Comparison of Detection Data from Three Lightning Location Systems in Heyuan, Guangdong Province
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摘要: 基于2021—2023年广东省三套闪电定位系统（地球网络全闪系统EN、全闪三维闪电定位系统DDW1和粤港澳闪电定位系统GHMLLS）数据资料，综合对比了各系统在广东河源的观测结果差异，包括闪电观测数量、时空分布、雷电流峰值及定位偏差等方面。结果表明：（1）在观测数量上，三年内GHMLLS总闪电次数达85.5万次，远超EN（40.9万次）和DDW1（16.0万次）。其中，EN与GHMLLS记录的云闪占各自总数的81% 和84%，而DDW1云闪仅占比59%；GHMLLS地闪平均回击次数达6.37次，约为EN和DDW1的4倍；2023年DDW1组网优化成效明显，地闪次数（4.1万次）反超GHMLLS（4.0万次）和EN（2.5万次）。（2）在时间分布上，三套系统呈现相同的时间分布特征，即5—9月为全年闪电高发月份，11—20时（北京时）为日内闪电高频时段；空间分布上，三套系统观测结果呈近似的分布特征，河源地闪活动集中于其西南部。三套系统记录的地闪雷电流峰值强度均集中在10~20 kA，且呈单峰分布。（3）典型雷暴个例中，DDW1与GHMLLS的地闪回击时空匹配概率超60%，优于二者分别与EN的匹配组合；三套系统地闪定位结果的平均相对距离偏差为1.1~1.6 km，且河源东北部偏差大于南部。研究成果增进了对三套闪电定位系统探测效能的认知，为多源区域闪电定位资料的合理高效应用提供可靠依据。Abstract: This study presents a comprehensive comparison of lightning detection capabilities among three systems (EN, DDW1, and GHMLLS) in Heyuan, Guangdong, utilizing 2021-2023 observational data, encompassing lightning counts, spatiotemporal distributions, peak currents, and positioning deviations. Key findings are as follows. (1) GHMLLS recorded 854 525 total lightning events, substantially exceeding EN (409 448) and DDW1 (160 086). Cloud-to-cloud (CC) lightning dominated EN (81%) and GHMLLS (84%) observations, contrasting with DDW1's lower CC proportion (59%). GHMLLS demonstrated superior sensitivity to ground flash return strokes, averaging 6.37 strokes per flash-fourfold, approximately four times that of EN and DDW1. After post-optimization in 2023, DDW1 outperformed others in Cloud-to-Ground (CG) lightning (41 519 vs. GHMLLS' 39 784 and EN's 25 491). (2) In terms of temporal distribution, all three systems exhibited consistent seasonal and diurnal patterns, identifying May to September as the peak lightning months annually, and 11:00 to 20:00 (Beijing Time) as the high-frequency diurnal period. Spatially, the observational results from the three systems presented similar characteristics, with ground flashes clustering in Heyuan's southwest. The peak intensities of the CG lightning currents of all systems exhibited a single-peak distribution (10-20 kA). (3) In a typical thunderstorm case, the system consistency analysis showed DDW1-GHMLLS spatiotemporal matching probability exceeding 60%, outperforming EN-involved combinations. The average relative distance deviations of CG localization among the three systems ranged from 1.1-1.6 km, with northeastern Heyuan exhibiting larger discrepancies than southern regions.These findings enhance the understanding of multi-system lightning detection variances and provide actionable insights for optimizing regional lightning data applications in meteorological monitoring and disaster prevention.
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图 5 2021—2023年三套闪电定位系统下河源地区地闪空间聚集分布
a~c. EN系统；d~f. DDWI系统；g~i. GHMLLS系统。从左至右各列子图分别代表2021、2022和2023年。
图 6 2021—2023年三套闪电定位系统下河源地区首次地闪回击雷电流峰值强度分布小提琴图
a：总地闪，b：正地闪，c：负地闪。图中灰色轮廓曲线为雷电流峰值核密度曲线，表征数据聚集程度；黑色线框为箱线图，箱体外上下端线表示最大值和最小值；箱体上下边线表示上四分位数和下四分位数；箱体内红色三角形表示均值，红色横线表示中位数。
图 7 广东河源2023年9月22日一次雷暴过程中雷达回波与三套系统闪电辐射源定位点叠加对比图
a~c. 1时30分, e~f. 9时42分。黑色十字符号表示闪电辐射源定位点，彩色斑纹代表河源S波段双极化天气雷达回波（单位：dBZ）。闪电定位点时间范围为雷达回波时刻前6分钟内。
图 8 河源地区2023年9月22日三套系统两两匹配的地闪回击时间序列分布
a. EN与DDW1匹配的地闪回击记录，b. EN与GHMLLS匹配的地闪回击记录，c. DDW1与GHMLLS匹配的地闪回击记录。x轴为00时00分—23时59分，y轴为每分钟内匹配地闪回击次数（单位：次），每分钟内两套系统匹配地闪回击定位点的平均相对距离（单位：km）用色带划分。
表 1 2021—2023年广东三套闪电定位系统在河源地区的观测数据对比（质控归闪后）
观测内容 EN DDW1 GHMLLS 总闪电次数/次 409 448 160 086 854 525 云闪次数/次(占总闪电次数百分比) 331 829(81.0%) 94 496(59.0%) 719 000(84.1%) 地闪次数/次(占总闪电次数百分比) 77 619(19.0%) 65 590(41.0%) 135 525(15.9%) 平均地闪回击次数/次 1.48 1.54 6.37 正地闪次数/次(占首次地闪次数百分比) 4 918(6.3%) 14 803(22.6%) 23 987(17.7%) 负地闪次数/次(占首次地闪次数百分比) 72 701(93.7%) 50 787(77.4%) 111 538(82.3%) 
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表 2 2023年9月22日三套闪电定位系统地闪回击匹配记录统计表
匹配系统 EN-DDW1 EN-GHMLLS DDW1-GHMLLS 匹配地闪回击数/次 266 271 4 673 匹配概率(匹配地闪回击数/系统地闪回击样本数) EN: 42.16%(266/631) EN: 42.95%(271/631) DDW1:74.19%(4 673/6 299) DDW1:4.22%(266/6 299) GHMLLS: 3.62%(271/7 485) GHMLLS: 62.43%(4 673/7 485) 平均相对距离/km 1.1 1.6 1.3 平均时间差/μs 247.8 246.6 4.7 雷电流峰值范围/kA EN: -44.4~33.5 EN: -44.4~16.5 DDW1:-152.4~123.9 DDW1:-52.0~47.7 GHMLLS: -56.0~19.0 GHMLLS: -171.0~101.0 原始雷电流峰值绝对平均差/kA 6.2 3.6 3.6 系数处理后雷电流峰值绝对平均差/kA / 17.1* 11.5* 正负极性判别误差(匹配地闪回击样本中极性不一致条数/匹配地闪回击数) 0%(0/266) 0%(0/271) 0.66%(31/4 673) 注：*表示GHMLLS观测的雷电流峰值经系数处理（除以系数0.64）[11]后，与匹配系统间的地闪回击雷电流峰值绝对平均差（MAD）。
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[1] 郭润霞, 王迎春, 张文龙, 等. 基于VLF/LF三维闪电监测定位系统的北京闪电特征分析[J]. 热带气象学报, 2018, 34(3): 393-400. [2] 成勤, 张科杰, 刘俊, 等. 一次特大暴雨过程三维和二维系统闪电特征对比分析[J]. 热带气象学报, 2021, 37(3): 396-408. [3] 周鑫, 张文娟, 张义军, 等. 基于闪电聚类方法的西北太平洋区域雷暴活动特征[J]. 热带气象学报, 2021, 37(3): 490-501. [4] 徐黄飞, 李建勇, 周嘉健, 等. 基于DDW1全闪三维闪电定位系统的闪电活动探测分析[J]. 热带气象学报, 2023, 39(4): 643-654. [5] Mach D M, MacGorman D R, Rust W D, et al. Site errors and detection efficiency in a magnetic direction-finder network for locating lightning strikes to ground[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 1986, 3(1): 67-74. [6] 张其林, 刘晓东, 刘明远, 等. 甘肃平凉闪电定位资料误差分析及其优化[J]. 气象科技, 2011, 39(6): 808-813. [7] 李庆申, 陈宇涵, 张阳, 等. DDW1闪电定位系统及性能评估[J]. 气象科技, 2020, 48(6): 788-794. [8] 丁旻, 吴安坤, 刘芸. 两种闪电定位资料的对比分析[J]. 科学技术与工程, 2019, 19(27): 47-54. [9] 张华明, 钱勇, 刘恒毅, 等. 山西省两套闪电定位系统地闪监测结果对比[J]. 干旱气象, 2020, 38(2): 346-352. [10] 李京校, 郭凤霞, 扈海波, 等. 北京及其周边地区SAFIR和ADTD闪电定位资料对比分析[J]. 高原气象, 2017, 36(4): 1115-1126. [11] 张悦. 基于多源资料的粤港澳大湾区闪电定位系统探测性能评估[D]. 北京: 中国气象科学研究院, 2022. [12] 张悦, 吕伟涛, 陈绿文, 等. 基于人工引雷的粤港澳闪电定位系统性能评估[J]. 应用气象学报, 2022, 33(3): 329-340. [13] 陈绿文, 张义军, 吕伟涛, 等. 闪电定位资料与人工引雷观测结果的对比分析[J]. 高电压技术, 2009, 35(8): 1896-1902. [14] 陈绿文, 黄智慧, 禹继, 等. 一次人工触发闪电事件的定位误差分析[J]. 广东气象, 2010, 32(1): 15-17, 21. [15] 郭宏博, 邱宗旭, 杨悦新, 等. 粤港澳闪电定位系统与深圳高塔雷电光学观测对比分析[J]. 广东气象, 2017, 39(6): 60-63. [16] 陈绿文, 吕伟涛, 张义军, 等. 粤港澳闪电定位系统对高建筑物雷电的探测[J]. 应用气象学报, 2020, 31(2): 165-174. [17] 吴姗姗, 吕伟涛, 齐奇, 等. 基于光学资料的广州塔附近下行地闪特征[J]. 应用气象学报, 2019, 30(2): 203-210. [18] 武斌, 吕伟涛, 齐奇, 等. 一次正地闪触发两个并发上行闪电的光电观测[J]. 应用气象学报, 2019, 30(3): 257-266. [19] Smith D A, Heavner M J, Jacobson A R, et al. A method for determining intracloud lightning and ionospheric heights from VLF/LF electric field records[J]. Radio Science, 2004, 39: 2002RS002790. [20] Thomas R J, Krehbiel P R, Rison W, et al. Observations of VHF source powers radiated by lightning[J]. Geophysical Research Letters, 2001, 28(1): 143-146 [21] Proctor D E. A hyperbolic system for obtaining VHF radio pictures of lightning[J]. Journal of Geophysical Research, 1971, 76(6): 1478-1489. [22] Proctor D E. Lightning flashes with high origins[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 1997, 102(D2): 1693-1706. [23] Cummins K L, Murphy M J, Bardo E A, et al. A combined TOA/MDF technology upgrade of the U.S. national lightning detection network [J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 1998, 103(D8): 9035-9044. [24] Carey L D, Rutledge S A, Petersen W A. The relationship between severe storm reports and cloud-to-ground lightning polarity in the contiguous United States from 1989 to 1998[J]. Monthly Weather Review, 2003, 131(7): 1211-1228. [25] Pineda N, Rigo T, Bech J, et al. Lightning and precipitation relationship in summer thunderstorms: case studies in the North Western Mediterranean region[J]. Atmospheric Research, 2007, 85(2): 159-170. [26] 王学良, 成勤, 王清龙, 等. 基于LLS的多回击地闪及其雷电流幅值分布特征[J]. 热带气象学报, 2021, 37(3): 309-319. [27] Hintze J L, Nelson R D. Violin plots: a box plot-density trace synergism[J]. The American Statistician, 1998, 52(2): 181-184. [28] 曾金全, 朱彪, 曾颖婷, 等. 福建省多回击闪电特征参数的统计分析[J]. 暴雨灾害, 2017, 36(6): 573-578. [29] 崔雪东, 顾媛, 徐震宇, 等. 基于浙江省三维闪电监测系统的多回击闪电参数的特征分析[J]. 科学技术与工程, 2021, 21(23): 9706-9712. [30] 刘岩, 徐芬, 郑媛媛, 等. 典型强龙卷风暴中的地闪活动特征[J]. 热带气象学报, 2022, 38(3): 353-365. [31] Rakov V A. Lightning parameters for engineering applications—An update on CIGRE WG C4.407 activities[J]. 2011 International Symposium on Lightning Protection, Fortaleza, Brazil, 2011, 294-297. [32] 刘平英, 吴永斌, 姚雯, 等. 云南省雷电流幅值时空变化特征及累积概率分布[J]. 灾害学, 2024, 39(4): 24-32. [33] 李家启, 王劲松, 申双和, 等. 基于ADTD系统监测的雷电流幅值累积概率特征分析[J]. 气象, 2011, 37(2): 226-231. [34] 弗拉迪米尔A. 洛可夫(Vladimir A. Rakov), 马丁A. 乌曼(Martin A. Uman). 雷电[M]. 张云峰, 吴建兰, 译. 北京: 机械工业出版社, 2016: 184-186. -
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图(8) / 表(2)
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