留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

粤港澳闪电定位系统对高建筑物雷电的探测

陈绿文 吕伟涛 张义军 马颖 齐奇 武斌

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. 应用气象学报, 2020, 31(2): 165-174. DOI: 10.11898/1001-7313.20200204..
引用本文: 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. 应用气象学报, 2020, 31(2): 165-174. DOI: 10.11898/1001-7313.20200204.
Chen Lüwen, Lü Weitao, Zhang Yijun, et al. Detection results of Guangdong-Hongkong-Macao lightning location system for tall-object lightning. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(2): 165-174. DOI:  10.11898/1001-7313.20200204.
Citation: Chen Lüwen, Lü Weitao, Zhang Yijun, et al. Detection results of Guangdong-Hongkong-Macao lightning location system for tall-object lightning. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(2): 165-174. DOI:  10.11898/1001-7313.20200204.

粤港澳闪电定位系统对高建筑物雷电的探测

DOI: 10.11898/1001-7313.20200204
资助项目: 

国家重点研究发展计划 2017YFC1501504

广东省自然科学基金项目 2018A030313969

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室开放课题 2017LASW-B05

国家自然科学基金面上项目 41775010

详细信息
    通信作者:

    吕伟涛, lyuwt@foxmail.com

Detection Results of Guangdong-Hongkong-Macao Lightning Location System for Tall-object Lightning

  • 摘要: 基于2016—2017年广州高建筑物雷电观测站获取的资料对粤港澳闪电定位系统(简称定位系统)的性能进行评估,并根据2014—2018年定位系统历史资料对广州高建筑物区域的雷电活动特征进行初步分析,结果表明:定位系统对闪电的探测效率为93%(214/229),对回击的探测效率为93%(449/481),对下行闪电首次回击、继后回击及上行闪电回击的定位误差的平均值(中值)分别为361 m(188 m)、252 m(167 m)和294 m(173 m);当接地点高度低于200 m(不低于200 m)时,定位系统对下行负极性闪电首次和继后回击的云闪/地闪识别正确率分别为99%(80%)和93%(35%),有83%的上行负地闪回击被定位系统误判为云闪,广州高建筑物区域内绝大部分负云闪定位记录实际是高建筑物地闪;对定位系统得到的孤立高建筑物闪电密度中心进行分析后发现,广州塔(600 m)闪电密度中心200 m半径范围内年均回击次数约为中信广场(390 m)和广发证券大厦(308 m)的5倍,推测广州塔闪电的主要类型为上行闪电,而中信广场和广发证券大厦则为下行闪电。
  • 图  1  粤港澳闪电定位系统探测子站分布及TOLOG站点位置

    Fig. 1  Distribution of sensors of GHMLLS and the site of the TOLOG

    图  2  闪电回击定位误差箱型图

    Fig. 2  Box plots for location errors of lightning strokes

    图  3  广州塔闪电回击定位结果分布

    Fig. 3  Distribution of the Canton Tower strokes (the origin corresponds to the location of the Canton Tower)

    图  4  2014—2018年广州高建筑物区域S1(a)、S2(b)、S3(c)和S4(d)类型回击的频次分布

    (网格尺寸100 m×100 m,字母A到E代表高度不低于350 m的建筑,实心三角、空心三角和交叉号分别代表高度在300~349 m,250~299 m以及200~249 m的建筑)

    Fig. 4  Frequency distribution of strokes of type S1(a), S2(b), S3(c) and S4(d) in Guangzhou tall-object area

    (the cell size is 100 m×100 m, A-E denote buildings with heights no less than 350 m, the solid triangle, hollow triangle and the cross symbols denote buildings with heights within ranges of 300-349 m, 250-299 m and 200-249 m, respectively)

    图  5  2014—2018年广州塔(a)、中信广场(b)和2016—2018年广发证券大厦(c)附近闪电密度中心周围200 m和500 m半径范围内的定位记录

    (实心圆、空心圆、实心倒三角和交叉号分别代表S1,S2,S3,S4类回击)

    Fig. 5  Lightning location plots within a radius of 200 m and 500 m around the lightning density center produced by the Canton Tower(a), the CITIC Plaza(b) during 2014-2018, and the GF Securities Headquarters during 2016-2018(c)

    (the solid circle, hollow circle, solid inverted triangle and the cross symbols denote the stroke records belonging to class S1, S2, S3, S4)

    表  1  基于2016—2017广州高建筑物地闪个例的粤港澳闪电定位系统探测效率评估

    Table  1  Evaluation of the detection efficiency of GHMLLS based on the tall-object lightning flashes observed in Guangzhou during 2016-2017

    地闪类别 闪电次数 探测到的闪电次数 闪电探测效率/% 能确认的回击次数 探测到的回击次数 回击探测效率/%
    下行负极性闪电 195 185 95 385 360 93
    下行正极性闪电 9 5 56 9 5 56
    上行负极性闪电 25 24 96 87 84 97
    下载: 导出CSV

    表  2  基于2016—2017广州高建筑物地闪个例的粤港澳闪电定位系统云闪/地闪识别正确率的评估

    Table  2  Evaluation of intra-cloud and cloud-to-groud lightnings classification based on tall-object strokes observed in Guangzhou during 2016-2017

    地闪回击类别 接地点高度低于200 m 接地点高度不低于200 m
    总次数 误判次数 识别正确率/% 总次数 误判次数 识别正确率/%
    下行负闪电首次回击 84 1 99 41 8 80
    下行负闪电继后回击 126 9 93 54 35 35
    上行负闪电回击 94 78 17
    下载: 导出CSV

    表  3  广州塔、中信广场和广发证券大厦附近闪电定位记录密度中心周围不同距离范围内年平均回击次数对比

    Table  3  Comparison of annual number of strokes within different distance ranges around the stroke records center near the Canton Tower, the CITIC Plaza and the GF Securities Headquarters

    高建筑物 距离闪电密度中心的半径d/m 年平均回击次数
    S1 S2 S3 S4 合计
    广州塔 d < 200 12.4 7.2 23.0 88.4 131.0
    200≤d < 500 12.6 3.0 3.8 9.2 28.6
    中信广场 d < 200 8.0 8.4 1.4 8.4 26.2
    200≤d < 500 14.0 4.6 0.6 0.2 19.4
    广发证券大厦 d < 200 6.0 7.0 1.7 9.0 23.3
    200≤d < 500 6.7 3.7 0.0 2.7 13.0
    下载: 导出CSV
  • [1] Eriksson A J.Lightning and tall structures.Trans South Afr IEE, 1978, 69(Pt 8):238-252. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dbkxxb200003006
    [2] Rakov V A, Uman M A.Lightning:Physics and Effects.New York:Cambridge University Press, 2003.
    [3] Shindo T.Lightning striking characteristics to tall structures.IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 2018, 13(7):938-947. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=10.1002/tee.22649
    [4] Lu W, Chen L, Zhang Y, et al.Characteristics of unconnected upward leaders initiated from tall structures observed in Guangzhou.J Geophys Res Atmos, 2012, 117(D19), DOI: 10.1029/2012JD018035.
    [5] Lu W, Chen L, Ma Y, et al.Lightning attachment process involving connection of the downward negative leader to the lateral surface of the upward connecting leader.Geophys Res Lett, 2013, 40:5531-5535. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Conference/8439217
    [6] 杨了, 吕伟涛, 张阳, 等.改进的互功率谱相位法在雷声声源定位中的应用.应用气象学报, 2014, 25(2):193-201. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20140209
    [7] 李丹, 张义军, 吕伟涛, 等.闪电先导三维自持发展模式的建立.应用气象学报, 2015, 26(2):203-210. doi:  10.11898/1001-7313.20150208
    [8] 杨欣怡, 吕伟涛, 杨俊, 等.3种阈值方法在闪电通道图像识别中的应用.应用气象学报, 2014, 25(4):427-435. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20140405
    [9] 廖义慧, 吕伟涛, 齐奇, 等.基于闪电先导随机模式对不同连接形态的模拟.应用气象学报, 2016, 27(3):361-369. doi:  10.11898/1001-7313.20160311
    [10] 谭涌波, 张鑫, 向春燕, 等.建筑物上侧击雷电的三维数值模拟.应用气象学报, 2017, 28(2):227-236. doi:  10.11898/1001-7313.20170210
    [11] 宿志国, 吕伟涛, 陈绿文, 等.建筑物高度对地闪回击电磁场影响的模拟.应用气象学报, 2018, 29(4):487-495. doi:  10.11898/1001-7313.20180409
    [12] Jiang R, Qie X, Wu Z, et al.Characteristics of upward lightning from a 325-m-tall meteorology tower.Atmos Res, 2014, 149:111-119. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=6e334ab198193aed94fb48a1fe20fa44
    [13] Jiang R, Wu Z, Qie X, et al.High-speed video evidence of a dart leader with bidirectional development.Geophys Res Lett, 2014, 41(14):5246-5250. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=e839c5ee388c4c6454b5d9691c077da5
    [14] Zhang C, Lu W, Chen L, et al.Influence of the Canton Tower on the cloud-to-ground lightning in its vicinity.J Geophys Res Atmos, 2017, 122(11):5943-5954. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=c75dfd1b0ba471f2cd502c63a7fb0d37
    [15] 陈绿文, 吕伟涛, 张义军, 等.不同高度建筑物上的下行地闪回击特征.应用气象学报, 2015, 26(3):311-318. doi:  10.11898/1001-7313.20150306
    [16] Zhang Y J, Lu W T, Chen L W, et al.Performance Characteristics of the Lightning Location System of Guangdong-Hongkong-Macau after the Upgrade in 2012.24th International Lightning Detection Conference, San Diego, Califonia, USA, 2016.
    [17] Nag A, Murphy M J, Cummins M L, et al.Recent Evolution of the US National Lightning Detection Network.23th International Lightning Detection Conference, Tucson, Arizona, USA, 2014.
    [18] Chen L, Zhang Y, Lu W, et al.Performance evaluation for a lightning location system based on observations of artificially triggered lightning and natural lightning flashes.J Atmos Oceanic Technol, 2012, 29(12):1835-1844.
    [19] 王智敏, 吕伟涛, 陈绿文, 等.2011-2012年广州高建筑物雷电磁场特征统计.应用气象学报, 2015, 26(1):87-94. doi:  10.11898/1001-7313.20150109
    [20] Cummins K L, Murphy M J.An overview of lightning locating systems:History, techniques, and data uses, with an in-depth look at the US NLDN.IEEE Trans Electromagn Compat, 2009, 51(3):499-518.
    [21] 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.应用气象学报, 2019, 30(2):203-210. doi:  10.11898/1001-7313.20190207
    [22] Cheng Y Z.Mean shift, mode seeking, and clustering.IEEE Trans on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1995, 17(8):790-799. http://d.old.wanfangdata.com.cn/NSTLQK/NSTL_QKJJ0228337881/
    [23] 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.应用气象学报, 2019, 30(3):257-266. doi:  10.11898/1001-7313.20190301
    [24] Pavanello D, Rachidi F, Janischewskyj W, et al.On return-stroke currents and remote electromagnetic fields associated with lightning strikes to tall structures.Part Ⅱ:Experiment and model validation.J Geophys Res, 2007, 112, D13122, DOI: 10.1029/2006JD007959.
    [25] Chen L, Lyu W, Zhang Y, et al.Correlated luminosity and magnetic field peaks produced by Canton Tower-strokes.Atmos Res, 2019, 218:59-69.
  • 加载中
图(5) / 表(3)
计量
  • 摘要浏览量:  4270
  • HTML全文浏览量:  1922
  • PDF下载量:  852
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-15
  • 修回日期:  2020-01-20
  • 刊出日期:  2020-03-31

目录

    /

    返回文章
    返回