可选至50、100、150、200km处，所对应的坐标点分别为1～5、1～10、1～15、1～20，将这些拟合直线形成的斜率称为拟合斜率。

2 利用斜率理论对江苏闪电定位网各站探测效率进行评估分析

江苏省气象部门的闪电定位网有9个探测站组成，如图1所示。根据闪电定位仪出厂说明，单站的有效探测距离为200km。现以探测站为中心点，10km的距离为半径，将200km分成20个等距离的同心圆，分别计算落在每个距离为10km的圆环内的所有闪电的电流幅值平均值。其余8个站重复上面的步骤。江苏省气象部门闪电定位网2005年8月26日-2006年8月1日期间共探有闪电699 781个，所有闪电都是经过归一化到100km处处理。然后利用表1、图2～4分别从横向和纵向上对江苏省闪电定位网的9个探测单站进行分析和评估。

图1 江苏闪电定位网各探测站的分布

2.1 横向评估

从横向上分析和评估，图2中的4幅子图中所有拟合直线都是随距离半径递增的。结合表1，在连云港站中，至50km处直线斜率是最大，至100km处斜率出现了较大下降，至150km和200km处斜率又渐渐增长。说明距此测站50km的半径内探测效率最低，50～100km处的探测效率最高，之后探测效率又渐渐降低。淮安站的情况和连云港的基本类似。在盱眙站中，至50、100、150km时直线斜率是不断增长的，就是探测效率在不断降低；至200km处又出现了下降，说明150～200km处探测效率又提高了。南通站和前面3个站都不一样，其直线斜率是不断降低的，说明随着距离半径的增大，探测效率在不断提高。图3中3幅子图中所有拟合直线都是随距离半径递减的。说明3个站的探测效率最高，电磁波在传播过程中的衰减和电磁干扰是最低的。图4中2幅子图和图2、3中的均不太一样。结合表1，在建湖站中，至50、100km处，直线斜率都是正的，而至150、200km处都是负的；在至50、100km处中，前者远大于后者，说明至50km处的探测效率是最低的，之后探测效率在逐渐增高。宜兴站和建湖站基本相似，在至50km处直线的斜率是正的，说明探测效率在降低，100、150、200km处都是负的，说明在距离半径大于50km后探测效率一直都很高。

2.2 纵向比较

根据表1、图2～4纵向比较闪电定位系统各站的探测效率可以得知，至50km处，有6个站的斜率大于0，并且斜率从大到小依次为南通、淮安、宜兴、连云港、建湖及盱眙站，探测效率的顺序正好相反；3个站斜率小于等于0，分别为徐州、扬州及南京，可以认为其探测效率都是高于斜率为正的6个站。至100km处，有5个站的斜率大于0，并且斜率从大到小依次为南通、盱眙、连云港、淮安及建湖站，探测效率的顺序正好相反；4个站斜率小于等于0，分别为徐州、扬州、南京及宜兴，可以认为其探测效率都是高于斜率为正的5个站。至150km处，有4个站斜率大于0，并且斜率从大到小依次为南通、盱眙、连云港及淮安站，探测效率的顺序正好相反；5个站斜率小于等于0，分别为徐州、建湖、扬州、南京及宜兴站，可以认为其探测效率都是高于斜率为正的4个站。至200km处，有4个站斜率大于0，并且斜率从大到小依次为南通、连云港、淮安及盱眙站，探测效率的顺序正好相反；5个站斜率小于等于0，分别为徐州、建湖、扬州、南京及宜兴站，可以认为其探测效率都是高于斜率为正的4个站。以上当斜率小于等于0时只考虑第一种情况，另一种需进一步研究，本文暂不研究。

表1 各站4个不同距离处拟合直线的斜率

图2 4条拟合直线的斜率都是大于0的4个探测站

图3 4条拟合直线的斜率都是小于0的3个探测站

图4 4条拟合直线的斜率大于0或者小于等于0的2个探测站

3 结语

本文根据电磁波在传播路径上的衰减和干扰，影响了闪电定位系统对闪电的接收，提出了斜率理论的观点，并对江苏气象部门的闪电定位资料进行了分析，希望能找出影响闪电定位系统探测效率的部分原因并进行改善，最终能够进一步提高闪电定位系统的探测效率。

［1］胡新华.人工观测与闪电定位探测雷暴日资料的对比分析［J］.江西气象科技，2005（3）：55-56.

［2］龚静，郭三刚，何生存.天气雷达和闪电定位仪在青海东部冰雹云监测中的应用［J］.青海科技，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

金华市科技局2014课题“金华灰霾天气的大气污染扩散特征及监测预警研究”（2014-3-045）赞助。

许洪泽（1979-），男，硕士，工程师，研究方向：雷电监测与预警。