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余姚市闪电定位资料与人工观测雷暴日的对比分析

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余姚市闪电定位资料与人工观测雷暴日的对比分析余姚市闪电定位资料与人工观测雷暴日的对比分析 苏梦杰,沈红军,陈美春 (浙江余姚市气象局,浙江,余姚 315400) e-mail:mysu1986@126.com 摘要:根据余姚市2010-2013年人工观测雷暴日数与闪电定位仪雷电日数资料,分析了雷暴日数与雷电日数的关系、两者对计算地闪密度相关性的分析,得出余姚市闪电活动的规律,找出适合余姚市的地闪密度计算公式。 关键词:闪电定位仪;雷暴日;雷电日;经验公式 引言 宁波地区在2009年开始使用闪电定位仪观测记录闪电数据。闪电定位仪作为对人工观测的补...

余姚市闪电定位资料与人工观测雷暴日的对比分析
余姚市闪电定位资料与人工观测雷暴日的对比分析 苏梦杰,沈红军,陈美春 (浙江余姚市气象局,浙江,余姚 315400) e-mail:mysu1986@126.com 摘要:根据余姚市2010-2013年人工观测雷暴日数与闪电定位仪雷电日数资料,分析了雷暴日数与雷电日数的关系、两者对计算地闪密度相关性的分析,得出余姚市闪电活动的规律,找出适合余姚市的地闪密度计算公式。 关键词:闪电定位仪;雷暴日;雷电日;经验公式 引言 宁波地区在2009年开始使用闪电定位仪观测记录闪电数据。闪电定位仪作为对人工观测的补充,对雷击大地的年平均密度分析具有重要的意义。本文通过余姚市闪电定位仪数据及人工观测雷暴日资料进行分析,得出余姚市雷暴活动的一些规律。 1 资料来源及方法 使用宁波市2010-2013年4a的闪电定位仪数据及余姚市人工观测雷暴日资料进行分析。通过比较余姚市国家一般观测站周围各公里数范围内,以及余姚市全市范围内雷电日数与人工观测雷暴日数进行对比,分析闪电定位仪与人工观测特点,及比较,通过闪电定位仪或人工观测得出余姚市地闪密度。 2 分析 2.1人工观测雷暴日与闪电定位仪雷电日数 辨识雷声是人工观测雷暴日的主要手段,但雷声的传播在环境条件较好的情况下最多也只有20km。另外,由于地形因素、环境噪音影响,观测员听力因素、观测时间等均影响观测员对雷暴日的记录。而闪电定位仪利用闪电辐射的声、光、电磁场特性来遥感闪电放电参数的一种自动化探测设备,其处理的数据相对比较客观。余姚市国家一般观测站位于北纬30.0541?,东经121.1851?,根据此经纬度算得5km范围、10km范围、20km范围四周的经纬度值。筛选各经纬度范围内的地闪,只要有地闪记录,则该日被统计为雷电日。 表1 2010-2013年余姚市人工观测雷暴日与闪电定位仪雷电日对比表(单位:d) 人工观测雷闪电定位仪雷电日 年份 暴日 5km 10km 20km 全市 2010 38 63 82 85 111 2011 29 56 78 92 98 2012 24 41 56 76 86 2013 21 34 53 70 85 年平均 28 49 67 81 95 从表1可以看出,从全市范围来讲,2010-2013年闪电定位仪雷电日年平均为95d,最多的是2010年达到111d,几乎是全年的1/3,最少的是2013年85d,且全市雷电日数,呈逐年下降的趋势。这个规律从5km、10km、20km范围的数据也可以看出;同时人工观测雷暴日数也呈逐年下降的趋势,2010年最多达到38d,2013年最少仅为21d。比较人工观测雷暴日与闪电电位仪雷电日的数据,其相差还是很大的,甚至5km雷电日数仍约为人工观测雷暴日数的1.7倍。人工观测雷暴日的受限条件比较多,特别是余姚市国家一般观测站位于市区,周围为余姚市主干道,噪音巨大,限制了人工观测的准确性;闪电定位仪能较完整的记录各个强度的闪电,而人工观测对小强度的闪电观测存在难度,2010年闪电强度在-10至+10之间的闪电占14.72%,2011年占14.31%,2012年占13.31%,2013年占16.00%;人工观测和闪电定位仪对日界的划分不 同,造成对同一次雷暴过程的记录天数不同,根据全市闪电定位仪数据,发生在8时-20时的地闪,分别是2010年占82.91%,2011年占91.86%,2012年占90.31%,2013年占74.6%,对人工观测与闪电定位仪数据比较也有所影响;同时闪电定位仪存在误测率,根据闪电定位仪各站混合、振幅、算法等数据,其正确率2010年占78.51%,2011年占79.53%,2012年占95.45%,2013年占89.75%。故人工观测雷暴日与闪电定位仪雷电日之间的关系不能完全对应,且人工观测雷暴日数很难反应余姚市雷电活动的情况。 2.2 人工观测与闪电定位仪地闪密度分析 人工观测雷暴日主要以辩声为方法,所以很难区分地闪、云内闪和云际闪。但根据GB50057-2010附录A公式:,即雷击大地的年平均密度为雷暴日的1/10(次/km2/a)。规范中也指出,雷击大地N,0.1Tgd 的年平均密度,首先应按当地气象台、站资料确定。而闪电定位仪能较完整记录每次地闪的时间、经纬度、强度等。许小峰等指出“闪电定向探测器一般探测距离为400km”在此范围内根据估算,探测效率η为70%;钟颖颖等对南京地区闪电定位仪探测效率分析结果η为90.17%。所以闪电定位仪的数据是可靠的。 表2 2010年-2013年余姚市人工观测与闪电定位仪地闪密度对比表 观测范围 人工观测 5km 10km 20km 全市 2010 38 742 2356 8009 14452 地闪次数2011 29 429 1632 6023 10632 或人工观2012 24 246 729 2481 5304 测雷暴日 2013 21 195 636 2595 5774 平均值 28 403 133.8 4777 9040 观测范围面积(km2) 1527 50 200 800 1527 根据平均值计算地闪密2.8 8.06 6.69 5.90 5.92 度(次/km2/a) 从表2可以看出,通过人工观测雷暴日计算地闪密度远远小于根据闪电定位仪计算的结果。且地闪密度在5km范围内最大,随着半径的增大逐渐减少,20km范围内的地闪密度与全市范围的地闪密度接近,最能反映全市的雷电活动频率。从年际间的地闪次数可以看出,地闪次数正在逐年下降,这与前文提到的人工观测雷暴日数与闪电定位仪雷电日数逐年下降相一致。 2.3 适合余姚市的地闪计算公式 雷击大地的年平均密度是计算建筑物年预计雷击次数,确定建筑物防雷等级的重要系数,而一般台站的雷暴日数据记录较完整,所以通过人工雷暴日计算地闪密度是十分方便的。如果使用GB50057-93的地闪 1.3密度公式:,2010-2013年年平均地闪密度仅为1.8次/km2/a,比通过GB50057-2010计算N,0.024Tgd 得到的2.8次/km2/a更小。Prentice在1977年时提出,地闪密度N和雷暴日T有关,可以用经验公式:gd b表示,这里的系数不同的地区会有差异。如此,余姚市也应该根据自身特点,对经验公式进行N,aTgd 修整。 2013年年平均地闪密度与人工观测雷暴日数据拟合得到,余姚市地闪密度计算公式为:通过对2010- 1.7597。再根据此公式进行反演,如图1所示。该经验公式与余姚市实际地闪密度一致性更N,0.0161Tgd 好。 图1 实际地闪密度与各公式计算结果对比 3 结论 1、余姚市闪电定位仪雷电日数明显多于人工观测雷暴日数。由于人工观测与闪电定位仪观测的方式、 方法、及其自身特点的不同,人工观测雷暴日数与闪电定位仪雷电日数之间的关系不能完全对应,且人工 观测雷暴日数很难反应余姚市雷电活动的情况。雷暴日数与雷电日数都逐年下降 2、人工观测雷暴日数计算地闪密度远远小于根据闪电定位仪数据计算的结果。且地闪密度在5km范围 内最大,随着半径的增大逐渐减少,20km范围内的地闪密度基本可以反映全市的雷电活动情况。且两者计 算地闪密度都逐年下降。 3、通过对2010-2013年年平均地闪密度与人工观测雷暴日数据拟合得到,余姚市地闪密度计算公式为: 1.7597。该公式与实际地闪密度的一致性较好。 N,0.0161Tgd 参考文献 [1]许小峰,郭虎,廖晓农等.国外雷电检测与预报研究.北京:气象出版社,2003:6 [2]钟颖颖等.闪电定位资料与目测雷暴日的对比分析.气象科学,2010,30(6):851-855 [3]Richard E Orville.Lightning ground flash density in the contiguous United States-1989.Monthly Weather Review,1991,119:573. [4]建筑物防雷设计规范 GB50057-2010. [5]建筑物防雷设计规范 GB50057-1993 Comparative analysis of Yuyao lightning location data and artificial observation of thunderstorms Su Mengjie Shen Hongjun Chen Meichun (Yuyao City Meteorological Bureau,Zhejiang,Yuyao 315400) E-mail:mysu1986@126.com Abstract: according to the Yuyao 2010-2013 artificial thunderstorm and lightning location system of lightning data, analysis of the number of thunderstorm days and lightning days, the correlation analysis between density flash calculation, obtained the Yuyao lightning activity rule, find out the ground flash density formula. for the city of Yuyao. Keywords: lightning location system,thunderstorm day,ightning day,empirical formula
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