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建筑物尖端对大气电场畸变影响的数值计算

郭秀峰 谭涌波 郭凤霞 师正 王宁宁

郭秀峰, 谭涌波, 郭凤霞, 等. 建筑物尖端对大气电场畸变影响的数值计算. 应用气象学报, 2013, 24(2): 189-196..
引用本文: 郭秀峰, 谭涌波, 郭凤霞, 等. 建筑物尖端对大气电场畸变影响的数值计算. 应用气象学报, 2013, 24(2): 189-196.
Guo Xiufeng, Tan Yongbo, Guo Fengxia, et al. Numerical simulation of effects of building tip on atmospheric electric field distortion. J Appl Meteor Sci, 2013, 24(2): 189-196.
Citation: Guo Xiufeng, Tan Yongbo, Guo Fengxia, et al. Numerical simulation of effects of building tip on atmospheric electric field distortion. J Appl Meteor Sci, 2013, 24(2): 189-196.

建筑物尖端对大气电场畸变影响的数值计算

资助项目: 

国家自然科学基金项目 41175003

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY200806014

国家自然科学基金项目 41075003

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201006005

详细信息
    通信作者:

    郭凤霞, email: aguo_fx@yahoo.com.cn

Numerical Simulation of Effects of Building Tip on Atmospheric Electric Field Distortion

  • 摘要: 建筑物尖端周围大气电场畸变特征研究是大气电学的重要分支之一。假定建筑物为理想导体并与地面充分连接,通过有限差分法计算二维泊松方程,得出建筑物周围的电位空间分布。讨论建筑物尖端的高度、宽度以及相对位置对大气电场畸变的影响,结果表明:最大电场畸变系数λi随高度呈线性增加,且线性方程斜率随宽度增加而减小;λi随尖端位置沿建筑屋顶的中心线向两边呈对称递增趋势,此趋势随建筑物高度增加更为显著; λi随尖端宽度呈指数递减关系,且宽度对畸变系数的影响随高度增加变得尤为显著。
  • 图  1  建筑物模型

    Fig. 1  Building model

    图  2  不同尖端高度周围大气电场的电位等值线分布 (单位:kV)

    (a) 尖端高度为530 m, (b) 尖端高度为230 m

    Fig. 2  Plot of equipotentials around building and tip in different heights under the atmospheric electric field (unit:kV)(a) the height of tip is 530 m, (b) the height of tip is 230 m

    图  3  不同建筑物宽度条件下最大电场畸变系数 (E/E0) 随尖端高度 (HT) 变化的关系曲线

    Fig. 3  Variation of E/E0 with HT when the structure width are fixed at 100 m, 50 m and 30 m, respectively

    图  4  不同尖端宽度周围大气电场的电位等值线分布 (单位:kV)

    (a) 尖端宽度为1 m, (b) 尖端宽度为30 m

    Fig. 4  Plot of equipotentials around building and tip in different widths under the atmospheric electric field (unit:kV)(a) the width of tip is 1 m, (b) the width of tip is 30 m

    图  5  地面上 (HT=30 m) 最大电场畸变系数E/E0随尖端宽度w变化的关系曲线

    Fig. 5  Variation of E/E0 with w when tip on the ground (HT=30 m)

    图  6  不同高度建筑物条件下最大电场畸变系数E/E0随尖端宽度w变化的关系曲线

    Fig. 6  Variation of E/E0 with w by buildings with different heights

    图  7  不同尖端位置周围大气电场的电位等值线分布 (单位:kV)

    (a) 尖端设置于顶面的左边界上,(b) 尖端设置与顶面的中间部分

    Fig. 7  Plot of equipotentials around building and tip in different tip locations under the atmospheric electric field (unit:kV)

    (a) the tip locates at the left edge of the roof, (b) the tip locates at the center of the roof

    图  8  不同高度建筑物条件下最大电场畸变系数E/E0随尖端位置s变化的关系曲线

    Fig. 8  Variation of E/E0 with tip location by buildings with different heights of the structure

    表  1  不同宽度建筑物λiHT的拟合方程中常量的取值

    Table  1  The constant values of fitting equation of λi and HT by buildings with different widths

    W/m a b
    30 2.3574 0.097
    50 2.4849 0.092
    100 2.5462 0.090
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    表  2  不同高度建筑物λiw的拟合方程中常量的取值

    Table  2  The constant values of fitting equation of λi and w by buildings with different heights

    H/m a t b R2
    0 3.10802 4.62834 4.75243 0.988
    100 10.63255 4.54626 12.74505 0.989
    300 25.55048 4.46437 28.78252 0.990
    500 40.37338 3.89759 46.42381 0.995
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    表  3  不同高度建筑物下λis拟合方程中常量取值

    Table  3  The constant values of fitting equation of λi and s by buildings with different heights

    H/m a b c R2
    500 0.00228 -0.22207 78.69342 0.983
    300 0.00137 -0.13339 50.20669 0.982
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-05-24
  • 修回日期:  2013-01-10
  • 刊出日期:  2013-04-30

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