新型闪电电场变化测量仪的研究与初步应用

徐黄飞; 张其林; 杜赛; 薛奇

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2021.048

新型闪电电场变化测量仪的研究与初步应用

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.048

徐黄飞^{1, 2, ,},
张其林²,
杜赛³,
薛奇⁴

1.
广东省气象探测数据中心, 广东广州 510080
2.
南京信息工程大学, 江苏南京 210044
3.
中国气象局广州热带海洋气象研究所, 广东广州 510641
4.
南京大桥机械有限公司, 江苏南京 211101

基金项目:

广东省气象局科学技术研究项目 GRMC2019M09

详细信息

通讯作者:
徐黄飞, 男, 江苏省人, 工程师, 从事综合气象观测工作。E-mail: 1138835292@qq.com

中图分类号: P427.3
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出版历程
- 收稿日期: 2020-11-24
- 修回日期: 2021-05-08
- 网络出版日期: 2021-09-27
- 刊出日期: 2021-06-01

OPTIMIZATION AND APPLICATION OF NEW LIGHTNING ELECTRIC FIELD CHANGE MEASUREMENT SYSTEM

XU Huangfei^{1, 2
, ,},
ZHANG Qilin²,
DU Sai³,
XUE Qi⁴

1.
Guangdong Meteorological Observation Data Center, Guangzhou 510080, China
2.
Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China
3.
Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology, CMA, Guangzhou 510641, China
4.
Nanjing Daqiao Machine Co., Ltd., Nanjing 211101, China

摘要

摘要: 闪电电场变化测量系统是目前用于闪电物理研究以及闪电定位的重要手段之一, 提高测量系统的探测性能, 对于推动闪电物理以及闪电定位的研究具有重要作用。根据电磁感应原理, 研制出探测带宽为10 Hz~5 MHz的新型闪电电场变化测量仪。并进行了实验, 标定了测量仪输出信号与电场变化信号在频域上的数值关系。利用三套测量仪系统对南京多个强雷暴过程展开同步探测, 利用获取的数据反演了负地闪电场波形。对探测到的58次负地闪波形特征进行统计, 与国内外统计结果进行对比分析, 发现各个地区的负地闪预击穿过程和首次回击电场波形特征存在较大差异。
- 闪电电场测量仪 /
- 负地闪 /
- 统计分析
Abstract: The lightning electric field change measurement system is currently one of the important means for lightning physics research and lightning location; improving the detection performance of measurement systems is of great significance for lightning physics research and lightning location. Based on the principle of electromagnetic induction, a new lightning electric field change measurement system with a detection bandwidth of 10 Hz~5 MHz is developed. Experiments are carried out to calibrate the numerical relationship between the output signal and the electric filed change signal in the frequency domain. Three sets of measuring systems are used to carry out synchronous detection of multiple strong thunderstorms in Nanjing, and the waveform of negative cloud-to-ground(CG) lightning filed is inversed by using the data obtained. The waveform characteristics of 58 cases of negative CG lightning are analyzed. It is found that the pre-breakdown process of the negative CG lightning and the waveforms of the first return stroke electric field in different regions are quite different.
- lightning electric field measurement instrument /
- negative cloud-to-ground lightning /
- statistical analysis

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图 1 测量仪工作原理图

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图 2 测量仪实物图

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图 3 电路原理框图(a)和电路设计图(b)

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图 4 新型闪电电场变化测量仪标定实验图

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图 5 新型闪电电场变化测量仪标定曲线

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图 6 闪电探测站分布图

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图 7 反演后负地闪地面电场波形

PBP为预击穿过程，R为回击过程，XDZ为南京信息工程大学站，PKZ为浦口区气象局站，JNZ为江宁国家气候基准站。下同。

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图 8 预击穿过程同步电场波形

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图 9 预击穿过程参数统计图

a.PBP单个脉冲持续时间(μs); b.PBP脉冲间隔时间(μs); c.PBP持续时间(μs)

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图 10 首次回击R1地面电场波形

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图 11 首次回击过程参数统计图

a.首次回击上升沿时间(μs); b.首次回击过零时间(μs)。

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