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景象形象部分 LLS 的探测威力衰于电力部分

发布时间:2019-11-01

  使用景象形象学报,2015 354-363.doi 1001-7313.20150311浙江省两套闪电定位系统地闪数据对比 (浙江省景象形象科学研究所,杭州310008 (浙江省电力公司电力科学研究院,杭州310014 针对2009 2013年浙江省景象形象部分和电力部分闪电定位系统( lightninglocationsystem LLS)监测的地闪 CGlightning)数据,从时空分布及探测效率等方面临两者进行对比。成果表白:电力部 LLS监测的年平均地闪频次不变大于景象形象部分 LLS 监测的年平均地闪频次。从空间分布看,沿海平原和金衢 盆地等平原地带,两者的地闪密度附近;正在杭州和衢州交壤地域,景象形象部分 LLS 监测的地闪密度不变大于电力的地 闪密度;正在其他地域(如浙西北、浙中南部和浙南等大部门地域),电力部分 LLS 监测的地闪密度不变大于景象形象部分 LLS 监测的地闪密度。操纵雷暴日数对两者的探测能力对比可知,景象形象部分 LLS 对一些较弱雷暴气候过程中的 地闪有漏测可能。操纵雷击跳闸记实对比阐发,电力部分 LLS 逐年探测效率不变高于景象形象部分 LLS 的探测效率, 两者相差约 6% 10种天然灾祸之一,对人平易近生命财富平安和社 会成长形成了严沉。浙江省灾祸灾情较 2006年我国雷灾变乱统计表白,浙江 省雷灾变乱数和财富丧失雷灾数排名第 ,属于雷击致人伤亡的高风险区 近年来,跟着闪电定位系统(LLS )的使用,为探 测地闪的勾当纪律供给了帮帮。闪电定位数据正在科 研和现实使用中有主要感化,如正在风险评估、雷 电预警预告和电网雷击变乱点定位等方面。浙江省 景象形象部分和电力部分别离具有 LLS,但相关 LLS 的探测精度能否能够满脚营业需要,闪电定位 材料可托度若何等诸多问题,目前的研究不是良多。 对江苏省景象形象局和江苏省电力公司的闪电定位探测闪电的可托度和探测效率进行查验分 对广东省电力部分和景象形象部分两套LLS 监测揭阳市成果进行对比,每日地闪频数 分歧性较好,但从地闪总数、地闪空间分布、雷暴日 数、流极值和极性看,两套材料存正在较大差别。 对浙江省电力部分LLS 的精度进行研究,但时间较早。 本文针对浙江省景象形象部分和电力部分 LLS 监测 获得的地闪数据从时空分布及探测效率等方面进行 对比阐发,以利于此后正在闪电定位数据的校准、 灾祸风险评估、预警和办事等方面更好使用。 材料来历浙江省景象形象部分 LLS 2007年调试投入使 用,为新型的 ADTD 定位仪,采用时差法和定向时 差联对闪电进行定位。研究认为,该方式的定 2014-09-26 收到, 2015-01-26 收到再改稿。 赞帮项目:中国景象形象科学研究院灾祸气候国度沉点尝试室课题( 2013LASW-B04 ),公益性行业(景象形象)科研专项( GYHY201106035 ),浙江 省景象形象科技打算项目青年科技项目( 2013QN19 JOURNALOFAPPLIEDMETEOROLOGICALSCIENCEVol.26 No.3May2015 位精度正在理论上能够接管 [3-4] 。单坐探测距离约为 150km ,定位体例共有 种:二坐振幅、二坐夹杂、三坐夹杂、四坐算法。目前共有 11 个景象形象部分闪电 定位监测坐(图 )。数据包罗地闪发生时间、经纬度、强度、陡度、误差、定位体例等要素。 浙江省电力部分 LLS 1997年投入利用,由 武汉高压研究所研制,单坐探测范畴约为 100km 定位误差不大于1km 。采用时差法、定向定位法和 定向时差联定位。目前共有 12 个电力部分闪 电定位监测坐(图 )。数据包罗地闪发生时间、经纬度、电流、回手数、定位坐数和定位坐值等要素。 电力部分 LLS 正在浙江省布网较早,有很大一部 分地闪记实是采用两坐的时差法或定向定位 位,该方式误差较大。由闪电定位仪的探测道理可 个及以上坐数能够探测获得比力切确的定位材料,地闪发生时小于 个坐探测到的闪电记实不敷精确 [3,8] 。伟等 和田芳等[10] 研究认为,地 闪一般都有 次或者多次回手发生。因而,为领会除一些非地闪的干扰并数据的靠得住性,删除地 闪数据中回手数为 浙江省景象形象和电力部分LLS 的闪电监测坐分布 Fig.1 LightningdetectionstationsoftwoLLSsinZhejiangProvince 成果阐发2.1 时间分布对比 2009 2013年景象形象部分 LLS 监测的年平均地 闪频次约为 42 万次,电力部分 LLS 监测的年平均 地闪频次约为 57 万次,两者比值约为 可知,景象形象部分LLS 监测的地闪频次不变小于 电力部分 LLS 监测的地闪频次。 因为正地闪的峰值电流强度比负地闪大很多, 对防护更具现实意义 [11] 。浙江省景象形象部分 LLS 监测的年平均正地闪频次为 14894 3.5%。电力部分 LLS 监测的年平均正地闪频 究认为,正地闪占总地闪的百分率取纬度分布相关,低纬度地域的百分率低,而高纬度地域的百分率 [13]统计了 2008 2011年地闪材料, 甘肃正地闪百分率为 6.06% ,广州正地闪百分率为 4.65% [14]统计 2007 2010年中部五省安 徽、湖北、江西、湖南、河南正地闪百分率为 3.36%~ 4.90% 。按照浙江省的纬度分布,浙江省两部分的 正地闪百分率属于合理区间。由图 2a 伟等:浙江省两套闪电定位系统地闪数据对比知,正地闪百分率取总地闪频次呈负相关关系,即正 地闪百分率跟着总地闪频次增加而削减。 2013年浙江省地闪年际变化对比 )正地闪百分率Fig.2 Inter-annualvariationofthecloud-to-ground 2013年浙江省地闪年变化对比 3a可知,两套 LLS 监测的总地闪频次年 变化呈三峰型。 月是一年中总地闪呈现最多的月份,占到全年的 35% 摆布; 11月呈现最小的峰值。由图 3b 可知,两者 正在夏日正地闪百分率较低,而正在冬、春季正地闪百分 率较高。但电力部分 LLS 监测的正地闪百分率变 化较为平缓,景象形象部分 LLS 监测的正闪百分率变化 幅度较大。景象形象部分 LLS 监测的正地闪百分率正在 全年 个月均大于电力部分LLS 的正地闪百分率。 这可能是由于景象形象部分 LLS 监测的地闪样本量正在 12月较少,易使统计成果有误差。 2013年浙江省地闪年变化对比 )正地闪百分率Fig.3 MonthlyvariationoftheCGlightninginZhejiangProvincefrom2009to2013 2013年浙江省地闪日变化分布, 4a可知,两者呈单峰变化特征。电力部分 LLS 监测的总地闪频次正在各时次上不变大于景象形象部分 LLS 监测的总地闪频次。由图 4b 可知,两者变化 也类似, 11 00(时,下同)是正地闪百分 00—次日 10 00则维持正在较高水 平。景象形象部分 LLS 监测的正地闪百分率正在全天大 部门时辰小于电力部分 LLS 监测的正地闪百分率。 2013年浙江省地闪日变化对比 )正地闪百分率Fig.4 HourlyvariationoftheCGlightningfrequencyinZhejiangProvincefrom2009to2013 thepercentageofpositiveCGlightning2.2 空间分布对比 操纵景象形象和电力两部分 LLS 监测的地闪数据, 采用网格法(网格大小为 0.010.01 )别离绘制了 2009 2013年浙江省年平均地闪密度分布(图 是基于浙江省景象形象部分LLS 监测的地闪 数据绘制的地闪密度图。由图 5a 可知,浙江省总地 闪稠密区次要位于 个区域,别离为杭州取绍兴交壤地带、宁波市区、台州宁海—三门—黄岩地域、杭 州取衢州交壤地域,地闪密度低值区次要位于台州 和温州沿海及一些海岛地域及丽水南部地域。由图 5b 可知,浙江省正地闪稠密区次要位于衢州、金华、 宁波—台州一线。 基于浙江省景象形象部分LLS 监测的地闪数据 2009 2013年平均地闪密度 Fig.5DistributionoftheaverageCGlightningdensityin2009-2013 basedondatafromZhejiangmeteorologicaldepartment 是基于浙江省电力部分LLS 监测的地闪 数据绘制的地闪密度图。由图 6a 可知,韦德亚洲,浙江省总地 闪稠密的地域次要呈现两、若干点的分布。两 为浙北西部区块和台州露台、三门和临海区块, 若干点次要有嘉兴、建德、衢州、龙泉、永康和鄞州等 区域。浙江省地闪密度分布最低的区域次要台州和 温州沿海及一些海岛地域。由图 6b 可知,浙江省正 地闪稠密区次要位于杭嘉湖地域和金丽衢交壤地域。 基于浙江省电力部分LLS 监测的地闪数据 2009 2013年平均地闪密度 Fig.6DistributionoftheaverageCGlightningdensityin2009-2013 basedondatafromZhejiangelectricpowerdepartment 是基于浙江省两套LLS 地闪数据 2009 2013年平均地闪密度差值(电力地闪密度减去景象形象 地闪密度)分布,最小误差为 -14 可知,浙江省除了淳安西南部地域及沿海零散地域是景象形象部分 LLS 监测的地 闪密度高于电力部分 LLS 监测的地闪密度,其他地 区电力部分 LLS 监测的地闪密度都不低于景象形象部 LLS监测的地闪密度。此中电力部分 LLS 监测 的地闪密度大于景象形象部分 LLS 监测的地闪密度的 地域次要有浙西北地域、金华南部地域、丽水西南部 地域和温州西南地域。 基于浙江省两套LLS 监测的地闪数据 2009 2013年平均地闪密度差值分布 Fig.7 DistributionoftheaveragedifferenceofCG lightningdensityin2009-2013betweentwoLLSs 拔取景象形象部分 LLS 监测的地闪密度大于电力 部分 LLS 监测的地闪密度的淳安西南部地域为研 究对象。查询附近不雅测坐 2009 2013年不雅测雷暴 日数,此中淳安为 44d ,建德为 44.4d 71个常规 景象形象坐雷暴日数排名为第 43 44位,属于中 等偏多的程度,而从图 5a 可知,淳安西南部是浙江 省地闪密度最大的地域。按照 IEC62305-2 区的地闪密度能够做以下估算:Ng 0.1Tdy ,此中 Ng 为地闪密度, Tdy 为年平均雷暴日数。淳安的估 算地闪密度应为 4.4 ,而景象形象部分LLS 监测 的地闪密度正在淳安西南部地域为 10.1 高于估算地闪密度。电力部分LLS 监测的地闪密 度正在淳安西南部地域为 4.2 ,取估算地闪密度接近。这申明景象形象部分 LLS 正在淳安西南部地域 监测的地闪数据有非常。 浙江省景象形象部分 LLS 正在监测的地闪数据中,二 坐定位体例占 53.38% ,而正在淳安西南部的地闪数 据中,二坐定位体例占 91.65% ,其他体例(三坐或 四坐)仅占 8.35% ,淳安西南部的地闪数据中二坐 定位体例比率非常偏高。按照定位道理,二坐定位 精度较差,很可能是导致景象形象部分 LLS 监测的地闪 密度正在淳安西南部非常偏高的缘由。 2.3 操纵雷暴日数对比 按照景象形象学和学道理,人们能听到雷声的 距离一般为 15~20km [15] ,这一距离成为景象形象上区 分雷暴取闪电的尺度,前者具有闪电和雷声现象, 后者仅有闪电现象而被目测 [16] 究认为,景象形象不雅测员一般只能听到18~20km 摆布 的雷声。因而,选择 20km 做为缓冲距离,操纵地 闪数据计较出所有距离测坐 20km 的每日(按照气 象上,以 20 00为一日的分界)地闪频次。按照 雷暴发生的纪律,一次雷暴气候过程,一般有多次地 闪发生,所以一日内只要一次地闪记实的,不认为其 为雷暴日。 按照以上所述,操纵景象形象和电力部分 LLS 监测 的地闪数据别离计较 2009 2013年常规景象形象不雅测 坐的逐月雷暴日数。将 LLS 监测的雷暴日数取各 景象形象测坐不雅测员不雅测的雷暴日数进行对比阐发,以 根究两部分 LLS 的探测差别。 是由景象形象部分LLS 监测月平均雷暴日数 (记为 Tdm )取不雅测员不雅测月平均雷暴日数(记为 Td )差值( Tdm -Td )分布,此中冬季为 12 月,次年 可知,除了夏日是Tdm 较着大于 Td ,其他 季候浙江省各测坐 Tdm 都接近 Td ,以至小于 Td 地区分布阐发,杭州和衢州的交壤地域是两者负误差较大地域,即 Tdm<Td 5a可知,杭州和衢 州交壤地域是浙江省景象形象地闪密度最大的地域之 一。一般地闪密度大的地域, LLS 监测的雷暴日数 也该当相对较多。这可能是景象形象部分 LLS 正在杭州 和衢州交壤地域对地闪的判别准确率较低、误判较 多形成的。 浙江省景象形象部分LLS 监测取不雅测月平均雷暴日数差值分布(单元: Fig.8Distributionofthedifferenceofmonthlymeanthunderstormdaysbasedon LLSfromZhejiangmeteorologicaldepartmentandmanualobservation 是电力部分LLS 监测的月平均雷暴日数 (记为 Tde Td差值( Tde-Td )分布。由图 知,浙江省各地测坐Tde 都不小于 Td ,此中,浙西南 地域和温州地域是正误差最大的地域。取 Tdm-Td 分布图雷同, Tde-Td 分布图也呈现夏日误差最大、 其次是秋季和春季的误差、冬季误差最小的特征。 2009 Tde-Td负误差的月份数仅占 总月份数的 1.58% Tdm-Td负误差的月份数占 伟等:浙江省两套闪电定位系统地闪数据对比总月份数的 17.23% Td是不雅测员耳闻目测获得, 因为客不雅缘由(人耳听到声音距离无限,妨碍物的消 声感化等),很容易漏测,导致 Td 会比现实发生雷 暴日数偏少。研究也表白,通过 LLS 监测的雷暴日 数该当较着大于 Td [19-21] 。这申明,景象形象部分 LLS 对地闪的探测存正在较着漏测。景象形象部分 LLS 只能 监测到一些较着的雷暴过程中的地闪,对一些较弱 雷暴气候过程中的地闪有漏测可能。 浙江省电力部分LLS 监测取不雅测月平均雷暴日数差值分布(单元: Fig.9Distributionofthedifferenceofmonthlymeanthunderstormdaysbasedon LLSfromZhejiangelectricpowerdepartmentandmanualobservation 2.4操纵电网雷击跳闸记实对比 获取 2009 2011年浙江电网 110kV 500kV输电线的雷击跳闸记实,包罗发生雷击 跳闸点的经纬度和时间(切确到分钟)等要素。 2009 2011年无效雷击跳闸记实样本量别离为 243 雷击跳闸取LLS 距离误差的估算:研究认为, LLS 的探测误差正在几百米到 2~4km [5-7,22-25] 落地址取跳闸杆塔之间存正在必然距离,一般两个杆塔之间距离正在 1km 以内,所以地闪落地址取跳闸 杆塔之间的距离误差为 1km 摆布。分析考虑,雷 击跳闸取闪电定位距离误差正在 5km 以内。 雷击跳闸取 LLS 时间误差的估算:雷击跳闸记 录时间是输电线电子继电器的记实时间, LLS 采用 GPS 时间,两者的时间存正在时差,据学者研究一般 正在几秒到几分钟之间; LLS GPS时间本身存正在误 差,一般正在微秒量级以内。雷击跳闸取闪电定位时 间误差为 2~10min 考虑到距离和时间误差,成立以雷击跳闸点为圆心、半径为 5km 的缓冲区,若是统一时间内(地 闪发生时间取雷击跳闸时间度不跨越 10min 缓冲区有地闪分布,则认为该LLS 探测到本次地 闪;反之,则认为是漏测。以此计较两套 LLS 2011年浙江省两套 LLS 的探测效率对比 Table1 Comparativeanalysisofdetectionefficiencyin2009-2013betweentwoLLSsinZhejiangProvince 年份 时间度/ min 景象形象部分 LLS 探测效率 电力部分LLS 探测效率 64.6171.60 70.3775.31 10 72.84 78.60 2010 62.9473.78 71.6877.27 10 74.83 79.02 2011 73.7477.65 77.0980.45 10 79.89 81.01 可知,正在不异的时间度下,2009 2011年电力部分 LLS 探测效率均高于景象形象部分 LLS 的探测效率。正在考虑时空误差的环境下,电力 部分 LLS 平均探测效率约为 75% ,景象形象部分 LLS 平均探测效率约为 69% ,两者的探测效率相差 6% 摆布。因而,从雷击跳闸记实对比阐发,景象形象部分 LLS 的探测能力衰于电力部分 LLS 的探测能力。 通过对浙江省景象形象和电力部分LLS 监测地闪 数据的时空分布及探测效率的初步对比,获得以下 结论: )从时间分布对比,2009 2013年电力部分 LLS 监测的年平均总地闪频次不变大于景象形象部分 LLS 监测的年平均总地闪频次。电力部分 LLS 测的年平均正地闪百分率也大于景象形象部分LLS )从空间分布对比,沿海平原和金衢盆地等平原地带,景象形象和电力的地闪密度附近。正在淳安西南 部地域,景象形象部分 LLS 监测的地闪密度不变大于电 力部分 LLS 监测的地闪密度;正在其他大部门地域 (浙西北、浙中南和浙南等大部门地域),电力部分 LLS 监测的地闪密度不变大于景象形象部分 LLS 监测 的地闪密度。景象形象部分 LLS 正在淳安西南部的探测 数据有非常,但具体缘由还需进一步研究。 )从雷暴日数对比,景象形象部分LLS 只能监测 到一些较着的雷暴过程中的地闪,对一些较弱雷暴 气候过程中的地闪有漏测可能。景象形象部分 LLS )从雷击跳闸记实对比,电力部分LLS 测效率不变高于景象形象部分LLS 的探测效率,两者相 6%摆布。 马明,吕伟涛,张义兵,等.1997 2006年我国灾情特征 使用景象形象学报,2008 我国雷击致人伤亡特征及易损度评估区划 使用景象形象学报,2012 南京景象形象学院学报,2008 两套闪电定位系统对揭阳市监测成果的对比阐发 景象形象研究取使用,2009 江电力,1998 华东电力,2004 华东电力,1997 10-12. 时间差闪电监测网的误差阐发和结构优化 使用景象形象学报,2009 消息科技大学学报, 2011 华东电力,2008 用景象形象学报,2010 甘肃和广东2008 2011年闪电特征 伟等:浙江省两套闪电定位系统地闪数据对比对比 干旱景象形象,2012 我国中部五省云地闪电时空分布特征阐发 暴雨灾祸,2011 闪电定位系统取人工不雅测日参数对比阐发 景象形象科技,2012 湖北省雷暴日数取云地闪电密度关系研究 景象形象,2012 定位系统取人工不雅测雷暴日数统计比力 使用景象形象学报,2014 景象形象科学, 2006 景象形象科学, 2009 山东高精度监测定位系统的定位精度的论证 中国空间科学学会空间探测专业委员会第十二次学术会论说文集, 1999 四川电力手艺,2008 高电压手艺, 2004 中国电力,2001 张义兵,杨少杰,吕伟涛.2006 2011年广州人工触发闪电不雅 测试验和使用 使用景象形象学报,2012 DataBetweenTwoLi stemsZhaoWei AbstractComparativeanalysisofthelightninglocationdatafrom 2009to2013isconductedbytemporaland spatialdistributionanddetectionefficiency toexplorethedifferenceofdatacollectedfromtwolightninglocationsystems ofZhejiangmeteorologicaldepartmentandZhejiangelectricpowerdepartment.Resultsshowthattheinter-annualcloud-to-ground lightningfrequencyobservedbytheLLSofZhe-jiangmeteorologicaldepartmentisstablylowerthanthatobservedbytheLLSofZhejiangelectricpower department.ThenumberofpositiveCGlightningoccupies3.5% oftotalCGlightningobservedbythe LLSofZhejiangmeteorologicaldepartment whichisalso2%lessthanthatobservedbytheLLSofZhe- jiangelectricpowerdepartment andbothofthemareinareasonableinterval.Fromtheviewpointofspa-tialdistribution theCGlightningdensityoftwodatasetsisnearlyequalincoastalplainandtheJinhua-QuzhouBasin buttheCGlightningdensityobtainedbyZhejiangelectricpowerdepartmentisstablymorethanthatofZhejiangmeteorologicaldepartmentintheotherareasexceptinChun anwhichislocatedintheborderofHangzhouandQuzhou.ItisalsofoundthattheoccurrenceofhighCGlightningdensityre- gioninChun anobservedbyLLSofZhejiangmeteorologicaldepartmentisabnormal.FurtheranalysisofthenumberofmonthlymeanthunderstormdaysobtainedbythesetwoLLSsandmanualobservationindi- catesthatthemonthlymeanthunderstorm daysobservedbytheLLSofZhejiangmeteorologicaldepart- mentisnotmorethanthatofmanualobservationsexceptinsummer whenthemonthlymeanthunder-stormdaysobservedbyLLSofZhejiangelectricpowerdepartmentisalmostmorethanthatofmanualob- servationseverymonth.ItsuggeststhattheLLSofZhejiangmeteorologicaldepartmentdoeswellindetec- tingstrongthunderstormswhiletheweakerthunderstormscouldbemissed.Hence theLLSdetectivea-bilityofZhejiangelectricpowerdepartmentisbetterthanthatofZhejiangmeteorologicaldepartment.On theotherhand comparativeanalysisofdetectionefficiencyismadebasedonthedataofaccidentsoflight-ningtrip-outonZhejiangPowerGrid.ItisconcludedthatthedetectionefficiencyoftheLLSofZhejiange- lectricpowerdepartmentisaround6% higherthanthatofZhejiangmeteorologicaldepartment. 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